课程名称：过程工程原理实验（甲）指导老师：成绩：__________________
实验名称：填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验类型：工程实验同组学生姓名：_
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
1 实验目的：
1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作；
1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空塔气速；
1.3 测定填料层压降∆p与空塔气速u的关系曲线；
1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a。
2 实验装置：
2.1 本实验的装置流程图如图1：
主体设备是内径为70mm的吸收塔，塔内装10*9*1陶瓷拉西环填料。
2.2物系：水—空气—氨气。惰性气体由漩涡气泵提供,氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，它们
的流量分别通过转子流量计测定。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，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。
3 基本原理：
3.1.填料塔压力降p ∆与空塔气速u 的关系
填料塔的压力降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数。气体通过填料层的压力降将随气液流量的变化而改变。填料层的压力降p ∆与空塔气速u 的关系如图2所示。 当无液体喷淋(L=0)时， p ∆~u 关系在双对数坐标中为一斜率在1.8~2.0之间的直线，如图2中AB 线。
当液体喷淋密度达到一定值(如1L L =)后，液体以液膜状流经填料表面， p ∆~u 关系如图2中A 1B 1C 1D 1线所示，由两个转折点B 1、C 1分为三个区段。其中第一区段A 1B 1为恒持液区，在此区段中空塔气速较低，气体流速对填料表面上覆盖的液膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大。此区段的p ∆~u 关系线与AB 线平行，由于持液使填料层空隙率减小，故压降高于相同空塔气速下的干塔压降。
当空塔气速增大至一定程度时，气体对液体的流动产生明显的牵制作用，随空塔气速增大，液膜增厚，出现填料层持液量增加的所谓"拦液状态"(或称截液现象)，此时的状态点称为载点或拦液点，即图2中的B 1点。空塔气速大于载点气速后，填料层内的持液量随空塔气速增加而增大，在空塔气速增大与空隙率下降的双重作用下， p ∆~u 关系线呈向上弯曲的形状，即图中的第二区段B 1C 1。当气体速度继续增大，达到点C 1相当的值时，上升气流对液体所产生的曳力使得液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，气体只能以鼓泡的形式上升，致使填料层压降急剧上升， p ∆~u 关系线变得非常陡峭，如图2中C 1D 1区段。此现象称为液泛，C 1点称为泛点。
填料塔在液泛状态(C 1D 1区段)下操作，气液相间的接触面积最大，传质效率最高，但操作最不稳定，因此实际操作气速应控制在既接近于液泛，但又不发生液泛时的气速。一般操作气速取液泛气速的60%~80%。
塔内气体流速用空塔气速u 表示，其定义为气体体积流量与塔截面之比。即
Ω
=Q
u （1） 式中 u ——空塔气速，m/s ；
Q 一一塔内气体体积流量，m 3/s ；
Ω一一塔截面积，m 2。
1、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。校正方法如下：
Q=Q N √ρ0P 0T/ρPT 0 （2）
式中：ρ0—标定状况下空气的密度，1.205kg/m 3； ρ—被测气体在标定状况下下的密度，kg/m 3；
P 0、T 0—标定的空气状况，P 0=1.013×105Pa ，T 0=293K ； P 、T —实际测量时候被测气体的绝对压强、绝对温度，Pa ，K 。
2、当转子流量计用于测量水时，虽然水温的不同要引起密度和粘度的变化，但它对流量值影响较小，一般不予校正。
3.2 体积吸收系数K Y a 的测定 3.2.1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），气液平衡关系为：
y ∗=mx （3）
相平衡常数m 与系统总压P 和亨利系数E 的关系如下：
m =E
P （4） 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：
lg E= 11.468-1922 / T （5） 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△p，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（4）、（5）便可求得相平衡常数m。
3.2.2 体积吸收常数K Y a
体积吸收常数K Y a是反映填料塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依据。本实验属于低浓气体吸收，近似取Y≈y、X≈x。
吸收速率方程为：
G A=K Y a·Ω·h· ∆Y m
（6）则K Y a=G A
Ω·h·ΔYm
式中：K Y a—气相体积吸收系数，kmol/m3·h；
a—单位体积填料层所提供的有效接触面积，m2/m3；
G A—单位时间内氨气的吸收量，kmol/h；
Ω—塔截面积，m2；
h—填料层高度，m；
∆Y m—吸收推动力，气相对数平均浓度差。
为求得K Y a，需求取G A及ΔYm。
3.2.3被吸收的氨气量G A,可由物料衡算
G A=V(Y1−Y2)=L(X1-X2) （7）式中：V—惰性气体空气的流量，kmol/h；
Y1—进塔气相的组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B）；
Y2—出塔气相（尾气）的组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B）；
X1—出塔液相组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B）；
X2—进塔液相组成，清水吸收，X2=0；
L—吸收剂水的流量，kmol/h。
3.2.3.1 进塔气相浓度Y1的确定
（8）
Y1=V A
V
式中：V A—氨气的流量，kmol/h。
根据转子流量计测取得空气和氨气的体积流量和实际测量状态（压力、温度）。应对其刻度流量进行校正而得到实际体积流量，再由气体状态方程得到空气和氨气的摩尔流量，并由式（8）即可求取进塔气相浓度Y1。
