1、實驗題目：填料塔吸收過程實驗 1了解填料吸收塔的基本結構，熟悉吸收實驗裝置的基本流程，搞清楚每一個附屬設備的作用和設計意圖。明確吸收塔填料層壓降 P與空塔氣速 u在雙對數坐標中的關系曲線及其意義，了解實際操作氣速與泛點氣速之間的關系。掌握測定含氨空氣-水系統的體積吸收系數 Kya的方法。熟悉分析尾氣濃度的方法。掌握氣液體積轉子流量計使用方法和安裝要求，濕式流量計的使用方法和連接要求。觀察在一定液體噴淋密度下，當氣速增大到一定程度時產生的液泛現象，測得液泛氣速，并根據液泛氣速確定操作氣速。根據實際測得的原始數據，在雙對u的關系曲線。1、旋渦泵 2、空氣轉子流量計 3、四個 U形管差壓計(13、1

2、4、15、16)、氨氣鋼瓶 4、氨氣壓力表 5、氨氣減壓閥 6、氨氣穩壓罐 7、氨氣轉子流量計 8、水轉子流量計 9、吸收瓶 10、濕式流量計 11、三通旋塞 12、溫度計 17、18、19。本實驗物系為水空氣-氨氣。由旋渦氣泵產生的空氣與從液氮鋼瓶經過減壓閥后的氨氣混合后進入填料塔底部。吸收劑水從塔頂噴淋而下，從塔底經液封裝置排出。氣液在填料層內接觸、傳質，經吸收后的尾氣從塔頂排出。很少量的一小部分尾氣通過三通閥引進洗氣瓶，洗氣瓶內裝有已知濃度和一定體積量的稀硫酸，尾氣與稀硫酸進行中和反應，經吸收后的尾氣通入濕式流量計后放空。從濕式流量計可以測出此小部分尾氣經過洗氣瓶的空氣體積量。四、實驗原

3、理和方法填料塔的壓力降與泛點氣速是填料塔設計與操作的重要流體力學參數。氣體通過填料層的壓力降將隨氣液流量的變化而改變。填料層的壓力降p與空塔氣速 u的關系如圖 2所示。當無液體噴淋時， pu關系在雙對數坐標中為一斜率在 1.82.0之間的直線，如圖 2中 AB線。當液體噴淋密度達到一定值如 后，液體以液膜狀流經填料表面， pu關系如圖 2中 A1B1C1D1線所示，由兩個轉折點 、C1分為三個區段。其中第一區段 A1B1為恒持液區，在此區段中空塔氣速較低，氣體流速對填料表面上覆蓋的液膜厚度無明顯影響，填料層內的持液量與空塔氣速無關，僅隨噴淋量的增加而增大。此區段的pu關系線與 AB線平行，由于

4、持液使填料層空隙率減小，故壓降高于相同空塔氣速下的干塔壓降。當空塔氣速增大至一定程度時，氣體對液體的流動產生明顯的牽制作用，隨空塔氣速增大，液膜增厚，出現填料層持液量增加的所謂攔液狀態或稱截液現象，此時的狀態點稱為載點或攔液點，即圖 2中的 B1點。空塔氣速大于載點氣速后，填料層內的持液量隨空塔氣速增加而增大，在空塔氣速增大與空隙率下降的雙重作用下， pu關系線呈向上彎曲的形狀，即圖中的第二區段 B1C1。當氣體速度繼續增大，達到點 C1相當的值時，上升氣流對液體所產生的曳力使得液體向下流動嚴重受阻，積聚的液體充滿填料層空隙，氣體只能以鼓泡的形式上升，致使填料層壓降急劇上升， pu關系線變得非

5、常陡峭，如圖 2中 C1D1區段。此現象稱為液泛，C1點稱為泛點。填料塔在液泛狀態(C1D1區段下操作，氣液相間的接觸面積最大，傳質效率最高，但操作最不穩定，因此實際操作氣速應控制在既接近于液泛，但又不發生液泛時的氣速。一般操作氣速取液泛氣速的 60%80%。2.填料層壓降和空塔氣速的測定塔內氣體流速用空塔氣速 u表示，其定義為氣體體積流量與塔截面之比。即u=一一塔截面積，m2。流量計的標定條件為 t=293.15K，p0=101325Pa，氣體轉子流量計的標定介質為空氣，液體轉子流量計的標定介質為水。實驗測量氣體、液體體積時操作條件與標定條件不同，所以必須經過校正。當被測介質是氣體，則其體積

6、流量校正式為：Q=QN0P0T0（4-3） =QNS0PT0S0一一被測氣體在標定條件下的密度，kg/m3；一一指實際測量條件下被測氣體的密度，kg/m3；P0一一標定條件的絕對壓力，101325Pa；T0一一標定條件的絕對溫度，293.15K；一一指實際測量條件下被測液體的密度，kg/m3；0一一標定條件下水的密度，kg/m3。根據實測的p與求得的空塔氣速 u值，可在雙對數坐標中作出關系曲線，即在圖2中可以得到液泛氣速，也就確定了實際氣速操作的范圍。3.體積吸收系數的測定由空氣和氨氣混合后進入塔底，液相清水由塔頂噴淋而下，系統總壓 P一般取塔內的平均壓力，根據塔頂壓力和塔頂、底壓差可以得出塔

7、內平均壓力。p=p底+p頂 (4-5)實驗中因塔底液相溫度與塔內平均溫度非常接近，所以 T取塔底液相溫度。進塔混合氣中溶質的摩爾組成小于 10%，屬于低濃度氣體吸收。在雙膜理論的基礎上，操作范圍之內，塔內任一截面處的氣液兩相成平衡關系，氣液相平衡關系為 ，此式中 m為相平衡常數，且 m=E。 P總體積傳質吸收系數對于低濃氣體吸收，傳質系數可視為常數。對于塔內填料的類型與尺寸一定，單位體積填料的有效氣液接觸面積，主要取決于流體流動情況。因氣、液流率幾乎不變，全塔的流動狀況相同，故傳質系數在全塔可視為常數。總體積吸收系數反映了填料吸收傳質性能的主要參數之一，也是設計填料塔的重要基礎數據。對低濃氣體

8、吸收，可近似?。簓y（4-8a） 1+yxX=x （4-8b） 1+xnAir（4-10）因為出塔氣體尾氣還含有很少量的氨，是弱堿性的，所以可以通人濃度已標定，體積數一定的酸中進行中和反應，測出尾氣中氨氣的濃度。具體測定是，取濃度為 Ma(mol/L)的硫酸置于吸收瓶中，加 23滴指示劑例溴百里酚蘭，少量的尾氣通人洗氣瓶內，硫酸吸收后再經濕式流量計放空，尾氣一直通到中和反應的終點即指示劑由黃棕色變至黃綠色馬上停止通氣。按式(4-11)計算出Y2。Y2=nNH3nAir2MaVa 10-3 （4-11） =P0V0RT0P0、V0、T0一一尾氣經洗氣瓶吸收后，通過濕式流量計空氣的壓力、體積、溫度

9、(K)；R一一氣體常數。出塔液相組成 X1的確定也可以用酸堿中和滴點法測得方法略?？倐髻|推動力的確定Y=Y-Y*-Y2(Y1-mX2)-(Y2-mX1) （4-13） =ln(Y1/Y2)ln(Y1-mX1)/(Y2-mX2)總體積傳質吸收系數 kya的計算溶質被吸收的量 GA由物料衡算可求得，又式中 總體積傳質吸收系數，kmol/m3h在仿真實驗主界面中選擇吸收實驗，點擊進入吸收過程實驗界面，輸入學號，回車，點擊仿真操作，進入實驗操作界面。首先點擊開始實驗按鈕，雙擊吸收劑調節闊，得一閥門開度放大圖，點、一符號，可增減閥門的開度，先增大水的流量，潤濕塔內填料，隨后調節水流量到一定值，例如取 ，

10、然后點擊風機開關的綠色按鈕，啟動旋渦氣泵，雙擊空氣流量調節閥，慢慢增大風量，同時注意觀察塔內氣液流動形態，直至填料層中產生乳化現象，即表明已發生液泛。記下液泛時的最大空氣量例 15m3/h)，再根據最大空氣量規劃各個實驗狀態點的風量值。為了使實驗點在坐標軸上分布均勻，風量應按等比數列安排，比值取 1/4。實驗時風量應從小到大逐級調節，每改變一次風量，需待系統穩定后再點擊讀取數據按鈕，以記錄該實驗狀態點的實驗數據。一個噴淋密度下一般測 10組數據左右，最后一組數據應在泛點下測取。2.體積吸收系數 Kya的測定調節水量至 0.03 m3/h不變，空氣量取液泛時的 0.60.8倍，例如取 12m3/

11、h；打開氨減壓閥。為了保證在低濃氣體下吸收，氨氣的體積流量應小于空氣流量的7.7%，例如取 4%，則氨氣流量為 0.48 m3/h。等系統穩定后，雙擊屏幕左上側的尾氣吸收瓶，使尾氣吸收瓶和濕式流量計相連，點擊三通閥門，尾氣引人吸收瓶與內裝一定量的濃度已知的稀硫酸進行中和反應。當指示劑由紅色變成黃綠色時，中和反應達到終點，此時計算機彈出一個對話框，提示中和反應已達終點，點擊確定即可結束尾氣分析。再點擊讀取數據按鈕，則可自動讀取第一個操作條件下的各測量參數。保持空氣和氨氣流量不變，改變水量，例如增大到 0.036 m3/h，等系統穩定后，重復以上數據測取操作。再在第二個實驗狀態點的基礎上，保持水流

12、量不變，將空氣的流量減小到 9m3/h，則相應的氨氣流量為 0.36 m3/h，等系統穩定后，再重復以上數據測取操作。如是得到三種操作條件下的 Kya測試原始數據。六、實驗數據處理當測完實驗數據后，可點擊實驗操作界面上部的數據處理按鈕，進入數據處理界面，進行實驗數據處理。pu數據處理點擊界面左側的pu按鈕，則列表顯示出原始測定數據，再點擊數據處理，又會列表顯示數據處理結果。再雙擊作圖。則可在雙對數坐標中作出塔頂、底壓降 p與空塔氣速 u的關系，并在右上側顯示泛點氣速和載點氣速。圖 5.6Apu曲線的原始數據記錄2. Kya的數據處理原始數據實驗題目：填料塔吸收過程實驗 8數據處理表點擊界面左側

13、的Kya按鈕，可得到在三種操作條件下的原始數據表格。再點擊數據處理按鈕，則可得到實驗結果列表，其中最終結果為 Kya。從實驗結果可以看出，當水量不變，只改變氣量時的 Kya值大于改變水量而氣量不變時的 Kya值，因此表明水吸收氨是屬于氣膜控制的過程。七、實驗裝置停車操作點擊返回實驗室按鈕，返回實驗操作界面。按以下順序執行停車操作：關閉氨氣閥門。測 pu關系曲線時，空氣流量應按等比數列變化，這樣可保證實驗點在雙對數坐標軸上分布均勻。左上側尾氣吸收瓶只有三只，只能分析三次尾氣濃度，如果超過三次，則吸收瓶不能復原，只能重新再做實驗。當連接了尾氣吸收瓶后，別忘了還應點擊三通，使部分尾氣通入吸收瓶進行中和反應，否則無法得到尾氣的濃度。1.為什么要測 pu的關系曲線?實際操作氣速與泛點氣速之間存在什么關系?2.什么是空塔氣速?3.混合氣體經過填料塔吸收后，塔頂尾氣濃度是怎樣測定的?4.經過填料塔吸收后，從塔底出來的液相濃度可用哪幾種方