填料吸收實(shí)驗(yàn)裝置使用指導(dǎo)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(shè)備制作容易、操作穩(wěn)定、易于控制，其設(shè)計(jì)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(jī)化工、煤化工、精細(xì)化工、生物化工環(huán)境工程等領(lǐng)域被廣泛采用。常見的吸收單元過程由吸收塔、空氣壓縮機(jī)與產(chǎn)品貯槽、料液貯槽及分析與計(jì)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(chǎn)品為不銹鋼制作的填料吸收塔。氣液兩相流量可任意調(diào)節(jié)，可進(jìn)行吸收傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測定。本裝置的料液槽和產(chǎn)品槽全部放置在控制屏的下部，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊美觀。
設(shè)備性能與主要性能參數(shù)
（1）本實(shí)驗(yàn)裝置主要由吸收塔、旋渦風(fēng)機(jī)、混合罐、流量計(jì)、水槽、水泵和控制屏等設(shè)備組成，可供獨(dú)立完成吸收單元實(shí)驗(yàn)操作。
（2）吸收塔采用填料塔，直徑為內(nèi)徑90mm,塔體為透明有機(jī)玻璃，便于學(xué)生觀察相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。吸收實(shí)驗(yàn)采用二氧化碳為吸收介質(zhì)，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(shè)計(jì)成計(jì)算機(jī)在線采樣分析），或采用阿貝折光儀測定樣品的折光率與標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)，還可在實(shí)驗(yàn)時(shí)直接觀察到各種填料塔的流體力學(xué)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(fēng)機(jī)為旋渦風(fēng)機(jī)，輸入功率為250W，轉(zhuǎn)速為2800/min,風(fēng)壓為10.5KPa,風(fēng)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(jìn)入的氣相逆流接觸，吸收溶質(zhì)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(yáng)程為8m，輸入功率為90W
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和基本流程；
 熟悉填料吸收塔的操作；
觀察填料吸收塔的流體力學(xué)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(guān)系
測定總傳質(zhì)系數(shù)Kya，并了解其影響因素。
實(shí)驗(yàn)原理
氣體吸收是常見的傳質(zhì)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(zhì)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(zhì)摩爾比 （kmol溶質(zhì)/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(dòng)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(jì)算出Kˊ_Ya 值。
空氣流量的測定
空氣流量按下式計(jì)算即可：
   及   
式中：、、——空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度、壓力、流量
（K、、）
T、P、——轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度、流通渠道量（單位同上）
、——空氣進(jìn)入轉(zhuǎn)子流量計(jì)前的溫度、壓力（K、）
 C —— 轉(zhuǎn)子流量計(jì)系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)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(zhì)（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(shè)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(rèn)為丙酮在t溫度下達(dá)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(jìn)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(zhì)濃度X₁
   kmol 溶質(zhì)/kmol
式中：L — 吸收劑（清水）用量（Kmol/h）；
X₂ — 吸收劑（清水）中溶質(zhì)濃度（單位同前），本實(shí)驗(yàn)中X₂=0 。
平衡常數(shù)m及平衡濃度Y* 計(jì)算
               
     及  E^丙酮=2.20+0.015+0.0001t²  (atm)
對數(shù)平均推動(dòng)力△的計(jì)算
               
工藝流程圖

六、操作步驟
檢查水槽液位是否足夠，需要時(shí)應(yīng)為水槽加水
啟動(dòng)空氣泵，緩慢打開氣體流量計(jì)閥門進(jìn)氣，流量控制在1～4m3/h之間；
灌泵后打開電源開關(guān)，啟動(dòng)泵。
在L=0及L為某一定值時(shí)，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(guān)系幾組數(shù)據(jù)。注意觀察當(dāng)L一定時(shí)，隨著V的改變，填料塔內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象。
打開吸收塔的水進(jìn)口閥進(jìn)水，嚴(yán)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(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時(shí)針為開，逆時(shí)針為關(guān)），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(shí)取樣分析；
增加氣相流量，重復(fù)操作7，以取得另外一組數(shù)據(jù)；
如果分析結(jié)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(zhì)含量上升，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本合理，吸收實(shí)驗(yàn)則已完成；
關(guān)閉進(jìn)口液相的控制閥終止加料，關(guān)閉水泵電源，待塔內(nèi)液相全部流完以后再關(guān)閉氣相進(jìn)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(guān)和閥都關(guān)上。