化 工 原 理 实 验 报 告

学 院： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 精化082班 姓 名：李文娟 学 号08402010113 指 导 教 师： 贾志舰 日 期： 20xx年11月

24

日

实 验 名 称： 吸收实验

一、 实验目的

1．熟悉填料塔的构造与操作。

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．掌握总传热系数Kxa的测定方法并分析影响因素。

4．学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

二、 实验原理

本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解析塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数KXa，并进行关联，得到KXa=ALaVb的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。

1. 填料塔流体力学特性

气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8-2的直线（图中为aa线）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降也正比于气速的1.8-2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速的增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大，压降-气速线向上弯，斜率变陡（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。

图1 填料层压降-空塔气速关系示意图

2. 传质实验

填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务锁需要调料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。

本实验是对富氧水进行解吸。气液两相的平衡关系服从亨利定律（富氧水浓度小），即平衡线为直线，操作线也为直线，因此用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。

传质速率方式为：GA=Kxa*Vp*△Xm

Kxa= GA/（Vp*△Xm）

Vp=Z*? GA=L（X1-X2）

L/kmol/h—水流量 X1、X2—液相进塔、出塔的摩尔分率。 ?X?(x1?x1)?(x2?x2 m*

lnx1?x1

x2?x*

2**)

进塔气相浓度有y2，出塔气相浓度y1 y1=y2=0.21

x1*= y1/m ， x2*= y2/m

式中：m—相平衡常数（m=E/P）

E—亨利常数 P—系统总压强 P=大气压+1/2（填料层压差） 相关的填料层高度的基本计算式为：?

Z?x1Ldx=Ho*No LLKxa*??x2x?x*

HoL=Z/ NoL 其中， NoL=?x1

x2dxL HoL= *x?xKxa*?

由于氧气为难溶气体，属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。

在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡系下方，在实验是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。

备注：气液相浓度的单位用摩尔分率

三、 实验装置流程

1. 基本数据：

解吸塔径为0.1m，吸收塔径为0.032m，填料层高度0.8m（陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹丝网填料）和0.83m(金属θ环)。

2. 实验装置图

自来水

CO2来自钢瓶

空气来自风机

吸收实验流程简图

四、 实验步骤及注意事项

1.实验步骤

㈠流体力学性能测定

①定干填料压降

打开空气阀门，调节空气流量，从小到大，读取空气进口温度，空气压力，空气流量，填料层压降并记录。

②测定湿物料压降

打开水阀门，并保持在一定流量不变，几分钟后，打开空气阀门，调节空气流量，从小到大，读取空气进口温度，空气压力，空气流量，填料层压降并记录。

㈡传质实验

①氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.03-0.04MPa，不要过高，并

注意减压阀使用方法。为防止水倒罐进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒罐阀或先通入氧气后通水。

②调节水流量一定，同时通入氧气，并保持大约10min。

③分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，用测氧仪分别分析各自氧的含

量。

④实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀

及调节阀。检查总电源，总水阀及各管路阀门，确定安全后方可离开。

2.注意事项

①测定干填料压降时，塔内填料务必事先吹干。

②测定湿填料压降时，测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。

③注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。 ④氧气减压后进入缓冲罐，管内压力保持0.03-0.04MPa，不要过高，并注

意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关

闭防倒灌阀，或先通入氧气后通水。

⑤实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀及调节阀。检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。

五、 原始实验数据（附页）

1. 物料流体力学性能测定数据 标准状态：T1=25℃ P1=101.3KPa

六、 数据处理

以第一组数据为例：

使用状态下的空气流量V2 V2

=V1*P1*T2/(P2*T1) V1—空气转子流量计示值〔m3/h〕

T1、P1—标定状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕 T2、P2—使用状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕

V2=V1*P1*T2/(P2*T1)=19.2*101.3*293.15/(2.354*298.15)=812.2m3/h V2=1/4×π×ｄ２×u d=0.1m 可得： u=28.74m/s

lgu=1.46 m/s lg △P=lg40=1.6pa

由所得的实验数据做填料层压降-空塔气速关系示意图

水温为25℃时，可查得：水的密度为998.2kg/m3

可求得：x1=7.1 mg/L=3.97*10-6 x2=10mg/L=3.37*10-6

1.单位时间氧解吸量GA

GA=L（X1-X2）

L=200 L/h=200×998.2÷18×(1-0.11×10-4) =11.09Kmol/h

GA=L（X1-X2）=11.09×（0.11×10-4-0.56×10-5）=3.11×10-5 Kmol/h

2.对数平均浓度差△Xm

*(x1?x1)?(x2?x*)

2 ?Xm?*x?x1ln1

x2?x*

2

氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取：

E=〔-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56〕×106 （KPa）

=〔-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56〕×106 = 1.781×107KPa

P=大气压+1/2（填料层压差）=101.3+1/2×0.23=101.415KPa m=E/P=1.781×107/101.415=1.756×105

进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1 y1=y2=0.21

x1*= y1/m=x2*= y2/m=0.21/ 1.756×105 =1.196×10-6

前面已求得：x1=7.1 mg/L=3.97*10-6 x2=10mg/L=3.37*10-6 因此，代入各数据可得：△Xm=6.388×10-6

3. 液相总体积传质系数 Kxa （Kmol/(m3·h) ）

Kxa= GA/（Vp×△Xm）= GA/(1/4×π×ｄ２×H×△Xm）

=4.49×10-5/(1/4×3.14×0.12×0.8×6.388×10-6)=1.119×103Kmol/(m3·h)

4. 液相总传质单元高度HoL(m)

HoL=L=8.32/(1.119×103×1/4×3.14×0.12)=0.889m Kxa*?

七、 结果分析与讨论

由所做的图像可以看出，有点偏离填料塔流体力学特性。第一点到第二点是对应特性曲线的bc段，第二点到第三点对应cd段，第三点到第六点对应d点之后。

八、 思考题

1. 填料塔在一定喷淋量时，气相负荷应控制在哪个范围内进行操作？ 答：应在雾沫夹带线和漏液线之间。否则会使塔板效率下降。

2. 通过实验观察，填料塔的液泛首先从哪一部位开始？为什么？

答：液泛首先从塔底开始。因为实验中塔底通氧气，塔顶通水，塔底氧气速

率较大，使液体不能顺利往下流，最易发生液泛。

3. 欲提高传质系数，你认为应采取哪些措施？

答：选择比表面积及孔隙率大，润湿效果好的填料；将空塔流速控制在载点

与泛点之间，加剧气液湍动。

第二篇：填料吸收塔实验

填料吸收塔实验

一、实验目的

    1、熟悉填料吸收塔的构造和操作

    2、测定气体通过干湿填料塔的压力降，进一步了解填料塔的流体力学特性。

    3、测定填料吸收塔的吸收传质系数。

二. 设备主要技术数据及其附件:

    1.设备参数:

    (1) 鼓风机: XGB型旋涡气泵,型号2,最大压力1176Kpa，最大流量75m³／h

(2) 填料塔: 玻璃管,内装10×10×1.5瓷拉西环,  填料层高度Z＝0.4m,填料塔内径

D＝0.075m

    (3) 液氨瓶1个、氨气减压阀1个（用户自备）

    2. 流量测量:

(1) 空气转子流量计: 型号: LZB-25  流量范围: 2.5─25m³／h    精度: 2.5％

    (2) 水转子流量计:   型号: LZB-6     流量范围: 6─60L／h     精度: 2.5％

    (3) 氨转子流量计:   型号: LZB-6 流量范围: 0.06─0.6m³／h    精度: 2.5％

3.浓度测量:

塔底吸收液浓度分析: 定量化学分析仪一套。（用户自备）；

塔顶尾气浓度分析: 吸收瓶, 量气管, 水准瓶一套。

4.温度测量:

转换开关 0-空气温度、1-氨气温度、2-吸收液温度

三.实验装置的基本情况：

图一、填料吸收塔实验装置流程示意图

1-鼓风机、2-空气流量调节阀、3-空气转子流量计、4-空气温度、5-液封管、

6-吸收液取样口、7-填料吸收塔、8-氨瓶阀门、9-氨转子流量计、10-氨流量调节阀、11-水转子流量计、12-水流量调节阀、13-U型管压差计、14-吸收瓶、15-量气管、16-水准瓶、17-氨气瓶、18-氨气温度、20-吸收液温度、21-空气进入流量计处压力

实验流程示意图见图一,空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节,氨气由氨瓶送出,经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。

    吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用∪形管压差计13测定。

四. 实验方法及步骤:

    1. 测量干填料层(△P／Z)─u关系曲线:

先全开调节阀 2,后启动鼓风机,用阀 2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降△P,转子流量计读数和流量计处空气温度,然后在对数坐标纸上以空塔气速 u为横坐标,以单位高度的压降△P／Z为纵坐标,标绘干填料层(△P／Z)─u关系曲线(见图二).

    2. 测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线:

用水喷淋量为40L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, 一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为40L／h下(△P／z)─u关系曲线(见图二),确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。

(1)选泽适宜的空气流量和水流量(建议水流量为30L／h)根据空气转子流量计读数为保证混合气体中氨组分为0.02-0.03左右摩尔比，计算出氨气流量计流量读数。

(2)先调节好空气流量和水流量,打开氨气瓶总阀8调节氨流量,使其达到需要值,在空气,氨气和水的流量不变条件下操作一定时间过程基本稳定后,记录各流量计读数和温度,记录塔底排出液的温度,并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。

(3)尾气分析方法:

    a.排出两个量气管内空气,使其中水面达到最上端的刻度线零点处,并关闭三通旋塞。

    b.用移液管向吸收瓶内装入5mL浓度为0.005Ｍ左右的硫酸并加入1─2滴甲基橙指示液。

    c.将水准瓶移至下方的实验架上,缓慢地旋转三通旋塞,让塔顶尾气通过吸收瓶,旋塞的开度不宜过大,以能使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动为限。

    从尾气开始通入吸收瓶起就必需始终观察瓶内液体的颜色,中和反应达到终点时立即关闭三通旋塞,在量气管内水面与水准瓶内水面齐平的条件下读取量气管内空气的体积。

若某量气管内已充满空气,但吸收瓶内未达到终点,可关闭对应的三通旋塞,读取该量气管内的空气体积,同时启用另一个量气管,继续让尾气通过吸收瓶。

    d.用下式计算尾气浓度Y₂

    因为氨与硫酸中和反应式为:  2NH₃＋H₂SO₄＝(NH₄)₂SO₄

    所以到达化学计量点(滴定终点)时,被滴物的摩尔数n_NH3和滴定剂的摩尔数  n_H2SO4 之比为:   n_NH3∶n_H2SO4＝2∶1

      n_NH3＝2n_H2SO4＝2M_H2SO4·Ｖ_H2SO4

      Y2＝＝

   式中:  n_NH3,N_空气─分别为NH3和空气的摩尔系数,

              M_H2SO4─硫酸溶液体积摩尔浓度,   mol溶质／l溶液

             ∨_H2SO4━硫酸溶液的体积,    ｍl

             ∨_量气管━量气管内空气的总体积,    ｍl

T₀─标准状态时绝对温度 273K,

                 T─操作条件下的空气绝对温度 K 。

    (4)塔底吸收液的分析方法:

     a.当尾气分析吸收瓶达中点后即用三角瓶接取塔底吸收液样品,约200mL并加盖。

     b.用移液管取塔底溶液10mL置于另一个三角瓶中,加入2滴甲基橙指示剂。

     c.将浓度约为0.05M的硫酸置于酸滴定管内,用以滴定三角瓶中的塔底溶液至终点。

    (5)水喷淋量保持不变,加大或减小空气流量,相应地改变氨流量,使混合气中的氨浓度与第一次传质实验时相同,从复上述操作,测定有关数据。

五. 使用实验设备应注意的事项:

    1.启动鼓风机前,务必先全开放空阀2。

    2.做传质实验时,水流量不能超过40L／h,否则尾气的氨浓度极低,给尾气分析带来麻烦。

3.两次传质实验所用的进气氨浓度必需一样。

六. 附录 附图

1.实验数据的计算及结果

  (1)填料塔流体力学性能测定(以干填料时,第一套第2组数据为例)

     由∪形管压差计读得△P＝5.0mmH₂O  △p／Z＝5.0／0.4＝12.5mmH₂O／m

     由空气转子流量计读得5m³／h和转子流量计处空气的温度16.87℃

由校正公式得：

∨h＝4.95 m³／h                   

     空塔气速u＝＝＝0.31 m／s

    在对数坐标纸上以u为横标,△P／Z为纵标作图,标绘△P／Z～u关系曲线见图二。

 (2)传质实验(以第一套第二组数据为例)

   空气转子流量计读数为V=10（m³／h）、温度t=25℃

   空气实际流量为                            

∨h＝10.3（m³／h）

   氨气转子流量计读数为V=0.25（m³／h）温度t=19.2℃

   氨气实际流量为

   ∨h_（N3H）＝0.326（m³／h）   

   塔底气相浓度Ｙ₁＝＝＝0.032

 塔顶气相浓度Ｙ₂＝＝＝0.00334

   塔底液相浓度X₁＝＝＝0.333 kmol/m³溶液

                X₁ ＝＝5.99×10^-3

   已知吸收液温度为19.3℃,查图五得 ｍ＝0.753

   Ｙ₁^*＝ｍX₁＝0.753×5.99×10^-3 ＝0.00452

   Ｙ₂^*＝ｍX₂＝0

   △Ｙ₁＝Ｙ₁－Ｙ₁^* ＝0.032－4.52×10^-3 ＝0.0315   △Ｙ₂＝Ｙ₂－Ｙ₂^* ＝Ｙ₂ ＝0.00390

   平均浓度差△Ｙ_m＝＝0.0114

   气相总传质单元数 N_OG＝=2.49

    气相总传质单元高度 H_OG＝＝0.160ｍ

    空气的摩尔流量∨＝＝0.409 kｍol/h

   气相总体积吸收系数577 [kｍol/(ｍ³·h)]

回收率＝0.89

2.实验结果列表

(1) 干填料时△P／Z─u关系测定

                          表1(1)第一套干填料时△P/z～u关系测定

       第1套        L=0        填料层高度Z=0.4m          塔径D=0.075m

(2)喷淋量为30l／h 时:△P／Z─ u 关系测定:

表2(1)第一套湿填料时△P/z～u关系测定

       第1套         L=30           填料层高度Z=0.4m              塔径D=0.075m

3.传质实验数据:

     表3(1)第一套填料吸收塔传质实验数据表(一)

表4(1)第一套填料吸收塔传质实验数据表(二)