实验九 填料塔吸收实验

一、实验目的

1、了解填料吸收塔的结构和基本流程

2、熟悉填料吸收塔的操作

3、观察填料吸收塔的流体力学行为并测定在干、湿填料状态下填料层压降与空塔气速的关系

4、测定总传质系数Kya，并了解其影响因素

二、基本原理

气体吸收是常见的传质过程，它是利用液体吸收剂选择性吸收气体混合物中某种组分，从而使该组分从混合气体中得以分离的一种操作。

对稳定的低浓度物理吸收过程，根据吸收过程的物料衡算及传质速率方程有：

V（Y₁-Y₂）=Ω·Z·△Y_m

故

式中：V，通过吸收塔的惰性气体量即空气的摩尔流量，kmol/h

、，气相入口、出口溶质摩尔比，kmol溶质/kmol惰性气体

Ω，塔的有效吸收面积即塔的截面积，

Z ，填料层高度，m

，对数平均推动力

可见，通过测定操作过程吸收系统的V、Y₁、Y₂、Ω、Z及△Y_m，即可计算出值。

（1）空气流量V的测定

空气流量按下式计算即可：

及

式中：、、，空气在标准状态下的温度、压力、流量，K、、m³/h

T、P、，转子流量计标定状态下空气的温度、压力、流量，单位同上

、，空气进入转子流量计前的温度、压力，K、

C，转子流量计系数，本实验为1.00

V，空气的摩尔流量，Kmol/h

（2）溶质（气体）入塔浓度的测定

或 kmol/kmol air

式中：P_T，入塔前混合气体总压（Pa），本装置可设定在0.02MPa（表压）左右

，入塔温度t 下丙酮分压，可近似认为丙酮在t温度下达到饱和，其饱和蒸汽压服从Antoine方程：In=A-B/(C+1)，式中、t单位分别为mmHg及⁰C，常数A、B、C分别为16.6513、2940.46和237.22。

此外，亦可由气相色谱法进行定量分析。

（3）尾气出塔浓度测定

由气相色谱仪测定。

吸收剂出口溶质浓度

       kmol溶质/kmol

式中：L，吸收剂（清水）用量，Kmol/h

X₂，吸收剂（清水）中溶质浓度（单位同前），本实验中X₂=0 。

（4）平衡常数m、平衡浓度Y^*、对数平均推动力的计算

及 E^丙酮=2.20+0.015+0.0001t² (atm)

三、实验装置

四、操作步骤

(1)检查水槽液位是否足够，需要时应为水槽加水。

(2)检查汽发器内液位是否在要求的范围内，必要时应为汽化器加丙酮。

(3)启动空气压缩机，待空压机出口压力达到额定压力后（会自动停机），缓慢打开气体流量计阀门进气，进口压力控制在0.006MPa，流量控制在0.04～0.08m³/h之间；

(4)灌泵后打开电源开关，启动泵。

(5)在L=0及L为某一定值时，改变V，分别测定在两种情况下的填料层压降与空塔气速的关系数据。注意观察当L一定时，随着V的改变，填料塔内流体流动现象。若还未看见液泛现象则可同时加大L。

(6)打开吸收塔的水进口阀进水，严格控制料液的流量在35～45L/h范围。

(7)打开丙酮加热开关，打开进气温度控制仪表，将进气温度设定为50～55℃。

(8)待操作稳定以后，从塔顶、塔底取样口同时取样分析。

(9)增加气相流量，重复操作7以取得另外一组数据。

(10)如果分析结果证明，增加气相流量后，塔顶出口气相与塔底出口液相中溶质含量上升，说明实验结果基本合理，吸收实验则已完成。

(11)关闭进口液相的控制阀终止加料，关闭离心泵电源，关闭进气温度控制器停止加热，待塔内液相全部流完以后再关闭气相进口阀。

(12)遇紧急情况需直接断电源，但断电后必须把所有的开关和阀都关上。

五、数据记录及整理要求

(1)按照相应实际内容，列出原始数据记录表格；

(2)作出L=0时的△P—U_空曲线；

(3)作出L≠0时的△P—U_空曲线，并找出泛点气速；

(4)计算不同操作条件的Kya；

(5)从以上实验数据及计算结果，归纳总结本实验的主要结论，并讨论分析影响实验结果的主要因素。

思考题

1.L=0时，△P—U_空曲线与L≠0时的△P—U_空曲线有什么不同之处？

2.哪些因素会影响吸收系数K_Ya，如何影响？

3.对于一个既定的吸收塔，可否允许在小于最小液汽比的情况下操作？

4.填料吸收塔为什么必须有液封装置，液封装置是如何设计的？

5.在吸收塔中有哪些因素可以改动？

6.本吸收过程是气膜控制还是液膜控制？

6.当吸收塔排出的吸收液全部或部分循环使用，会对吸收操作有什么影响？

7.吸收实验开始前为什么要测定干塔及一定喷淋量L下，填料层压降与空塔气速△P—U_空的关系？对于L≠0时，填料层的压降主要来源于哪几个方面？

8.本实验所测定的为总吸收系数K_Ya  ，此时各分系数分别为多少？

9.在测定相平衡常数时，为何要测定吸收液温度而不测入塔气相温度？