1、實(shí) 驗(yàn) 七,填料吸收塔的操作和 吸收系數(shù)的測(cè)定,一、實(shí) 驗(yàn) 目 的,1. 了解填料吸收塔的結(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。,二、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的關(guān)系曲線，并確定液泛氣速。 2. 測(cè)量固定液體噴淋量和氣體流量時(shí)，用水吸收空氣-氨混和氣體中氨的體積吸收系數(shù)KYa。,1. 填料的流體力學(xué)性能,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。,2體積吸收系數(shù)KYa的測(cè)

2、定,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。,填料塔（Packed Tower）,主要結(jié)構(gòu)： 塔體：一般取為圓筒形。 內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。 操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過(guò)填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。,當(dāng)填料層有一定持液量時(shí)， p u 關(guān)系將不再為簡(jiǎn)單的直線

3、關(guān)系（噴淋密度為L(zhǎng)1、L2曲線），且存在兩個(gè)較明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。,填料的流體力學(xué)性能,壓降,壓降與氣速的關(guān)系：,載液區(qū),高液量,低液量,C,C,B,B,A,A,L=0,L1,L2,lg u,lg p,氣體通過(guò)干填料層（L=0）壓降 p 與空塔氣速 u 的關(guān)系在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上是一直線，斜率在1.82.0之間。,原因：噴淋液體在填料上形成液膜，占據(jù)部分空隙，減小了氣體的流通截面，對(duì)相同空塔氣速壓降升高。,載點(diǎn)氣速,液泛氣速,在逆流操作的填料塔中，從塔頂噴淋下來(lái)的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。,B,壓降壓降與氣速的關(guān)系：,當(dāng)氣速低于A點(diǎn)時(shí)，氣體流動(dòng)

4、對(duì)液膜的曳力很小，液體流動(dòng)不受氣流的影響，填料表面上覆蓋的液膜厚度基本不變，因而填料層的持液量不變，該區(qū)域稱為恒持液量區(qū)。此時(shí)P/Zu為一直線，位于干填料壓降線的左側(cè)，且基本上與干填料壓降線平行。,載液區(qū),高液量,低液量,C,B,A,A,L=0,L1,L2,lg u,lg p,液泛氣速,B,在一定的噴淋量下，壓降隨空塔氣速的變化曲線大致可分為三段：,載液區(qū),高液量,低液量,C,B,A,A,L=0,L1,L2,lg u,lg p,載點(diǎn)氣速,液泛氣速,B,C,當(dāng)氣速超過(guò)B點(diǎn)時(shí)，氣體對(duì)液膜的曳力較大，對(duì)液膜流動(dòng)產(chǎn)生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現(xiàn)象稱為攔液。開始發(fā)生攔液現(xiàn)

5、象時(shí)的空塔氣速稱為載點(diǎn)氣速，曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)B，稱為載點(diǎn)。,壓降壓降與氣速的關(guān)系：,若氣速繼續(xù)增大，到達(dá)圖中C點(diǎn)時(shí)，由于液體不能順利向下流動(dòng)，使填料層的持液量不斷增大，填料層內(nèi)幾乎充滿液體。氣速增加很小便會(huì)引起壓降的劇增，此現(xiàn)象稱為液泛，開始發(fā)生液泛現(xiàn)象時(shí)的氣速稱為泛點(diǎn)氣速，以u(píng)F表示，曲線上的點(diǎn)C，稱為泛點(diǎn)。從載點(diǎn)到泛點(diǎn)的區(qū)域稱為載液區(qū)，泛點(diǎn)以上的區(qū)域稱為液泛區(qū)。,壓降壓降與氣速的關(guān)系：,載液區(qū),高液量,低液量,C,B,A,A,L1,L2,lg u,lg p,載點(diǎn)氣速,液泛氣速,B,C,L=0,三、基 本 原 理,氣液兩相的平關(guān)系可認(rèn)為服從亨利定律，相應(yīng)的吸收速率方程式為： GA=KYaVpY

6、m （1）填料層體積Vp Vp=DT2Z/4,三、基 本 原 理,（2）GA由吸收塔的物料衡算求得 GA=V（Y1Y2） （3）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量V0空,三、基 本 原 理,（4）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氨氣的體積流量V0NH3,（5）塔底氣相濃度Y1和塔頂氣相濃度Y2,三、基 本 原 理,用一定濃度，一定體積的硫酸溶液分析待測(cè)氣體，有 nNH3=2MH2SO4VH2SO410-3 同樣塔頂氣相濃度Y2也可通過(guò)取樣分析來(lái)獲得。,三、基 本 原 理,（6）平衡關(guān)系 （7）塔底液相濃度X1，塔頂液相濃度X1當(dāng)吸收劑為純水時(shí)，塔頂X2=0，而,三、基 本 原 理,（8）氣相平均濃度差Ym,四、測(cè) 量 參 數(shù)

7、,流量 壓強(qiáng) 溫度 填料塔的尺寸,五、實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備,主要設(shè)備尺寸 （1）填料塔 有機(jī)玻璃塔內(nèi)徑：D=120mm 填料：不銹鋼網(wǎng)環(huán)及陶瓷拉西環(huán)。 規(guī)格：8，10，15。 （2）DC4型微音氣泵一臺(tái)。 （3）氣體流量計(jì);液體流量計(jì) （4）LML2型濕式氣體流量計(jì)，。 （5）水銀溫度計(jì)。,六、實(shí)驗(yàn)流程圖,1 水流量計(jì) 2氨氣流量計(jì) 3空氣流量計(jì) 4氨緩沖罐 5空氣緩沖罐 6氣泵 7放空閥 8計(jì)前表壓 9塔頂表壓 10填料層壓降 11吸收塔 12吸收瓶 13濕式氣體流量計(jì),六、實(shí)驗(yàn)流程圖,七、實(shí) 驗(yàn) 操 作,1. 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置及流程，弄清各部分的作用，并記錄各壓差計(jì)的零位讀數(shù)。 檢

8、查氣路系統(tǒng)。開風(fēng)機(jī)之前必須全開放空閥，以免風(fēng)機(jī)燒壞。檢查轉(zhuǎn)子流量計(jì)閥門是否關(guān)閉，以免風(fēng)機(jī)開動(dòng)轉(zhuǎn)子突然上升將流量計(jì)管打破。,七、實(shí)驗(yàn)操作,2、實(shí)驗(yàn)操作 1流體力學(xué)特性實(shí)驗(yàn) （1）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，測(cè)定干填料阻力降與空塔氣速的大小。測(cè)量89組數(shù)據(jù),記錄每次流量下的塔頂表壓、填料層壓降、流量大小、計(jì)前表壓、溫度等參數(shù)。 （2）開動(dòng)供水系統(tǒng)，慢慢調(diào)節(jié)流量接近液泛，使填料完全潤(rùn)濕后再降到預(yù)定氣速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （3）測(cè)定濕填料壓降，固定兩個(gè)不同的液體噴淋量分別進(jìn)行測(cè)定。 每固定一個(gè)噴淋量，調(diào)節(jié)空氣流量，從小到大測(cè)量89組數(shù)據(jù)。,2體積吸收系數(shù)KYa的測(cè)定,（1） 維持一個(gè)液體噴淋量, 確定操作條件。 （2）啟動(dòng)氨氣系統(tǒng)。 （3） 當(dāng)空氣、氨、水的流量計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定后（約23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。,（4）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 到等當(dāng)點(diǎn)時(shí)加有甲基橙指示劑的溶液變黃。 操作步驟: 打開進(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此氣體。 取一定濃度硫酸液0.51ml放入分析瓶，