吸收实验
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一、实验目的
1、? 熟悉填料吸收塔结构和流程
2、? 观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线
3、? 掌握气相总体积系数kYa和气相总传质单元高度HOG的测定方法。
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二、实验原理
1、? 填料塔流体力学特性
图2-73 填料层压降-空塔气速关系示意图填料塔的压降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数，气体通过填料层引起的压降与空塔气速关系如图2-73所示：
当无液体喷淋时，干填料层压降Dp对气速u的关系在双对数坐标中可得斜率为1.8~2的直线，（图中aaˊ线）。当有液体喷淋时，在低气速下，（c点以前）对填料表面覆盖的液膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大，压降正比于气速的1.8~2次幂，由于持液使填料层的空隙率减少，因此，压降高于相同气速下的干填料层压降，是图中bc段为恒持液区。随气速的增加液膜增厚，出现填料层持液量增加的“拦液状态”（或称载液现象），此时的状态点，图中的c点称载点或拦液点。气速大于载点气速后，填料层内的持液量随气速的增大而增加，压降与气速关系线的斜率增大，图中cd段为载液区段。当气速继续增大，到达图中d点，该点成为泛点，泛点对应的气速称为液泛气速或泛点气速。此时上升气流对液体产生的曳力使液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，使填料层压降急剧上升，压降与气速关系线变陡，图中d点以上的线段为液泛区段。填料塔实际操作的气速控制在接近液泛但又不发生液泛时的气速，此时传质效率最高。一般操作气速取液泛气速的60%~80%。
2、? 气相总体积吸收系数kYa的测定
(1)?? 气相总体积吸收系数
?? （2—63）
式中：V ——惰性气体流量，kmol/s;
z ——填料层的高度，m;
W——塔的横截面积，m2;
Y
1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol（溶质）/kmol（惰性组分）； ——塔顶与塔底两截面上吸收推动力与的对数平均值，称为对数平均推动力。
?? （2—64）
在本实验中，由测定进塔气体中的氨量和空气量求出Y1，由尾气分析器测出Y2，再由平衡关系求出Y*。数据整理步骤如下：
(1)?? 空气流量
标准状态的空气流量为V。用下式计算：
? （2—65）
式中：V1——标定状态下的空气流量，(m3/h);
T0、P0——标准状态下空气的温度和压强，kPa;
T
1、P1——标定状态下空气的温度和压强， kPa;
T
2、P2——使用态下空气的温度和压强， kPa;
(2)?? 氨气流量
标准状态下氨气流量 用下式计算：
（2—66）
式中：——氨气流量计示值，(m3/h)；
——标准状态下空气的密度,kg/m3；
——标准状态下氨气的密度, kg/m3。
若氨气中含纯氨为98%，则纯氨在标准状态下的流量V0〞用下式计算：
??? ?（2—67）
(3)?? 混合气体通过塔截面的摩尔流速：
（2—68）
式中：d——填料塔内径，m。
(4)?? 进塔气体浓度
?? （2—69）
式中：n1——氨气的摩尔分率。
n2——空气的摩尔分率。
根据理想气体状态方程式：
∴? ?（2—70）
(5)??平衡关系式
如果水溶液
Y*=mx??? （2—71）
式中：m——相平衡常数，
?? （2—72）
H——亨利系数，Pa；
p——系统总压强，Pa.
? （2—73）
?
式中：p*——平衡时的氨气分压,(mmHg或Pa)，其数值可从附录5.1氨气的平衡分压表查得。
(6)?? 出塔气体（尾气）浓度
出塔气体（尾气）浓度由尾气分析仪测得，具体见附录5.4，尾气浓度的测定方法。 尾气中氨的浓度由下式计算：
??? （2—74）
式中：T
1、p1——空气流经湿式气体流量计的压强和温度；
T0、p0——标准状态下空气的温度和压强；
V1——湿式气体流量计所测得的空气体积，ml；
Vs——硫酸体积，L；
Cs——硫酸浓度，mol/L；
rs——反应式中硫酸配平系数，本实验rs =1；
r2——反应式中氨配平系数，本实验r2=2。
(7)?? 出塔液相浓度
根据物料平衡方程：
（2—75）
因进塔液相为清水，即X2=0，则
? （2—76）
(8)?? 计算
由对数平均推动力公式计算，其中∵X2=0∴Y*=0
(9)?? 求气相总体积吸收系数KYa
3、? 传质单元高度HOG的测定
? （2—77）
式中：HOG——气相总传质单元高度，m；
NOG——气相总传质单元数，无因次。
z已知，NOG求出后，则HOG可求得。
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三、实验装置及流程
图2-74 吸收装置流程图
l—风机；2—空气调节阀；3—油分离器；4—转子流量计；5—填料塔；6—栅板；7—排液管； 8—喷头；9—尾气调压阀；10—尾气取样管；11—稳压瓶；12—旋塞；13—吸收盒；14—湿式气体流量计；
15—总阀；16—水过滤减压阀；17—水调节阀；18—水流量计；19—压差计；20、21—表压计；
22—温度计；23—氨瓶；24—氨瓶阀；25—氨自动减压阀；
26、27—氨压力表；28—缓冲罐； 29—膜式安全阀；30—转子流量计；31—表压计；32—闸阀
四、实验步骤及注意事项
1、? 实验步骤
（1）?? 填料塔流体力学测定操作
1）? 先全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，风机运转后再逐渐关小旁通阀调节空气流量。做无液体喷淋时，干填料层压降Dp对应气速u的关系。
2）? 全开旁通阀，再打开供水系统在一定液体喷淋量下，缓慢调节加大气速到接近液泛，使填料湿润，然后再回复到预定气速进行正式测定。
3）? 正式测定时固定某一喷淋量，测量某一气速下填料的压降，按实验记录表格记录数据。
4）? 实验完毕停机时，必须全开空气旁通阀，待转子降下后再停机。
（2）?? 气相总体积吸收系数测定的操作
1）? 实验前确定好操作条件（如氨气流量、空气流量、喷淋量）准备好尾气分析器。
2）? 按前述方法先开动水系统和空气系统，再开动氨气系统，实验完毕随即关闭氨气系统，尽可能节约氨气。
2、? 注意事项
(1) 填料塔流体力学测定操作，不要开动氨气系统，仅用水与空气便可进行操作。
(2) 正确使用供水系统滤水器，首先打开出水端阀门，再慢慢打开进水阀，如果出水端阀门关闭情况下打开进水阀，则滤水器可能超压。
(3) 正确使用氨气系统的开动方法，事先要弄清氨气减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值，关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，低压氨气压力表的示值达到5ⅹ104Pa或8ⅹ104Pa时即可停止。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。
(4) 尾气浓度的测定，详见附录5.4。
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五、实验报告要求
1、? 在双对数坐标纸上绘出干填料层压降Dp与空塔气速u的关系曲线及一定液体喷淋密度下的压降Dp与空塔气速u的关系曲线。
操作条件下液体的喷淋密度 [m3/m2.h]
??? （2—78）
2、? 测定含氨空气~水系统在一定的操作条件下的气相总体积吸收系数KYa和传质单元高度HOG。
六、思考题
1、? 阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。
2、? 为什么要测Dp~u的关系曲线？实际操作气速与泛点气速之间存在什么关系？
3、? 为什么引入体积吸收系数KYa？它的物理意义是什么？
混合气体经过填料塔吸收后，塔顶尾气浓度是怎样测定？
