填料吸收實(shí)驗(yàn)裝置使用指導(dǎo)書(shū)

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(lái)分離組分，其操作流程簡(jiǎn)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(jiàn)的吸收單元過(guò)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?jī)x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(cè)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(cè)定樣品的折光率與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照。吸收塔的入口氣量和入塔液相量均可通過(guò)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(guò)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(cè)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(cè)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(jiàn)的傳質(zhì)過(guò)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(duì)穩(wěn)定的低濃度物理吸收過(guò)程，根據(jù)吸收過(guò)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(guò)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(duì)數(shù)平均推動(dòng)力
可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)定操作過(guò)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(cè)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(hào)裝置（氨吸收系統(tǒng)）為0.75，3、4號(hào)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(cè)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(cè)定
由氣相色譜儀測(cè)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(duì)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(kāi)氣體流量計(jì)閥門(mén)進(jìn)氣，流量控制在1～4m3/h之間；
灌泵后打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)泵。
在L=0及L為某一定值時(shí)，改變V，分別測(cè)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)方向與普通閥門(mén)的開(kāi)關(guān)方向相反，順時(shí)針為開(kāi)，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(shuō)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(kāi)關(guān)和閥都關(guān)上。