实验七填料吸收塔的操作和吸收系数的测定
一、实验目的
１.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。
２.熟悉填料塔的流体力学性能。
３.掌握总传质系数K Y a测定方法。
４.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。
二、实验内容
１．测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降?P与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速。
２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数K Y a。
三、基本原理
1．填料塔流体力学特性
鲍尔环、
了解填
与空塔气速u?0）时,气
,阻力与
,
拦液现象,则填料
,在?P?u n
,
2
、比表面积以及气液两相的物理化学性质等。吸收系数不可能有一个通用的计算式，工程上常对同类型的生产设备或中间试验设备进行吸收系数的实验测定。对于相同的物料系统和一定的设备(填料类型与尺寸)，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
本实验用水吸收空气-氨混合气体中的氨气。氨气为易溶气体,操作属于气膜控制。在其他条件不变的情况下,随着空塔气速增加，吸收系数相应增大。当空塔气速达到某一值时,将会出现液泛现象,此时塔的正常操作被破坏。所以适宜的空塔气速应控制在液泛速度之下。
本实验所用的混和气中氨气的浓度很底（?10%）,吸收所得溶液浓度也不高,气液两相的平关系可以被认为服从亨利定律,相应的吸收速率方程式为：
G A=K Y a·V p·?Y m（7—1）
式中G A——单位时间在塔内吸收的组分量，kmol吸收质/h；
K Y a——气相总体积吸收系数，kmol吸收质/（m3填料·h）；
V p ——填料层体积，m 3
；
?Y m ——塔顶、塔底气相浓度差(Y —Y *
)的对数平均值，kmol 吸收质/kmol 惰性气体。 （1） 填料层体积V p
V p =π·D T 2
·Z/4（7—2） 式中D T ——塔内经，m ； Z ——填料层高度，m 。
（2）G A 由吸收塔的物料衡算求得 G A =V （Y 1—Y 2）（7—3）
式中V ——空气流量，kmol/h ；
Y 1——塔底气相浓度，kmolNH 3/kmol 空气； Y 2——塔顶气相浓度，kmolNH 3/kmol 空气。 （3
（7—4）
式中V 0空V 空T 0、P 0T 1、P 1T 2、P 2（4（7—5）
式中V 0NH3T 0、P 0T 1、P 1T 2、P 2?0空?0NH3（5（7—6）
式中n NH3——NH 3的摩尔数；
n 空——空气的摩尔数
用一定浓度，一定体积的硫酸溶液分析待测气体，有
n NH3=2×M H2SO4×V H2SO4×10—3
（7—7）
式中M H2SO4——硫酸的摩尔浓度，mol/l ； V H2SO4——硫酸溶液体积，ml 。
（7—8）
式中V 空气––—湿式气体流量计测出的空气体积，L ；
4.22/(2
2
00T p p T V n ⋅⋅
=空空
T 0、P 0——标准状态下的温度和压强，273K 、101.33kPa ； 22.4——标准状态下一摩尔气体所占有的体积，22.4L/mol 。 则Y 2=n NH3/n 空（7—9）
同样塔顶气相浓度Y 2也可通过取样分析来获得。 （6）平衡关系
（7—10）
m=E/P （7—11）
式中m ——相平衡常数；
E ——亨利系数，由表7-1中低浓度（5%以下）氨水的亨利系数与温度的关系数据，用内插的方法获得，Pa 。
7—13）
（7—16）
式中Y 1*
——与X 1相平衡的气相浓度，Y 1*
=（kmolNH 3/kmol 空气）； Y 2*——与X 2相平衡的气相浓度，Y 2*
=（kmolNH 3/kmol 空气）。
X
m mX Y )1(1*-+=
*
22*11*
22*11
ln
Y Y Y Y Y Y Y Y Y m
-----=
∆
差计(单管压差计、U型管压差计)及气体分析系统构成。空气由气泵送出，由放空阀及空气流量调节阀配合调节流量后，经过转子流量计记录流量的大小，并与氨气混合，由塔底自下而上通过填料层。混合气在塔中经水吸收其中的氨后，尾气从塔顶排出。出口处装有尾气调节阀，用以维持塔顶具有一定的表压，以此作为尾气通过尾气分析装置的推动力。
氨气由液氨钢瓶供给，经氨气减压阀、流量调节阀后，经氨转子流量计记录流量的大小，之后进入空气管道，与空气混合形成混合气体从塔底入塔。水由泵房进入系统，经流量计记录流量后，在塔顶由液体分布器喷出，在吸收塔中与混合气体逆流接触，吸收其中
的气体流量。发生液泛之后，再继续增加空气量，测取2组数据。
2．体积吸收系数K Y a的测定
(1)在流体力学特性测试实验的基础上，维持一个液体喷淋量。
(2)确定操作条件，包括空气流量、氨气流量，准备好气体浓度分析装置及其所用试剂，一切准备就绪后开动氨气系统。
(3)启动氨气系统。首先将液氨钢瓶上的自动减压阀的顶针松开(左旋为松开，右旋为拧
紧)，使自动减压阀处于关闭状态。然后打开氨气瓶阀，此时减压阀压力表显示瓶内压力的大小。然后略旋紧减压阀的顶针，用转子流量计调节氨流量至预定值。
(4)当空气、氨、水的流量计读数稳定后(约2～3分钟)，记录各流量计的读数、温度及各压差计的读数，并分析进塔和出塔气体浓度。
(5)气体浓度分析方法：
用硫酸吸收气体中的氨，反应方程如下
2NH3+H2SO4+2H2O=(NH4)2SO4+2H2O
