實(shí)驗(yàn)七填料吸收塔的操作和吸收系數(shù)的測(cè)定PAGEPAGE6實(shí)驗(yàn)七填料吸收塔的操作和吸收系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馓盍衔账慕Y(jié)構(gòu)、填料特性及吸收裝置的基本流程。熟悉填料塔的流體力學(xué)性能。掌握總傳質(zhì)系數(shù)KYa測(cè)定方法。了解空塔氣速和液體噴淋密度對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容１．測(cè)定干填料及不同液體噴淋密度下填料的阻力降P與空塔氣速u(mài)的關(guān)系曲線，并確定液泛氣速。２．測(cè)量固定液體噴淋量下，不同氣體流量時(shí)，用水吸收空氣—氨混和氣體中氨的體積吸收系數(shù)KYa?；驹?．填料塔流體力學(xué)特性填料塔是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，其主體為圓柱形的塔體，底部有一塊帶孔的支撐板來(lái)支承填料，并允許氣液順利通過(guò)。支撐板上的填料有整堆和亂堆兩種方式，填料分為實(shí)體填料和網(wǎng)體填料兩大類(lèi)，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、網(wǎng)環(huán)都屬于實(shí)體填料。填料層上方有液體分布裝置，可以使液體均勻噴灑在填料上。液體在填料中有傾向于塔壁的流動(dòng)，故當(dāng)填料層較高時(shí)，常將其分段，段與段之間設(shè)置液體再分布器，以利液體的重新分布。吸收塔中填料的作用主要是增加氣液兩相的接觸面積，而氣體在通過(guò)填料層時(shí),由于克服摩擦阻力和局部阻力而導(dǎo)致了壓強(qiáng)降P的產(chǎn)生。填料塔的流體力學(xué)特性是吸收設(shè)備的主要參數(shù),它包括壓強(qiáng)降和液泛規(guī)律。了解填料塔的流體力學(xué)特性是為了計(jì)算填料塔所需動(dòng)力消耗，確定填料塔適宜操作范圍以及選擇適宜的氣液負(fù)荷。填料塔的流體力學(xué)特性的測(cè)定主要是確定適宜操作氣速。在填料塔中,當(dāng)氣體自下而上通過(guò)干填料（L=0）時(shí),與氣體通過(guò)其它固體顆粒床層一樣,氣壓降P與空塔氣速u(mài)的關(guān)系可用式P=u1.8-2.0表示。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中為一條直線,斜率為1.8-2.0。在有液體噴淋（L0）時(shí),氣體通過(guò)床層的壓降除與氣速和填料有關(guān)外,還取決于噴淋密度等因素。在一定的噴淋密度下,當(dāng)氣速小時(shí),阻力與空塔速度仍然遵守Pu1.8-2.0這一關(guān)系。但在同樣的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在,填料中的空隙減小,填料空隙中的實(shí)際速度增大,因此床層阻力降比無(wú)噴淋時(shí)的值高。當(dāng)氣速增加到某一值時(shí),由于上升氣流與下降液體間的摩擦阻力增大,開(kāi)始阻礙液體的順利下流,以致于填料層內(nèi)的氣液量隨氣速的增加而增加,此現(xiàn)象稱(chēng)為攔液現(xiàn)象,此點(diǎn)為載點(diǎn)，開(kāi)始攔液時(shí)的空塔氣速稱(chēng)為載點(diǎn)氣速。進(jìn)入載液區(qū)后,當(dāng)空塔氣速再進(jìn)一步增大,則填料層內(nèi)攔液量不斷增高,到達(dá)某一氣速時(shí),氣、液間的摩擦力完全阻止液體向下流動(dòng),填料層的壓力將急劇升高,在Pun關(guān)系式中,n的數(shù)值可達(dá)10左右，此點(diǎn)稱(chēng)為泛點(diǎn)。在不同的噴淋密度下,在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中可得到一系列這樣的折線。隨著噴淋密度的增加,填料層的載點(diǎn)氣速和泛點(diǎn)氣速下降。本實(shí)驗(yàn)以水和空氣為工作介質(zhì)，在一定噴淋密度下,逐步增大氣速，記錄填料層的壓降與塔頂表壓的大小,直到發(fā)生液泛為止。2．體積吸收系數(shù)KYa的測(cè)定在吸收操作中，氣體混合物和吸收劑分別從塔底和塔頂進(jìn)入塔內(nèi),氣液兩相在塔內(nèi)逆流接觸,使氣體混合物中的溶質(zhì)溶解在吸收質(zhì)中，于是塔頂主要為惰性組分,塔底為溶質(zhì)與吸收劑的混合液。反映吸收性能的主要參數(shù)是吸收系數(shù)，影響吸收系數(shù)的因素很多,其中有氣體的流速、液體的噴淋密度、溫度、填料的自由體積、比表面積以及氣液兩相的物理化學(xué)性質(zhì)等。吸收系數(shù)不可能有一個(gè)通用的計(jì)算式，工程上常對(duì)同類(lèi)型的生產(chǎn)設(shè)備或中間試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行吸收系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定。對(duì)于相同的物料系統(tǒng)和一定的設(shè)備(填料類(lèi)型與尺寸)，吸收系數(shù)將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。本實(shí)驗(yàn)用水吸收空氣-氨混合氣體中的氨氣。氨氣為易溶氣體,操作屬于氣膜控制。在其他條件不變的情況下,隨著空塔氣速增加，吸收系數(shù)相應(yīng)增大。當(dāng)空塔氣速達(dá)到某一值時(shí),將會(huì)出現(xiàn)液泛現(xiàn)象,此時(shí)塔的正常操作被破壞。所以適宜的空塔氣速應(yīng)控制在液泛速度之下。本實(shí)驗(yàn)所用的混和氣中氨氣的濃度很底（10%）,吸收所得溶液濃度也不高,氣液兩相的平關(guān)系可以被認(rèn)為服從亨利定律,相應(yīng)的吸收速率方程式為：GA=KYa·Vp·Ym（7—1）式中GA——單位時(shí)間在塔內(nèi)吸收的組分量，kmol吸收質(zhì)/h；KYa——?dú)庀嗫傮w積吸收系數(shù)，kmol吸收質(zhì)/（m3填料·h）；Vp——填料層體積，m3；Ym——塔頂、塔底氣相濃度差(Y—Y*)的對(duì)數(shù)平均值，kmol吸收質(zhì)/kmol惰性氣體。填料層體積VpVp=π·DT2·Z/4（7—2）式中DT——塔內(nèi)經(jīng)，m；Z——填料層高度，m。（2）GA由吸收塔的物料衡算求得GA=V（Y1—Y2）（7—3）式中V——空氣流量，kmol/h；Y1——塔底氣相濃度，kmolNH3/kmol空氣；Y2——塔頂氣相濃度，kmolNH3/kmol空氣。（3）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量V0空（7—4）式中V0空——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量，m3/h；V空——轉(zhuǎn)子流量計(jì)的指示值，m3/h；T0、P0——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，273K、101.33kPa；T1、P1——標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)，293K、101.33kPa；T2、P2——操作狀態(tài)下溫度和壓強(qiáng)，K、kPa。使自動(dòng)減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)。然后打開(kāi)氨氣瓶閥，此時(shí)減壓閥壓力表顯示瓶?jī)?nèi)壓力的大小。然后略旋緊減壓閥的頂針，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氨流量至預(yù)定值。(4)當(dāng)空氣、氨、水的流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后(約2～3分鐘)，記錄各流量計(jì)的讀數(shù)、溫度及各壓差計(jì)的讀數(shù)，并分析進(jìn)塔和出塔氣體濃度。(5)氣體濃度分析方法：用硫酸吸收氣體中的氨，反應(yīng)方程如下2NH3+H2SO4+2H2O=(NH4)2SO4+2H2O酸堿中和到達(dá)等當(dāng)點(diǎn)時(shí)加有甲基橙指示劑的溶液變黃。A．進(jìn)氣濃度。Ⅰ．迅速打開(kāi)進(jìn)氣管路中的考克，讓混合氣通過(guò)吸收盒，再立即關(guān)閉此考克，以使待測(cè)氣體的管路全部充滿(mǎn)此氣體。Ⅱ．取高濃度硫酸液2～3ml放入分析瓶，用適當(dāng)?shù)恼麴s水沖洗瓶壁，再加入1～2滴甲基橙指示劑。Ⅲ．打開(kāi)進(jìn)氣管路中的考克，讓氣體流經(jīng)分析瓶，吸收后的空氣由濕式氣體流量計(jì)來(lái)計(jì)量，待顏色剛剛變黃，關(guān)閉分析系統(tǒng)，記錄氣體體積量。注意考克的開(kāi)度要適中，太大氣流夾帶吸收液，太小拖延分析時(shí)間，只要?dú)怏w在吸收盒中連續(xù)不斷地以氣