填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定.docx

专业：环境工程
姓名：陈俊杰
学号：3120104314
日期：2014.1.7
地点：教十2109
实验报告

课程名称：过程工程原理实验指导老师：叶向群成绩：
实验名称：填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验类型：同组学生姓名：赵正华、李乐
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得
一、实验目的和要求（必填）
1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。
2.观察填料吸收塔的液泛现象，测定泛点空塔气速。
3.测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线。
4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数KYα。
二、主要仪器设备
本实验装置的流程示意图见图一。主体设备是内径为70毫米的吸收塔，塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。
物系是（水—空气—氨气）。惰性气体空气由漩涡气泵提供，氨气由液氨钢瓶供应，吸收剂水采用自来水，它们的流量分别通过转子流量计测量。水从塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。

1—填料吸收塔 2—旋涡气泵 3—空气转子流量计 4—液氨钢瓶 5—氨气压力表
6—氨气减压阀 7—氨气稳压罐 8—氨气转子流量计 9—水转子流量计 10—洗气瓶
11—湿式流量计 12—三通旋塞 13、14、15、16—U型差压计 17、18、19—温度计
20—液位计
图一填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图
二、实验内容和原理（必填）
（一）填料层压力降ΔP与空塔气速u的关系
气体通过干填料层时（喷淋密度L=0），其压力降ΔP与空塔气速u与气体以湍流方式通过管道时ΔP与u的关系相仿。当气速在L点以下时，在一定喷淋密度下，由于持液量增加而使空隙率减小，使得填料层的压降随之增加，又由于此时气体对液膜的流动无明显影响，在一定喷淋密度下，持液量不随气速变化，故其ΔP~u关系与干填料相仿。
在一定喷淋密度下，气速增大至一定程度时，随气速增大，液膜增厚，即出现“拦液状态”（L点以上），此时气体通过填料层的流动阻力剧增；若气速继续加大，喷淋液的下流严重受阻，使积聚的液体从填料表面扩展到整个填料层空间，谓之“液泛状态”（F点），此时气体的流动阻力急剧增加。F点即为泛点，与之相对应的气速称为泛点气速。
填料塔在液泛状态下操作，气液接触面积可达最大，其传质效率最高。但操作最不稳定，通常实际操作气速取泛点气速的60%~80%。
塔内气体的流速以其体积流量与塔截面积之比来表示，称之为空塔气速u。
（1）
式中： u——空塔气速，m/s
V’——塔内气体体积流量，m3/s
Ω——塔截面积，m2。
图二填料层压降与空塔速度的关系图
实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。
填料层压降ΔP直接可由U型压差计读取，再根据式（1）求得空塔气速u，便可得到一系列ΔP~u值，标绘在双对数坐标纸上，即可得到ΔP~u关系曲线。
（二）体积吸收系数KYα的测定
1.相平衡常数m
对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系式为：
（2）
相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下：
（3）
式中：E——亨利系数，Pa；
P——系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa。
亨利系数E与温度T的关系为：
（4）
式中：T——液相温度（实验中取塔底液相温度），K。
根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差ΔP，即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T，利用式（3）、（4）便可求得相平衡常数m。
2.体积吸收系数KYα
体积吸收系数KYα是反映填料吸收塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依据。本实验中属于低浓度气体吸收，近似取Y≈y，X≈x。
吸收速率方程式为：

则 （5）
式中： KYα——气相体积吸收系数，kmol/m3·h；
α——单位体积填料层所提供的有效接触面积，m2/m3；
GA——单位时间内NH3的吸收量，kmol/h；
Ω——塔截面积，m2；
h——填料层高度，m；
ΔYm——吸收推动力，气相对数平均浓度差。
为求得KYα，需求取GA及ΔYm。
（1）被吸收的NH3量GA，可由物料衡算求得：
（6）
式中：V——惰性气体空气的流量，kmol/h；
L——吸收剂水的流量，kmol/h；
Y1——进塔气相的组成，比摩尔分率，kmol(A)/kmol(B)；
Y2——出塔气相（尾