填料塔吸收传质系数的测定
一、实验目的
1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；
2．掌握总体积传质系数的测定方法；
5．了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。
二、基本原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。
1、计算公式
填料层高度Z为
式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；
Kxa 以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)；
HOL 液相总传质单元高度，m；
NOL 液相总传质单元数，无因次。
令：吸收因数A=L/mG
2、测定方法
（1）空气流量和水流量的测定
本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。
（2）测定填料层高度Z和塔径D；
（3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2；
（4）平衡关系。
本实验的平衡关系可写成
y = mx
式中： m 相平衡常数，m=E/P；
E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得；
P 总压，Pa，取1atm。
对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算
可得x1 。
三、实验装置
1〕装置流程
1、2、13－球阀； 3－气体流量调节阀； 4－液体流量调节阀；5－气体转子流量计；6－液体转子流量计；7－喷淋头；8、11－填料层；9－液体再分布器；10－塔底；11－支撑板；12－压差计；14－气压表；15－二氧化碳转子流量计；16－气体混合罐
图5-1 吸收装置流程图
本实验装置流程：由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由风机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。
2〕主要设备
（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。
（2）填料规格和特性：金属丝网波纹规整填料：型号JWB—700Y，规格φ100×100mm，比表面积700m2/m3。
（3）转子流量计：
（4）空气风机：型号：旋涡式气泵
（5）二氧化碳钢瓶；
（6）气相色谱仪分析。
四、实验步骤与注意事项
1．实验步骤
（1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；
（2）打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水；
（3）打开仪表电源开关及风机电源开关，进行仪表自检；
（4）开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节阀门2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气）；
（5）启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀；
（6）仔细调节风机出口阀门的开度（并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值；）
（7）待塔中的压力靠近某一实验值时，仔细调节尾气放空阀14的开度，直至塔中压力稳定在实验值；
（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、压力、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；
（9）实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，（实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器）清理实验仪器和实验场地。
2）注意事项
（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。
（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
五、实验数据处理
根据上述实验测得的数据填写到下表：
实验日期： 实验人员：
六、实验报告
1) 将原始实验数据列表计算。
2）列出实验结果与计算示例。
3）在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳吸收时的总体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。
七、思考题
1．本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？
2．测定Kxa有什么工程意义？
3．为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？
4．当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？
第二篇：填料吸收塔实验指导书
实验指导--填料塔吸收传质系数的测定
一、实验目的
1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；
2．掌握总体积传质系数的测定方法；
5．了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。
二、基本原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。
i. 计算公式
填料层高度H为
式中： G 气体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；
Kya 以△y为推动力的气相总体积传质系数，kmol / (m3·s)；
HOG 气相总传质单元高度，m；
NOG 气相总传质单元数，无因次。
令：吸收因数A=L/mG ，S=1/A
ii. 测定方法
（1）空气流量和水流量的测定
本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。
（2）测定填料层高度H和塔径D；
（3）测定塔顶和塔底气相组成ya和yb；
（4）平衡关系。
本实验的平衡关系可写成
y = mx
式中： m 相平衡常数，m=E/P；
E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度查得；
P 总压，Pa，取1atm。
对清水而言，xa=0,由全塔物料衡算
可得xb 。
三、实验装置
1〕装置流程
1、2、13－球阀； 3－气体流量调节阀； 4－液体流量调节阀；5－气体转子流量计；6－液体转子流量计；7－喷淋头；8、11－填料层；9－液体再分布器；10－塔底；11－支撑板；12－压差计；14－二氧化碳转子流量计；15－气体混合罐.
吸收装置流程图
本实验装置流程：由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。
2〕主要设备
（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网波纹规整填料或θ环散装填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。
（2）填料规格和特性：金属丝网波纹规整填料：型号JWB—700Y，规格φ100×100mm，比表面积700m2/m3。
（3）转子流量计：测量CO2流量；
（4）C1000仪表：显示水和空气的流量；
（5）空气风机：型号：旋涡式气泵
（6）二氧化碳钢瓶；
（7）气相色谱仪分析。
四、实验步骤与注意事项
1．实验步骤
（1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；
（2）打开混合罐底部排空阀，排放掉空气混合贮罐中的冷凝水；
（3）打开仪表电源开关及空气压缩机电源开关，进行仪表自检；
（4）开启进水阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体转子流量计，使其流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节阀门2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气）；
（5）启动风机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀；
（6）仔细调节风机出口阀门的开度（并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在某一值；）
（7）待塔中的压力靠近某一实验值时，仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；
（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度、压差计、压力表上读取各温度、压力、塔顶塔底压差读数，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；
（9）实验完毕，关闭CO2钢瓶和转子流量计、水转子流量计、风机出口阀门，再关闭进水阀门，及风机电源开关，（实验完成后我们一般先停止水的流量再停止气体的流量，这样做的目的是为了防止液体从进气口倒压破坏管路及仪器）清理实验仪器和实验场地。
2）注意事项
（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。
（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
五、实验报告
1) 将原始数据列表。
2）在双对数坐标纸上绘图表示二氧化碳吸收时体积传质系数、传质单元高度与气体流量的关系。
3）列出实验结果与计算示例。
六、思考题
1．本实验中，为什么塔底要有液封？液封高度如何计算？
2．测定Kya有什么工程意义？
3．为什么二氧化碳吸收过程属于液膜控制？
4．当气体温度和液体温度不同时，应用什么温度计算亨利系数？
七、注意事项
1. 塔底液位不能淹没气体入口，也不能太低，防止气体从液体出口排除；
2. 取样时，注射器需要在取样口内停留一定时间，防止取出后吸入空气，影响测定结果。
3. 特别注意：观测二氧化碳气体流量并及时调整，保持其流量稳定，保证进塔混合气体中的二氧化碳浓度恒定。