一、实验目的
1.了解填料塔的一般结构及吸收操作的流程。
2.观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。 3.掌握总传质系数Kxa的测定方法并分析其影响因素。
4.学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。
二、实验原理
本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Kxa，并进行关联，得Kxa=ALaVb的关联式。同时对不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。
1.填料塔流体力学特性
气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中△P/Z对G＇作图得到一条斜率为～2的直线（图1中的aa线）。而有喷淋量时，在低气速时（c点以前）压降也比例于气速的～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明汽液两相流动的相互影响开始出现。压降～气速线向上弯曲，斜率变徒（图中cd段）。当气体增至液泛点（图中d点，实验中可以目测出）后在几乎不变的气速下，压降急剧上升。
图1 填料层压降-空塔气速关系
2.传质实验
填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行。需要完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。
本实验对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相平衡服从亨利定律，可用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。得速率方程式：
相关的填料层高度的基本计算式为：
HOL?ZLdxx1?x2NOL????xm HOL?x2xe?xNOL 其中，Kxa?
x1由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx。由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。
在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡系下方，在实验是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。
三、实验装置流程
1.基本数据
解吸塔径φ=,吸收塔径φ=，填料层高度（陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹网填料）和（金属θ环）。
表1 填料参数
瓷拉西环 12×12×[mm] at=403[m2/ m3] ε=0.764 m3/ m3] at/ε=903[m2/ m3] 2.实验流程 图2是氧气吸收解吸装置流程图。氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4，稳压，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6，由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9，与水并流吸收。富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机13供给，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量进入吸收塔。
由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量前装有计前表压计23。为了测量填料层压降，解析塔装有压差计22。
金属θ环 10×10×[mm] at—540[m-1] ε— 在解析塔入口采出阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀20取样。两水样液相浓度由9070型测氧仪测得。
四、实验步骤及注意事项 1.填料塔的流体力学性能测定
（1）熟悉实验流程。
（2）装置上电，仪表电源上电，打开风机电源开关。
（3）测定干塔填料塔的压降，即在进水阀1关闭时，打开进气阀2并调节流
量，分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀6要关闭，否气体会走短路，尾气放空阀4全开。 （4）测定湿填料压降
① 测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。
② 固定水在某一喷淋量下，改变空气流量,测定填料塔压降，测取8～10组
数据。
③ 实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减小，否则图中泛点不容易找到。
密切观察填料表面气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍稍增加气量，再取一、二个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。
（5）注意空气转自流量计的调节阀要缓缓开启和关闭，以免撞破玻璃管。 2.填料塔的吸收传质性能测定
（1）打开氧气钢瓶总阀，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），氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持~[MPa]，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水钱要关闭防倒灌阀24，或先通入氧气后通水。 （2）传质实验操作条件选取
水喷淋密度10~15[m3/m2*h]，空塔气速~[m/s]氧气入塔流量为
~[m3/h]，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在≤[ppm]。 （3）塔顶和塔底液相氧浓度测定：
分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，用测氧仪分析各自氧的含
量。（测氧仪的使用见附录）
（4）实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀
2及调节阀8。检查总电源几各管路阀门，确实安全后方可离开。
五、实验数据（附页）
标准状态：T1=20℃ P1=
湿物料流体力学性能测定数据(水流量恒为150L/h)
六、实验数据处理
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 空气温空气流量度T2/℃ V1/(m3/h) 4 8 12 16 20 24 28 32 空气的压强P2/Pa 压差计读数 2085 2120 2185 2260 2370 2495 2670 2870 1020 980 920 845 735 460 250 压差 1065 1140 1265 1415 1635 2210 2620 1975 2060 2345 2490 2750 2900 2950 3000 压降△P/ Pa 压差计读数 1993 1985 2165 2200 2250 2320 2490 2500 压差 18 75 180 290 500 580 460 500 615 1880 1. 填料塔的流体力学性能测定 组号 1 2 3 4 5 空气流V1m3/h 4 8 12 16 20 空气流V2m3/h u(m/s) lgu 1. 611 lg △P 6 7 8 24 28 32 以第一组数据为例：
使用状态下的空气流量V2 V2=V1*P1*T2/(P2*T1)
V1—空气转子流量计示值〔m3/h〕
T1、P1—标定状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕 T2、P2—使用状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕 V2=V1*P1*T2/(P2*T1)=4***=h
V2=1/4×π×ｄ２×u d=0.1m 可得： u= m/s
lgu=1.131m/s lg △P=lg18= 填料塔层降和空塔气速关系图 2.传质实验： 水流量L L/h 150 填料层压降△P Pa 230 富氧水含量 mg/L 贫氧水含量 mg/L 水温 ℃ 20 12 水温为20℃时，可查得：水的密度为m3
可求得：x1=12mg/L=×10-6 x2=L=×10-6 1.单位时间氧解吸量GA L=370 L/h=150×÷18=h
GA=L（x1-x2）=×（×10-6-3.66×10-6）=×10-5 kmol/h 2.对数平均浓度差△Xm
氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取： E=〔×10-5t2++〕×106 （KPa） =〔×10-5×+×+〕×106 = ×107KPa
P=大气压+1/2（填料层压差）=+1/2×= m=E/P=×107/=×105
进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1 y1=y2= x1*=x2*= y2/m= ×105 =×10-6
化工原理吸收实验报告总结归纳
