填料吸收實驗裝置使用指導書

一、填料吸收實驗裝置使用指導書-概述
吸收原理是利用氣體混合物中組分在溶劑中溶解度的不同來分離組分，其操作流程簡單、設備制作容易、操作穩(wěn)定、易于控制，其設計理論較為完善與成熟，從而在化工企業(yè)中，尤其在石油化工、有機化工、煤化工、精細化工、生物化工環(huán)境工程等領域被廣泛采用。常見的吸收單元過程由吸收塔、空氣壓縮機與產品貯槽、料液貯槽及分析與計量儀表等組成。吸收塔本身又分為板式吸收塔和填料吸收塔，本產品為不銹鋼制作的填料吸收塔。氣液兩相流量可任意調節(jié)，可進行吸收傳質系數(shù)的實驗測定。本裝置的料液槽和產品槽全部放置在控制屏的下部，設備結構緊湊美觀。
二、設備性能與主要性能參數(shù)
1.本實驗裝置主要由吸收塔、旋渦風機、混合罐、流量計、水槽、水泵和控制屏等設備組成，可供獨立完成吸收單元實驗操作。
2.吸收塔采用填料塔，直徑為內徑90mm,塔體為透明有機玻璃，便于學生觀察相關實驗現(xiàn)象。吸收實驗采用二氧化碳為吸收介質，用水為吸收劑。填料采用φ8×6mm瓷拉西環(huán)，吸收前、后的尾氣組成采樣后由氣相色譜分析（根據(jù)用戶要求也可設計成計算機在線采樣分析），或采用阿貝折光儀測定樣品的折光率與標準曲線對照。吸收塔的入口氣量和入塔液相量均可通過控制閥任意調節(jié)，還可在實驗時直接觀察到各種填料塔的流體力學現(xiàn)象，包括溝流與液泛、淹塔等現(xiàn)象。
3.氣體混合罐采用不銹鋼制作，用于空氣與二氧化碳的混合。
4.風機為旋渦風機，輸入功率為250W，轉速為2800/min,風壓為10.5KPa,風量為26m³/h。
5.作為吸收劑的水通過不銹鋼制作的水槽由水泵送至吸收塔頂部，與塔底進入的氣相逆流接觸，吸收溶質后排入地溝。
6.本裝置采用不銹鋼增壓泵，額定流量為0.4m³/hr,揚程為8m，輸入功率為90W
三、實驗目的
1.了解填料吸收塔的結構和基本流程；
2.熟悉填料吸收塔的操作；
3.觀察填料吸收塔的流體力學行為并測定在干、濕填料狀態(tài)下填料層壓降與空塔氣速的關系
4.測定總傳質系數(shù)Kya，并了解其影響因素。
四、實驗原理
氣體吸收是常見的傳質過程，它是利用液體吸收劑選擇性吸收氣體混合物中某種組分，從而使該組分從混合氣體中得以分離的一種操作。
對穩(wěn)定的低濃度物理吸收過程，根據(jù)吸收過程的物料衡算及傳質速率方程有：
V（Y₁-Y₂）=Kˊ_Ya·Ω·Z·△Y_m
故V（Y₁-Y₂）
Kˊ_Ya = ──────
Ω·Z·△Y_m
式中：V——通過吸收塔的惰性氣體量即空氣的摩爾流量（kmol/h）

、

——氣相入口、出口溶質摩爾比（kmol溶質/kmol惰性氣體）
Ω——塔的有效吸收面積即塔的截面積（

）
Z——填料層高度（m）

——對數(shù)平均推動力
可見，通過測定操作過程吸收系統(tǒng)的V、Y₁、Y₂、Ω、Z及△Y_m即可計算出Kˊ_Ya 值。
空氣流量的測定

空氣流量按下式計算即可：

及

式中：

、

——空氣在標準狀態(tài)下的溫度、壓力、流量
（K、

、

）
T、P、

——轉子流量計標定狀態(tài)下空氣的溫度、流通渠道量（單位同上）

、

——空氣進入轉子流量計前的溫度、壓力（K、

）
C —— 轉子流量計系數(shù)。本實驗1、2號裝置（氨吸收系統(tǒng)）為0.75，3、4號裝置（丙酮系統(tǒng)）為1.00；
V —— 空氣的摩爾流量（Kmo/h）
溶質（氣體）入塔濃度的測定
_或_kmol_{/kmol air}
式中：P_T—入塔前混合氣體總壓（Pa），[本裝置可設定在0.02Mpa（表壓）左右]；
P_丙酮—入塔溫度t 下丙酮分壓，可近似認為丙酮在t溫度下達到飽和，其飽和蒸汽B
壓服從Antoine方程：InP_丙=A- ——C+1
式中P_丙、t單位分別為mmHg及⁰C，常數(shù)A、B、B分別為16.6513、2940.46和237.22。
附錄中，已列表待查。此外，亦可由氣相色譜法進行定量分析。
尾氣出塔濃度

測定

由氣相色譜儀測定。吸收劑出口溶質濃度X₁

kmol 溶質/kmol

式中：L — 吸收劑（清水）用量（Kmol/h）；
X₂ — 吸收劑（清水）中溶質濃度（單位同前），本實驗中X₂=0 。
平衡常數(shù)m及平衡濃度Y* 計算

及E^丙酮=2.20+0.015+0.0001t²(atm)
對數(shù)平均推動力

△的計算

五、工藝流程圖

六、操作步驟
檢查水槽液位是否足夠，需要時應為水槽加水
啟動空氣泵，緩慢打開氣體流量計閥門進氣，流量控制在1～4m3/h之間；
灌泵后打開電源開關，啟動泵。
在L=0及L為某一定值時，改變V，分別測定在兩種情況下的填料層壓降與空塔氣速的關系幾組數(shù)據(jù)。注意觀察當L一定時，隨著V的改變，填料塔內流體流動現(xiàn)象。
打開吸收塔的水進口閥進水，嚴格控制料液的流量在80～160L/h范圍；
打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關方向與普通閥門的開關方向相反，順時針為開，逆時針為關），使其壓力穩(wěn)定在0.2Mpa左右；；
待操作穩(wěn)定以后，從塔頂、塔底取樣口同時取樣分析；
增加氣相流量，重復操作7，以取得另外一組數(shù)據(jù)；
如果分析結果證明，增加氣相流量后，塔頂出口氣相與塔底出口液相中溶質含量上升，說明實驗結果基本合理，吸收實驗則已完成；
關閉進口液相的控制閥終止加料，關閉水泵電源，待塔內液相全部流完以后再關閉氣相進口閥；
遇緊急情況需直接斷電源，但斷電后必須把所有的開關和閥都關上。

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