填料塔气体吸收实验

1. 填料塔气体吸收实验 江苏工业学院 化学化工学院

2. 一、实验目的 • 了解填料塔的基本结构，吸收装置的基本流程及操作方法。 • 了解空塔气速与压降的关系，掌握液泛规律。 • 掌握总传质系数和传质单元高度测定方法，并了解空塔气速和喷淋密度对其影响。

3. 二、实验任务 • 确定不同喷淋密度下空塔气速和压降关系，在双对数坐标上绘制△p/H～u曲线, 并用文字加以说明。 • 找出液泛点气速并与书本上通用关联图所得液泛气速进行比较。 • 测定某一操作条件下的体积吸收系数Kya和传质单元高度HOG。

4. 三、实验原理 填料塔流体力学性能的测定 • 填料塔的流体力学性能主要包括气体通过填料层的压强降、液泛气速、持液量（操作时单位体积填料层持有的液体体积）及气-液两种流体的分布等。 • 对于某一固定的填料塔而言，空塔气速和压强降、喷淋密度间存在一定关系。 • 一般情况下，适宜气速为液泛时气速的60～80％(小塔取上限)

5. 体积吸收系数Kya的测定 • 对低浓度气体的吸收，操作线和平衡线均为直线。

6. 整理数据的有关计算 空气的流量（惰性气体） 标准态下空气流量：

7. 氨气的流量： 标准态下氨气流量：

8. 气体通过塔截面的摩尔流速G

9. 进气浓度y1 平衡关系式

10. 出塔液相的浓度x1 据物料衡算，可得：

11. 对数平均推动力Δym

12. 塔顶尾气浓度y2

13. 传质单元高度

14. 四、实验装置及流程

15. 吸收实验装置流程图 1. 风机 2.变频器 3. 缓冲罐 4. 空气转子流量计 5.填料塔 6. 莲蓬头 7. 水过滤器 8. 水流量计 9.加热器 10.水封 11.氨气钢瓶 12. 氨瓶阀 13. 氨压力表及氨自动减压阀 14. 氨缓冲罐 15.安全阀 16. 氨转子流量计 17.吸收盒 18. 湿式气体流量计 19-27.阀门 28-32.温度传感器 33-35. 压力传感器 36.差压变送器

16. 主要设备规格： 拉西环： ф12×12×2mm； 堆高0.9m； 压延孔环：ф10×10×0.5mm； 堆高0.78m

17. 五、实验操作过程 填料塔流体力学性能的测定 • 打开仪表控制柜上的总电源开关，仪表上电(开关打到“开”)，风机开关打到“开”； • 打开变频器（“Run”），启动风机，通过变频器上的旋纽改变电机转速，在最大和最小气量范围内调节不同流速，测定气体通过干填料的压降，要求在整个流量范围内测定10点以上数据；

18. 关小气量到较小值（不要关死），缓慢打开进水阀，使填料全部润湿，然后固定某一喷淋量，由小到大地同样调节气体流量，测定该组数据直到液泛为止。要求做二个不同的喷淋密度下 u～△p／H的实验值，在测定数据的同时，请仔细观察气液流动过程接触情况。

19. 体积吸收系数和传质单元高度的测定操作 • 事先确定好操作条件，如空气流量、氨气流量、喷淋量,空气流量取该喷淋量下液泛气速的0.6～0.8倍，控制氨气的流量，保证进口浓度在10％以下，一般氨气流量取300～800L／h； • 准备好尾气分析器：取1mL一定当量的稀HCl在吸收盒中，加 1～2滴甲基红指示剂，加蒸馏水至适度，连接好管道； • 先开空气～水系统，后开氨气，实验完毕即关闭氨气系统；

20. 氨气系统的开动方法：先要弄清氨气自动减压阀的构造，开动时，首先将自动减压阀高压侧的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀高压侧应有示值，接着先打开氨气转子流量计前方调节阀，再缓慢压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，这时，氨缓冲瓶内冲气，氨转子流量计就出现读数，调节氨的流量，为了安全，这一步操作须征得教师同意后才可开阀。关闭时与开启步骤相反。氨气系统的开动方法：先要弄清氨气自动减压阀的构造，开动时，首先将自动减压阀高压侧的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀高压侧应有示值，接着先打开氨气转子流量计前方调节阀，再缓慢压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，这时，氨缓冲瓶内冲气，氨转子流量计就出现读数，调节氨的流量，为了安全，这一步操作须征得教师同意后才可开阀。关闭时与开启步骤相反。 • 当塔内吸收过程稳定后，便可进行尾气分析，至少要分析两次，当湿式气体流量计上读数相同或相近，改变条件(空气或水流量、温度、进料浓度等)，做另一组试验。

21. 六、实验注意事项 • 调节气体流量时应缓慢变化，以免错过液泛点； • 注意氨气减压阀的阀门开关方向； • 调节空气、氨气流量时应注意压力表的变化，缓慢开启； • 液泛现象出现时，应注意空气量不要过大，勿使瓷环冲出或打碎； • 吸收剂配置时要规范化操作； • 注意湿式气体流量计的度数方法。 • 实验时，应特别注意防止氨气的泄露。

22. 七、实验报告要求 • 实验前必须进行预习并完成相应的预习报告； • 将处理后的数据填写在数据记录表中； • 计算出的数据必须有示例演算； • 根据实验结果在坐标纸中绘制Δp/z～u图，找出载点和液泛点； • 得出实验结论并进行相应的讨论。

23. 八、思考题 • 体积吸收系数中a和at相等吗？为什么？ • 从气体流速u与压降△p/H关系中观察有无明显的转折点？这转折点意味着什么？ • 若进塔气体操作条件不变（即流量与浓度不变），要提高氨水浓度有什么办法？这时又会带来什么问题？ • 当气体温度与吸收剂温度不同时，应按哪种温度计算亨利系数E？ • 填料塔气液两相的流动特点是什么？ • 填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液封装置是如何设计的？

24. 从传质推动力和传质阻力两个方面来分析吸收剂流量和吸收剂温度对吸收过程的影响？从传质推动力和传质阻力两个方面来分析吸收剂流量和吸收剂温度对吸收过程的影响？ • 流体通过干填料压降与湿填料压降有何不同？填料塔液泛和哪些因素有关？ • 填料孔隙率有哪几种测定方法？ • 用水吸收空气和氨混合气中的氨这一操作过程属于气膜控制还是属于液膜控制？为什么？ • 吸收塔尾气组成是否要测定？怎样测定？分析尾气时惰性气体量用什么流量计来测量？尾气组成y2如何计算？

25. 尾气取样管线内如残留有上一次实验的尾气，对测量y2有无影响？应采取什么措施解决？尾气取样管线内如残留有上一次实验的尾气，对测量y2有无影响？应采取什么措施解决？ • 试从理论上分析，什么时候吸收过程达到稳定？ • 要提高Kya值，认为可采取什么措施？ • 测定填料吸收塔的Kya和△p/H～u关系有何实际意义？ • 分析实验结果：在其他条件不变的情况，增大气体流量（空气的流量），吸收率、吸收系数Kya、及传质单元数NOG、传质单元高度HOG分别如何变化？是否与理论分析一致，为什么？