实验七填料塔吸收实验.doc

实验七 填料吸收塔的操作和吸收系数的测定实验七 填料吸收塔的操作和吸收系数的测定一、 实验目的１. 了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程２. 熟悉填料塔的流体力学性能３. 掌握总传质系数KYa测定方法４. 了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响二、 实验内容１．测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降DP与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数KYa三、 基本原理1．填料塔流体力学特性填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺利通过支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式，填料分为实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、网环都属于实体填料填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料上液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降DP的产生填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数,它包括压强降和液泛规律。

了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速在填料塔中,当气体自下而上通过干填料（L=0）时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降DP与空塔气速u的关系可用式DP=u1.8-2.0表示在双对数坐标系中为一条直线,斜率为1.8-2.0在有液体喷淋（L¹0）时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素在一定的喷淋密度下,当气速小时,阻力与空塔速度仍然遵守DPµu1.8-2.0这一关系但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在,填料中的空隙减小,填料空隙中的实际速度增大,因此床层阻力降比无喷淋时的值高当气速增加到某一值时,由于上升气流与下降液体间的摩擦阻力增大,开始阻碍液体的顺利下流,以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加,此现象称为拦液现象,此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速进入载液区后,当空塔气速再进一步增大,则填料层内拦液量不断增高,到达某一气速时,气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动,填料层的压力将急剧升高,在DPµun关系式中,n的数值可达10左右，此点称为泛点。

在不同的喷淋密度下,在双对数坐标中可得到一系列这样的折线随着喷淋密度的增加,填料层的载点气速和泛点气速下降本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下,逐步增大气速，记录填料层的压降与塔顶表压的大小,直到发生液泛为止2．体积吸收系数KYa的测定在吸收操作中，气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔内,气液两相在塔内逆流接触,使气体混合物中的溶质溶解在吸收质中，于是塔顶主要为惰性组分,塔底为溶质与吸收剂的混合液反映吸收性能的主要参数是吸收系数，影响吸收系数的因素很多,其中有气体的流速、液体的喷淋密度、温度、填料的自由体积、比表面积以及气液两相的物理化学性质等吸收系数不可能有一个通用的计算式，工程上常对同类型的生产设备或中间试验设备进行吸收系数的实验测定对于相同的物料系统和一定的设备(填料类型与尺寸)，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化本实验用水吸收空气-氨混合气体中的氨气氨气为易溶气体,操作属于气膜控制在其他条件不变的情况下,随着空塔气速增加，吸收系数相应增大当空塔气速达到某一值时,将会出现液泛现象,此时塔的正常操作被破坏所以适宜的空塔气速应控制在液泛速度之下本实验所用的混和气中氨气的浓度很底（<10%）,吸收所得溶液浓度也不高,气液两相的平关系可以被认为服从亨利定律,相应的吸收速率方程式为： GA=KYa·Vp·DYm （7—1）式中 GA——单位时间在塔内吸收的组分量， kmol吸收质/h； KYa——气相总体积吸收系数， kmol吸收质/（m3填料·h）； Vp——填料层体积， m3； DYm——塔顶、塔底气相浓度差(Y—Y*)的对数平均值，kmol吸收质/kmol惰性气体。

1） 填料层体积Vp Vp=π·DT2·Z/4 （7—2）式中 DT——塔内经， m； Z——填料层高度， m2）GA由吸收塔的物料衡算求得 GA=V（Y1—Y2） （7—3）式中 V——空气流量， kmol/h； Y1——塔底气相浓度， kmolNH3/kmol空气； Y2——塔顶气相浓度， kmolNH3/kmol空气3）标准状态下空气的体积流量V0空（7—4）式中 V0空——标准状态下空气的体积流量， m3/h； V空——转子流量计的指示值， m3/h； T0、P0——标准状态下空气的温度和压强， 273K、101.33kPa； T1、P1——标定状态下空气的温度和压强， 293K、101.33kPa； T2、P2——操作状态下温度和压强， K、kPa。

4）标准状态下氨气的体积流量V0NH3（7—5）式中 V0NH3——转子流量计的指示值， m3/h； T0、P0——标准状态下空气的温度和压强， 273K、101.33kPa； T1、P1——标定状态下空气的温度和压强， 293K、101.33kPa； T2、P2——操作状态下温度和压强， K、kPa； r0空——标准状态下空气的密度， 1.293kg/m3； r0NH3——标准状态下氨气的密度， 0.771kg/m35）塔底气相浓度Y1和塔顶气相浓度Y2（7—6）式中 nNH3——NH3的摩尔数； n空——空气的摩尔数用一定浓度，一定体积的硫酸溶液分析待测气体，有 nNH3=2×MH2SO4×VH2SO4×10—3 （7—7）式中 MH2SO4——硫酸的摩尔浓度， mol/l； VH2SO4——硫酸溶液体积， ml。

7—8）式中 V空气––—湿式气体流量计测出的空气体积， L； T0、P0——标准状态下的温度和压强， 273K、101.33kPa； 22.4——标准状态下一摩尔气体所占有的体积， 22.4L/mol则 Y2=nNH3/n空 （7—9）同样塔顶气相浓度Y2也可通过取样分析来获得6）平衡关系（7—10） m=E/P （7—11）式中 m——相平衡常数； E——亨利系数，由表7-1中低浓度（5%以下）氨水的亨利系数与温度的关系数据，用内插的方法获得， Pa X——溶液浓度， kmol吸收质/kmol水； P——塔内混合气体总压， Pa（绝压）。

P=大气压Pa+塔顶表压+填料层压降/2 （7—12）表7-1 低浓度（5%以下）氨水的亨利系数与温度关系数据温度 ℃01020253040亨利系数 E×10-5,Pa0.2970.5090.7880.9591.2661.963（7）塔底液相浓度X1，塔顶液相浓度X1当吸收剂为纯水时，塔顶X2=0，而（7—13）式中 V——空气流量， kmol/h； L——液体喷淋量， kmol/h； Y1、Y2——塔底、塔顶气相浓度， kmolNH3/kmol空气； X1、X2——塔底、塔顶液相浓度， kmol/kmol水因 GA=V（Y1-Y2），故 X1=GA/L （7—14） L=V水r水/M水 （7—15）式中 V水——水的体积流量， m3/m； ——水的密度， kg/m3； M水——水的平均分子量， 18kg/kmol。

8）气相平均浓度差DYm（7—16）式中 Y1*——与X1相平衡的气相浓度，Y1*=（kmolNH3/kmol空气）； Y2*——与X2相平衡的气相浓度，Y2*=（kmolNH3/kmol空气）四、实验装置与流程1.实验流程吸收装置流程如图所示实验装置由填料塔、微音气泵、液氨钢瓶、转子流量计、压4212345678910111213填料吸收塔实验装置流程图1． 水流量计 2．氨气流量计 3．空气流量计 4氨缓冲罐 5．空气缓冲罐 6．气泵 7．放空阀8．计前表压 9．塔顶表压 10．填料层压降 11．吸收塔 12．吸收瓶 13．湿式气体流量计差计(单管压差计、U型管压差计)及气体分析系统构成空气由气泵送出，由放空阀及空气流量调节阀配合调节流量后，经过转子流量计记录流量的大小，并与氨气混合，由塔底自下而上通过填料层混合气在塔中经水吸收其中的氨后，尾气从塔顶排出出口处装有尾气调节阀，用以维持塔顶具有一定的表压，以此作为尾气通过尾。