填料塔吸收实验(环境工程原理).doc

实验九 填料塔吸收实验 一．实验目的 1．了解填料吸收装置的设备结构及操作。 2．测定填料吸收塔的流体力学特性。 3．测定填料吸收塔的体积吸收总系数KYα。 4．了解气体空塔流速与压力降的关系。 二．实验原理 1．填料塔流体力学特性 吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。 气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如图中AB线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD段。随气速的进一步增加出现载点（图中D点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE段。当气速增大到E点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E称为泛点。2．传质实验 填料塔与板式塔内气液两相的接触情况有着很大的不同。在板式塔中，两相接触在各块塔板上进行，因此接触是不连续的。但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务所需填料的高度。填料层高度计算方法有传质系数法、传质单元法以及等板高度法等。气相体积吸收总系数KYα是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量，它是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料高度的重要数据。 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。气液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律（即平衡线在x-y坐标系为直线）。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： （1） 所以 （2） 其中 （3） 式中 GA—单位时间内氨的吸收量[kmol/h] KYα—体积吸收总系数[kmol/m3·h] Vp—填料层体积[m3] △Ym—气相对数平均浓度差 Y1—气体进塔时的摩尔比 Ye1—与出塔液体相平衡的气相摩尔比 Y2—气体出塔时的摩尔比 Ye2—与进塔液体相平衡的气相摩尔比 3．计算方法、公式 （1）关于GA的求法 GA可以通过进塔和出塔气体摩尔组分量的测定和计算求出，即： GA=G●(Y1-Y2) （4） 式中：G—标准状态下惰性气体的摩尔流量 [kmol/h] ① 由进塔的空气流量求G 首先把由空气转子流量计测得的空气流量V1，换算成标准状态下的空气流量V0： [m3/h] （5） 式中： V1——空气转子流量计示值 [m3/h] T0、P0——标准状态下的空气的温度（273 K）和压强（760 mmHg） T1、P1——标定状态下的空气的温度（20+273 K）和压强（760 mmHg） T2——流量计前测定的温度+273 （K） P2 ——流量计前测定的表压+实验处的大气压 (mmHg) 把求得的标准状态下的空气流量V0代入下式求出惰性气体的摩尔流量G： G=V0 / 22.4 ② 由进塔空气量和氨气量求Y l 由氨气转子流量计测得的氨气流量，换算成标准状态下的氨气流量： [m3/h] （6） 式中： ——氨气转子流量计示值 [m3 / h] ρ01——标准状态下空气的密度1.293 [kg / m3] ρ02——标准状态下氨气的密度0.771 [kg / m3] T1、P1——标定状态下的氨气的温度（20+273 K）和压强（760 mmHg） T2——流量计前测定的温度+ 273 （K） P2 ——流量计前测定的表压+实验处的大气压 (mmHg) 如果氨气中纯氨为99%，则纯氨在标准状态下的流量V0’’为： 把氨气流量V0’’ 和空气流量V0，由气态方程换算成摩尔的量。 根据标准状态下的氨气的摩尔进气量n1和空气摩尔进气量n2求出Y l。 ③ 由出塔尾气分析求得尾气浓度Y2： 尾气通过吸收器，当其中的硫酸被尾气中的氨刚好完全中和时，若所通过的空气体