填料塔压降曲线和吸收系数的测定

的温度，并分别测定塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。
③尾气分析方法：Ⅰ.调节两个量气管内的液位，使水面达到最上端的刻度
线零点处并关闭三通旋塞，注意读数时水准瓶中液位应与量气管内液为
同高；Ⅱ.用移液管向洗净的吸收瓶内加入 1~2mL 浓度为 0.005Ｍ左右的
硫酸，加入 1~2 滴甲基橙指示剂并加适量蒸馏水，加入的酸浓度与量可
填料塔传质性能好坏与操作条件密切相关，该方面性能的直接体现就是填料
塔的流体力学特性，包括填料层压强降和液泛规律。气体通过填料层的压降 Δp 与
空塔气速 u 的关系可表示为
Δp = un
（错误！文档中没有指定样式的文
字。-1）
在双对数坐标中 Δp -u 应为一条直线，直线斜率为 n 。 Δp -u 关系曲线受喷淋
而增大气体流量，总体积吸收系数应该如何变化，吸收率应该如何变化？
实验数据处理
Δy入 = y入 − y*入 = y入 − mx出 Δy出 = y出 − y出* = y出 − mx入 Δx入 = x*入 − x入 = y出 m − x入 Δx出 = x出* − x出 = y入 m − x出
测定吸收塔稳态操作时进出塔的气、液浓度；操作温度以及床层直径 D 和
填料层高度 Z ，进而确定平衡常数 m ，气、液流密度 G 、 L ，即可得到气、液相 总传质单元数 NOG 、 NOL 和总体积吸收系数 K y a 、 K x a 。
填料塔压降曲线和吸收系数
1. 实验目的 ①了解填料吸收塔的结构、性能、基本流程与操作。 ②熟悉填料式传质设备的流体力学性能。
③掌握总传质单元高度和总体积传质系数的测定方法。
2. 实验原理 填料塔通常采用圆柱形塔体，在塔内，填料装填在带孔的支撑板上形成填料 层，装填方式多种多样，一般可采用“乱堆”方式。气体一般由塔的下放进入， 通过支撑板向上通过填料层；液体入塔后通过塔上方的分布器均匀喷洒在填料 层上，在填料表面形成液膜，与通过床层缝隙向上流动的气体进行接触，完成 传质。
浓度吸收假定，塔正常逆流操作时，填料层高度 H 的计算式可分别表示为：
H
=
H OG
⋅
N OG
=
G Kya
⋅
y入 − y出 Δym
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H
=
H OL
⋅ NOL
=
L Kxa
⋅
x出 − x入 Δxm
（错误！文档中没有指定样
式的文字。-3）
式中： G — 通过单位面积床层的气体流量（气流密度）， kmol (m2 ⋅ s)
（2） 测定一定喷淋量下填料层( Δp /Z)-u 关系曲线 在一定的水喷淋量下（建议水喷淋量为 30~40 L/h）采用上述相同方法读取
空气流量和填料层压降数据，在双对数坐标纸上绘制( Δp /Z)-u 关系曲线。测定时 注意观察塔内的气液接触情况，一旦出现液泛则记录对应的空气转子流量计读 数，计算夜饭速度。实验数据处理时，参照教科书介绍的方法计算液泛气速， 与实验中观察到的液泛气速进行比较。
T0 ─ 标准状态时绝对温度，273K
T ─ 操作条件下的空气绝对温度，K
④塔底吸收液分析方法：Ⅰ. 在尾气分析的同时用三角瓶接取塔底吸收液样
品约 200ml 并加盖；Ⅱ. 用移液管取塔底溶液10ml 置于另一个三角瓶中，加
入 2 滴甲基橙指示剂；Ⅲ. 将浓度约为 0.05M 的硫酸置于酸滴定管内，滴定
计处的温度不易测量，由实验时的室温近似代替。混合气经填料层后由塔顶放
空。水来自自来水管，由阀 12 调节流量并经水转子流量计 11 计量流量后进入
塔顶，喷洒经过填料层后，由液封管 5 排出，釜液温度由温度温度传感器 20 传
送至显示仪表。
（3） 设备主要技术数据及附件 ① 鼓风机：XGB 型旋涡气泵，型号 2，最大压力 1176kpa，最大流量 75m3 h 。 ② 填 料 塔 ： 玻 璃 管 内 径 0.075m , 内 装 10×10×1.5 瓷 拉 西 环 , 填 料 层 高 度
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nH2SO4 之比为 2:1，即 nNH3 = 2nH2SO4 = 2C H2SO4 ，则 ⋅VH2SO4
y出
=
n NH3 nair
= 2C H2SO4 ⋅ VH 2SO4
( Vair
⋅ T0 T
)
22.4
（错误！文档中没有指定样式
的文字。-6）
式中： nH2SO4 、 nair ─ 分别为 NH3 和空气的摩尔数 CH2SO4 ─ 硫酸溶液摩尔浓度， mol溶质 l溶液 VH2SO4 ─ 硫酸溶液的体积， ml Vair ─ 量气管内空气的总体积， ml
Z = 0.4m 。 ③ 空气转子流量计：型号 LZB-25，流量范围 2.5 ~ 25 m3 h ，精度 2.5 级。 ④ 水转子流量计：型号 LZB-6，流量范围 6 ~ 60 L h ，精度 2.5 级。 ⑤ 氨转子流量计：型号 LZB-6，流量范围 0.06 ~ 0.6 m3 h ，精度 2.5 级。 ⑥ 浓度测量：塔顶尾气吸收瓶, 量气管, 水准瓶一套。 ⑦ 温度测量：两点温度转换器及显示仪表一套，转换开关：0-空气温度，1-
（2） 流程简介
如图 3-4 所示，空气由鼓风机 1 送入空气转子流量计 3 计量流量，流量由放
空阀 2 调节，温度由流量计处的温度温度传感器 4 传送至显示仪表。氨气由氨
瓶送出,经过氨瓶总阀 8 进入氨气转子流量计 9 计量流量，其流量由阀 10 调节，
然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔 7 的底部，由于氨气通过转子流量
3. 实验内容
①测定干填料层及不同液体喷淋密度下单位床层阻力降 Δp Z 与空塔气速 u
的关系曲线，并确定液泛气速。
②测量在固定液体喷淋量、不同气体流量时，用水吸收空气–氨混和气体中
氨的总传质单元数 NOG 和总体积吸收系数 K y a 。
4. 实验装置与流程
（1） 实验装置流程图
放空
7 16
9
8 18
分析困难。
③两次吸收实验进塔气体中氨浓度应尽量保持一致。
附：相平衡数据曲线：
1.4
1.2 1.0
平衡常数(m)
0.8 0.6 0.4
0.2
7. 思考题
00
5
10 15 20 25 30 35
温度（T）
①该实验系统吸收过程属气膜扩散控制还是液膜扩散控制，为什么？
②实验中在正常操作范围内以及气体入塔浓度不变的前提下，固定液体流量
L — 通过单位面积床层的液体流量（液流密度）， kmol (m2 ⋅ s)
y入 、 y出 — 入、出塔的气相摩尔分率，无因次 x入 、 x出 — 入、出塔的液相摩尔分率，无因次 H OG 、 H OL — 气、液相传质单元高度， m NOG 、 NOL — 气、液相传质单元数，无因次
K y a 、 K xa — 气、液相体积传质系数， kmol (m3 ⋅s)
据实际情况调整；Ⅲ. 调整三通旋塞使吸收瓶与量气管连通，旋塞的开度
不宜过大，控制水准瓶使塔顶尾气通过吸收瓶进入量气管，注意速度不
可过快，使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动并确保充分吸收为
限。水准瓶不可过分抬高，避免造成反压使酸液反流入塔；Ⅳ．从尾气
开始通入吸收瓶起应始终注意观察瓶内液体的颜色变化，中和反应达到
3
10
17
24
1
11
15
14 12
13
5 21
自
来
20 6 水
图 3-4 填料吸收塔实验装置流程图
1-鼓风机、 2-空气流量调节阀、 3-空气转子流量计、 4-空气温度传感器、 5-液封管、 6-吸收液取样口、 7-填料吸收塔、 8-氨气瓶阀门、 9-氨气转子流量计、 10-氨气流量调节阀、 11-水转子流量计、 12-水流量调节阀、 13-U 型管压差计、 14-吸收瓶、 15-量气管、 16-水准瓶、 17-氨气瓶、 20-吸收液温度传感器、 21-空气进入流量计处压力
三角瓶中的塔底溶液至终点。
⑤水喷淋量保持不变，加大或减小空气流量（建议空气流量10 m3 h ）并相应
改变氨流量，使混合气中的氨浓度与第一次吸收实验时相同，重复上述操
作，测定有关数据。
6. 实验注意事项
①启动鼓风机前务必先使放空阀 2 全开(设备上标示为关)，使进入吸收塔的
空气流量为最小。
②作吸收实验时水流量不能超过 40 L h ，否则尾气的氨浓度极低,会使尾气
密度影响，对干填料层，n 值为 1.8~2.0，在有喷淋液时，随喷淋量增加，n 值增
加，最大可达到 10 左右。在 n 取值较大时，随空塔气速增加，床层压降迅速增
加，直至造成液泛，破坏操作。测定填料层 Δp -u 曲线成为控制操作气速和喷淋
密度的必要前提。
填料塔在特定条件下的吸收能力可以填料层的体积吸收系数表示。在满足低
（3） 测定气相总传质单元数 NOG 和气相总体积吸收系数 KYa a ①选泽适宜的空气流量和水流量，建议水流量为 30 L h ；空气流量 4 m3 h ，
调整氨气流量，使混合气体中氨的摩尔浓度为 0.02 ~ 0.03。
②调节好空气流量、水流量并调节氨流量计读数到确定值后，保持一段时
间使系统达到稳定后同时读取各流量计读数，读取空气、氨气和吸收液
计算式中 Δyim 、 Δxm 分别为气相或液相传质平均推动力，其计算式为：
Δym
=
Δy入 − Δy出 ln Δy入
Δy出
（错误！文档中没有指定样式的文
字。-4）
Δxm
=
Δx入 − Δx出 ln Δx入
Δx出
（错误！文档中没有指定样式
的文字。-5）
若气液平衡关系可表示为 y = mx ，逆流操作时，气、液推动力可表示为：
终点时应立即关闭三通旋塞，读出量气管内气体体积，若一个量气管内
已充满空气，吸收尚未达到终点，应关闭对应的三通旋塞，然后启用另
一个量气管，直至达到终点，随后读取两量内的空气总体积；Ⅴ. 尾气浓
度 y出 的计算，因氨与硫酸中和反应式为：
2NH 3
+
H 2 SO4
=
(
NH
4
) 2
SO4
到达化学计量点(中和终点)时，被滴物的摩尔数 nNH3 和滴定剂的摩尔数
吸收液温度。 5. 实验方法及步骤 （1） 测量干填料层( Δp /Z)-u 关系曲线
将调节阀 2 全开后启动鼓风机，用阀 2 调节进塔的空气流量，按空气流量 从小到大的顺序读取填料层压降 Δp ，转子流量计读数和流量计处空气温度,然 后在双对数坐标纸上以空塔气速 u 为横坐标，以单位填料层高度的压降 Δp Z 为纵坐标，绘制干填料层( Δp /Z)-u 关系曲线。