填料吸收实验装置使用指导书

概述
吸收原理是利用气体混合物中组分在溶剂中溶解度的不同来分离组分，其操作流程简单、设备制作容易、操作稳定、易于控制，其设计理论较为完善与成熟，从而在化工企业中，尤其在石油化工、有机化工、煤化工、精细化工、生物化工环境工程等领域被广泛采用。常见的吸收单元过程由吸收塔、空气压缩机与产品贮槽、料液贮槽及分析与计量仪表等组成。吸收塔本身又分为板式吸收塔和填料吸收塔，本产品为不锈钢制作的填料吸收塔。气液两相流量可任意调节，可进行吸收传质系数的实验测定。本装置的料液槽和产品槽全部放置在控制屏的下部，设备结构紧凑美观。
设备性能与主要性能参数
（1）本实验装置主要由吸收塔、旋涡风机、混合罐、流量计、水槽、水泵和控制屏等设备组成，可供独立完成吸收单元实验操作。
（2）吸收塔采用填料塔，直径为内径90mm,塔体为透明有机玻璃，便于学生观察相关实验现象。吸收实验采用二氧化碳为吸收介质，用水为吸收剂。填料采用φ8×6mm瓷拉西环，吸收前、后的尾气组成采样后由气相色谱分析（根据用户要求也可设计成计算机在线采样分析），或采用阿贝折光仪测定样品的折光率与标准曲线对照。吸收塔的入口气量和入塔液相量均可通过控制阀任意调节，还可在实验时直接观察到各种填料塔的流体力学现象，包括沟流与液泛、淹塔等现象。
（3）气体混合罐采用不锈钢制作，用于空气与二氧化碳的混合。
（4）风机为旋涡风机，输入功率为250W，转速为2800/min,风压为10.5KPa,风量为26m³/h。
（5）作为吸收剂的水通过不锈钢制作的水槽由水泵送至吸收塔顶部，与塔底进入的气相逆流接触，吸收溶质后排入地沟。
（6）本装置采用不锈钢增压泵，额定流量为0.4m³/hr,扬程为8m，输入功率为90W
实验目的
了解填料吸收塔的结构和基本流程；
 熟悉填料吸收塔的操作；
观察填料吸收塔的流体力学行为并测定在干、湿填料状态下填料层压降与空塔气速的关系
测定总传质系数Kya，并了解其影响因素。
实验原理
气体吸收是常见的传质过程，它是利用液体吸收剂选择性吸收气体混合物中某种组分，从而使该组分从混合气体中得以分离的一种操作。
对稳定的低浓度物理吸收过程，根据吸收过程的物料衡算及传质速率方程有：
V（Y₁-Y₂）=Kˊ_Ya·Ω·Z·△Y_m
   故           V（Y₁-Y₂）
 Kˊ_Ya = ──────
Ω·Z·△Y_m
式中：V——通过吸收塔的惰性气体量即空气的摩尔流量（kmol/h）
、——气相入口、出口溶质摩尔比 （kmol溶质/kmol惰性气体）
Ω——塔的有效吸收面积即塔的截面积 （）
Z——填料层高度                     （m）
——对数平均推动力
可见，通过测定操作过程吸收系统的V、Y₁、Y₂、Ω、Z及△Y_m即可计算出Kˊ_Ya 值。
空气流量的测定
空气流量按下式计算即可：
   及   
式中：、、——空气在标准状态下的温度、压力、流量
（K、、）
T、P、——转子流量计标定状态下空气的温度、流通渠道量（单位同上）
、——空气进入转子流量计前的温度、压力（K、）
 C —— 转子流量计系数。本实验1、2号装置（氨吸收系统）为0.75，3、4号装置（丙酮系统）为1.00；
V —— 空气的摩尔流量（Kmo/h）
溶质（气体）入塔浓度的测定
  _{或         kmol /kmol air}
式中：P_T — 入塔前混合气体总压（Pa），[本装置可设定在0.02Mpa
（表压）左右]；
P_丙酮 — 入塔温度t 下丙酮分压，可近似认为丙酮在t温度下达到饱和，其饱和蒸汽
       B
压服从Antoine方程：InP_丙=A- ——       
                      C+1
式中P_丙 、t单位分别为mmHg及⁰C ，常数A、B、B分别为16.6513、2940.46和237.22。
附录中，已列表待查。此外，亦可由气相色谱法进行定量分析。
尾气出塔浓度测定
由气相色谱仪测定.
吸收剂出口溶质浓度X₁
   kmol 溶质/kmol
式中：L — 吸收剂（清水）用量（Kmol/h）；
X₂ — 吸收剂（清水）中溶质浓度（单位同前），本实验中X₂=0 。
平衡常数m及平衡浓度Y* 计算
               
     及  E^丙酮=2.20+0.015+0.0001t²  (atm)
对数平均推动力△的计算
               
工艺流程图

六、操作步骤
检查水槽液位是否足够，需要时应为水槽加水
启动空气泵，缓慢打开气体流量计阀门进气，流量控制在1～4m3/h之间；
灌泵后打开电源开关，启动泵。
在L=0及L为某一定值时，改变V，分别测定在两种情况下的填料层压降与空塔气速的关系几组数据。注意观察当L一定时，随着V的改变，填料塔内流体流动现象。
打开吸收塔的水进口阀进水，严格控制料液的流量在80～160L/h范围；
打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.2Mpa左右；；
待操作稳定以后，从塔顶、塔底取样口同时取样分析；
增加气相流量，重复操作7，以取得另外一组数据；
如果分析结果证明，增加气相流量后，塔顶出口气相与塔底出口液相中溶质含量上升，说明实验结果基本合理，吸收实验则已完成；
关闭进口液相的控制阀终止加料，关闭水泵电源，待塔内液相全部流完以后再关闭气相进口阀；
遇紧急情况需直接断电源，但断电后必须把所有的开关和阀都关上。