填料塔吸收实验

填料吸收塔实验讲义

一、实验目的：

⑴ 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能； ⑵ 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法；

二、实验内容：

⑴ 测定填料层压降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速； ⑵ 固定液相流量和入塔混合气氨的浓度，在液泛速度以下取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）；

三、实验原理

1.填料塔流体力学特性

压强降决定了塔的动力消耗，是塔设计的重要参数。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降p ∆与气速u 的关系如下图所示：

在双对数坐标系中，无液体喷淋即喷淋量0

L 0=时，干填料的u

~p

∆是一条斜率为1.8~2

的直线（图中aa 线）。当有一定的喷淋量时，u

~p

∆的关系变成折线，并存在两个转折点，

在低气速下（C 点以前）压降正比于气速的1.8~2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc 段）。气速增加，出现载点（图中c 点），持液量开始增大，u

~p ∆向上弯曲，斜率变大，

（图中cd 段）。到液泛点（图中d 点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。这两个转

折点将u

~p

∆分为三个区段：恒持液量区、载液区与泛液区。

2.传质性能

吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备（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。

本实验是用水吸收空气-氨混合气体中的氨，混合气体中氨的浓度很低，吸收所得的溶液浓度也不高，可认为气-液平衡关系服从亨利定律，方程式mX

Y *=，又因是常压操作，相平

衡常数m 值仅是温度的函数。故可用对数平均浓度差法计算填料层传质平均推动力，相应的

传质速率方程式为：

m

p a Y A Y V K G ∆∙∙=

所以

)/(m p A a Y Y V G K ∆∙=

其中

2

2112211ln )

()(e e e e m Y Y Y Y Y Y Y Y Y -----=

∆

式中

G A —单位时间内氨的吸收量[kmol/h]； K Ya —总体积传质系数[kmol/m 3·h]； V p —填料层体积[m 3]； △Y m —气相对数平均浓度差；

Y 1—气体进塔时的摩尔比，

)

B (kmol )A (kmol ；

Y e1—与出塔液体相平衡的气相摩尔比； Y 2—气体出塔时的摩尔比，)

B (kmol )A (kmol ；

Y e2—与进塔液体相平衡的气相摩尔比。

3.计算公式 (1) 亨利系数

0.3254167

t 10

511905.7t

10

92857.7E 2

2

4

+**+**=-- (2) 总体积传质系数K Ya 、气相总传质单元高度H OG

m p A Ya Y V G K ∆∙=/

a 、标准状态下的空气流量V 0：

2

1210

010T T P P P T V V ∙∙∙

∙

= [m 3/h]

式中：

V 1——空气转子流量计示值 [m 3/h] T 0、P 0——标准状态下的空气的温度和压强 T 1、P 1——标定状态下的空气的温度和压强

T 2、P 2——使用状态下的空气的温度和压强

b 、标准状态下的氨气流量V 0’ [m 3/h]

式中：

V 1’——氨气转子流量计示值 [m 3 / h]

ρ01——标准状态下氨气的密度1.293 [kg / m 3] ρ

02——标定状态下氨气的密度

0.781 [kg / m 3]

如果氨气中纯氨为98%，则纯氨在标准状态下的流量V 0’’为：

V 0’’=0.98*V 0’

c 、惰性气体的摩尔流量G ：

G=V 0 / 22.4

d 、单位时间氨的吸收量G A ：

G A =G*(Y 1-Y 2)

e 、进气浓度Y 1：

2

11n n Y =

f 、尾气浓度Y 2：

4

.22/*

**202T T V V N Y s s =

式中：

N s ——加入分析盒中的硫酸当量浓度 [N] V s ——加入分析盒中的硫酸溶液体积 [ml] V ——湿式气体流量计所测得的空气体积 [ml] T 0——标准状态下的空气温度 [K]

T ——空气流经湿式气体流量计时的温度 [K]

g 、对数平均浓度差m Y )(∆：

2

12

1)()(ln

)()()(e e e e m Y Y Y Y Y Y Y Y Y -----=

∆

Y e2=0

1e1X m Y *=

P=大气压+塔顶表压+（填料层压差）/2 m=E / P

S A

1L /G

X =

式中：

2

10221010

010''T T P P P T V V ∙∙∙∙∙

∙

=ρρ

E ——亨利常数

Ls ——单位时间喷淋水量 [kmol / h] P ——系统总压强 h 、气相总传质单元高度：

a

Y OG

K G H

/'=

式中：

G ’——混合体气通过塔截面的摩尔流速

i 、吸收率

四、实验流程 填料塔设备参数：

基本数据：塔径Φ0.10m ，填料层高0.49m

填料参数：10×10×1.5[mm]瓷拉西环，a 1—440[m-1]，ε—0.7，a 1/ε3—1280[m-1](干)，

湿填料因子 1500 [m-1]

尾气分析所用硫酸体积：10ml ，浓度：0.00631N

吸收实验设备流程图如图所示。空气由漩涡气泵供给，氨气由氨气瓶供给，通过风机旁路阀V A103调节空气流量，孔板压差计测量空气压差降，氨气和空气混合后一起进入填料塔。水经调节阀进入填料塔。

经填料塔吸收，水吸收混合气中的大量氨气从塔底排出，空气和剩余少量氨气从塔顶作为尾气排出。为测量填料层压强降，装有表压计。

100%

Y Y Y 1

2

1A *-=

ϕ