化工原理实验吸收实验
（一） 实验目的及认为
1,熟悉填料吸收塔的 结构与操作
2,观察填料吸收塔流体力学状况,测定压降与气速的 关系曲线
3,掌握 总传质系数 Kya的测定方法及影响因素分析
4,同过实验了解 p— u曲线和 传质系数 Kya对工程设计的重要意义
5,学习对气液连续接触的填料塔利用传质速率方程 处理传质问题 的方法
（二）基本原理
1,填料塔流体力学特性
气体通过干填料层时，液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 坐标系中压降对气流做图得到一条斜率为 1.8— 2的直
（图中 a— a线）。
（图 7— 1 填料层压降 —
空塔气速关系示意图 ）
a
ab
c
d
ulog
p? log
而有 喷淋量 时，在 低气速 时，（ c点以前）压降也比例于气速的 1.8~2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，出现截点（图中 c点），持液量开始 增大 。
气压 — 气速线向上弯曲,斜率变陡,（ 图中
cd 段 ） 。
测定填料塔的压降和液泛速度，是为了计算填料塔动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，
选择合适的气液负荷
2 传质实验
填料他与 板式塔 内气液两相的接触情况有着很大的不同。
在板式塔中，两相接触在 各块 塔板上进行，
因之接触是 不连续 的。
但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务艘需填料高度 。
填料层高度计算方法有 传质系数法、传质单元法以及等板高度法
总体积传质系数 Kya是单位填料体积,单位时间吸收的 溶液量 。 它是反映填料吸收塔性能的 主要参数 。 是设计填料高度的 重要数据 。
本实验是 用水吸收空气 — 氨混合气体中的氨 。
混合气体中氨的浓度低 。 吸收所得的 溶液浓度也不高 。
气液两相的 平衡关系 可以认为服从 亨利定律
（ 即平衡线在 x— y坐标系为直线 ） 。 故可用 对数平均浓度差法 计算填料层传质 平均推动力 。
相应的 传质方程 为：
mpyaA YVKG
所以
mPAya YVGK
式中
mY
)(
)(
ln
)()(
22
11
2211
e
e
ee
YY
YY
YYYY
其中
AG
— 单位时间内氨的 吸收量 （ Kmol/h）
yaK
— 填料层 体积系数 （ Kmol/m·h）
pV
— 填料层 体积 （ m）
mY?
— 气相对数 平均 浓度差
1Y
— 气体进塔时的 摩尔比
1eY
— 与出塔液体相平衡的 气相摩尔比
2Y
— 气体出塔时的 摩尔比
2eY
— 与进塔液体相平衡时的 气相摩尔比
（具体计算步骤参阅附录 ）
(三 )装置与流程
1
4
2
3
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17 18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
自来水排入地沟空气图 5-2 XS-1吸收实验装置流程图数字表示返回返回
1、氨瓶阀 13、油分离器 24、尾气取样管
2,6、氨压力表 14、放净阀 25、稳压瓶
3、氨减压瓶 15、阀门 26、考克
4、氨钢瓶安全阀 16、空气转子流量计 27、吸收盒
5、温度计 17、塔顶表压计 28、湿式气体流计
7、缓冲罐 18、填料支撑板 29、水流量计
8、膜式安全阀 19、排液管 30、放净阀
9、表压计 20、压差计 31、水调节阀
10、转子流量计 21、填料塔 32、高位水槽
11、表压计 22、喷淋器 33、调节阀
12、温度计 23、尾气稳压阀 34、阀门基本数据：塔径? 0.111m，填料层高 0.825m
填料参数,12× 12× 1.3(㎜ )瓷拉西环
at— 403( ),— 0.764 1?m
13 903 Mat?
实验流程,
图 5— 2 是吸收实验装臵流程图。
空气由 罗茨风机 （图中未画）供给，进入油分离器 13，由阀 15调节空气流量，经 空气转子流量计 16计量，并在管路中与氨混合后进入塔底。
混合气体在塔中经水吸收后，尾气从 塔顶 排出。
出口处有尾气稳压阀 23，以维持一定的尾气压力（约 90— 130㎜ HO）作为 尾气通过分析器 27
的推动力。
来自 高位水槽 （ 靠溢流管维持一定水位 ） 的水,经水调节阀 31,由转子流量计 20计量后,
进入 塔顶喷淋器 喷出 。 塔底吸收液经排液管流如地沟 。
氨气由氨瓶 4供给,开启氨瓶阀门 1,氨气即进入自动减压阀 3,稳压在 0.5—1.0㎏ /cm范围内 。
氨压力表 2指示氨瓶 内部压力,氨压力表 6指示减压后的压力 。
为了确保安全,缓冲罐上还装有安全阀 8，
以保证进入实验系统的氨压力不超过 规定值
（ 1.2㎏ /cm）,安全阀的排出口用所了管接到室外 。
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 。
为了测量塔内压力和填料层压降,装有表压计 17和压差计 20。 另外还需用 大气压力计 测量大气压强 。
排液管 19可以上下移动,使液面控制在管子内部而不上升到塔截面内 。
尾气分析器由吸收盒 27和湿式气体流量计 28
组成 。
（四）操作要点
1,流体力学 性能测定
（ １ ） 测定于填料压强降时,塔内填料务必事先 吹干 。
（ ２ ） 测定湿填料压强降：
ａ,测定前要进行予 液泛,使填料表面充分润湿 。
ｂ,实验接近 液泛 时,进塔气体的速度要放慢,不然图中泛点不易找到 。
密切观察填料表面 气液接触 状况,并注意填料层压降变化程度 。
务必让各参数 稳定 后再读数据 。
液泛后填料 层压降 在几乎 不变气速下上升,
务必要掌握这个特点 。
稍稍 增加 气量,再取一,二个点就可以了,
并注意不要使气速过分超过 泛点 。
避免 冲破和冲跑 填料 。
（ 3） 要注意空气转子流量计前调节阀要 缓缓开启和关闭,以免撞碎玻璃管 。
２．传质实验：
（ １ ） 氨气减压后进入稳压罐,罐内压力保持 ０,５～１,０ kg/cm之间,不得超过 。 并注意减压阀使用方法 。
（ ２ ） 传质实验条件选取水喷密度 ～１０ m/m－ h空塔气速０,５～０,８
m/s,氨气入塔浓度３％左右为宜。
（ 3） 传质实验操作记录必须完整无缺,由于气速流量与 气体状态 有关,故每个气体流量计前均装有 表压计和温度计 。
（ 4）尾气组成Ｙ分析
预先往分析盒中加入一定体积,当量浓度为已知的稀硫酸作为吸收液加入２～３滴 甲基红 指示剂,用蒸馏水补充至 刻度线
以保证每次硫酸浓度大致相同,避免分析误差 。
分析开始：打开 考克２６,被测塔顶尾气通过分析盒后其中氨被吸收 。 而空气由湿式气体流量计２８测量 。 考克２６开度要适中 。
当吸收液到达终点时 （ ＰＨ４,２ → ６,２,
由红色变为黄色 ） 立即关闭考克２６ 。 记下湿式流量计转过的体积及空气温度 。
尾气浓度 计算公式如下：
式中
2Y
－氨在气相中的摩尔比
sN
－ 硫酸当量浓度
sV
－硫酸体积［ｍｌ］
［ 摩尔比 ］
4.220
2
T
T
V
VN
Y ss
Ｖ － 湿式气体流量计 所测得的体积［ｍｌ］
0T
－标准状态下的温度［Ｋ］
Ｔ －操作条件下的 温度 ［Ｋ］
(5) 实验完毕。关闭氨气时，务必先关氨钢瓶 总阀１,然后才能关闭减压阀３及调节阀３４。
(6) 停氨后，继续通入空气和水，将塔内残留氨 洗净 。避免 填料表面结垢 。
（五）报告要求
1．计算 于填料以及一定喷淋量下 湿填料在不同空塔气速下单位填料层高度的 压强降,即。
并在 双对数坐标系 作图。找出 载点和泛点 。
2．计算实验条件下（一定喷淋量，一定空塔气速）的总体积传质系数 值及气相总传质单元高度 值。
yaK
OGH
3．根据书上 传质系数 准数关联式计算 值和实验值进行比较。
yaK
（六）讨论题
1,阐述于 填料 压降线和 湿填料 压降线的特征 。
2．比较 液泛时单位高度填料层压降 和 Eckert关联图数值是否相符。一般乱堆填料液泛时单位填料层高度的 压强降 为多少？
3,试计算实验条件下填料塔的 实际液气比 L/V是最小液气比 的多少倍 。
4,填料吸收塔当 提高 喷淋量时,对有何影响？
5,填料塔 结构 有什么特点？
*6,测定于填料压降线时,塔内填料表面吹得不太平,对测定结果有什么影响
（七）附录
1．氨液相浓度 5%以下的 亨利系数与温度 关系
0℃ 10℃ 20℃ 25℃ 30℃ 40℃温度 t（ ℃ ）
亨利系数 E
（大气压） 0.293 0.502 0.778 0.947 1.250 1.938
即：
3254167.0t10511905.7t1092857.7E 324
返回
OGH
2．总体积传质系数
yaK
及气相总传质单元高度整理步骤。
ymVGyaK PA /
1）．标准状态下的 空气流量
0V
21
21
0
0
10 TT
PP
P
TVV
1V
—— 空气转子流量计 示值 [M/h]
式中
00 PT,
—— 标准状态下空气的温度和压强。 [K],[mmHg]
11 PT、
—— 标定状态下空气的温度和压强。 [K],[mmHg]
22 PT,
—— 使用状态下空气的温度和压强。 [K],[mmHg]
2）．标准状态下 氨气流量
0V?
2102
2101
0
0''
0 TT
PP
P
TVV
[M/h]
式中
1V?
—— 氨气转子流量计示值 [M/h]
01?
—— 标准状态下空气密度 1.293Kg/M
02?
—— 标准状态下氨气密度 0.7810 Kg/M
若氨气中纯氨为 98%，则纯氨在标准状态下的流量为
00 V98.0V
3）．惰性气体的摩尔流量 G
4.220VG?
[mol/h]
4）．单位时间氨吸收量
AG
)( 21 YYGG A
5）．进气浓度
1Y
2
1
1 n
nY? 2n —— 空气摩尔数即：
0
0
1 V
VY
6）．尾气浓度
2
1
2 n
nY?
1n —— 氨气摩尔浓度； 2n
—— 空气摩尔浓度即：
4.22/)( 0
2
T
TV
VNY SS
式中
SN
—— 加入分析盒中硫酸当量浓度 [N]；
SV
—— 加入分析盒中硫酸溶液体积 [ml]
V—— 湿式气体流量计所量得的空气体积 [ml]；
0T
—— 标准状态下空气温度 [K]；
T—— 空气流经湿式气体流量计时的温度 [K]。
7）．对数平均浓度差 m)Y(?
2
1
21
)
e
YY(
)
e
YY(
ln
)
e
YY()
e
YY(
m)Y(
0x2?因为 所以 0
2eY? 1mx1eY?
式中 m—— 相平衡数
m=E/P,E—— 亨利常数 P—— 系统总压强
P=大气压 +塔顶表压 +0.5（ 塔填料层压差 ）
1x
=塔釜吸收液摩尔分率（由物料衡算式求得）
)YY(G)XX(LG 2121SA
s L
—— 单位时间喷淋水量 Kmol/h
21 XX,
—— 分别为塔釜吸收液、塔顶溶剂的摩尔比。
因为 0
2?x
所以
SA LGX?1
)X1/(Xx 111
8）．气相总传质单元高度
aKY/GH OG
G? —— 混合气体通过塔截面的摩尔流速 [Kmol/M]
36004/ 2 DGG?
返回附录
制作人 杨小伟 周坤牛娅丽 贾海峰
单位 九九化工系
指导教师 梁英华 李国江
（一） 实验目的及认为
1,熟悉填料吸收塔的 结构与操作
2,观察填料吸收塔流体力学状况,测定压降与气速的 关系曲线
3,掌握 总传质系数 Kya的测定方法及影响因素分析
4,同过实验了解 p— u曲线和 传质系数 Kya对工程设计的重要意义
5,学习对气液连续接触的填料塔利用传质速率方程 处理传质问题 的方法
（二）基本原理
1,填料塔流体力学特性
气体通过干填料层时，液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 坐标系中压降对气流做图得到一条斜率为 1.8— 2的直
（图中 a— a线）。
（图 7— 1 填料层压降 —
空塔气速关系示意图 ）
a
ab
c
d
ulog
p? log
而有 喷淋量 时，在 低气速 时，（ c点以前）压降也比例于气速的 1.8~2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，出现截点（图中 c点），持液量开始 增大 。
气压 — 气速线向上弯曲,斜率变陡,（ 图中
cd 段 ） 。
测定填料塔的压降和液泛速度，是为了计算填料塔动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，
选择合适的气液负荷
2 传质实验
填料他与 板式塔 内气液两相的接触情况有着很大的不同。
在板式塔中，两相接触在 各块 塔板上进行，
因之接触是 不连续 的。
但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务艘需填料高度 。
填料层高度计算方法有 传质系数法、传质单元法以及等板高度法
总体积传质系数 Kya是单位填料体积,单位时间吸收的 溶液量 。 它是反映填料吸收塔性能的 主要参数 。 是设计填料高度的 重要数据 。
本实验是 用水吸收空气 — 氨混合气体中的氨 。
混合气体中氨的浓度低 。 吸收所得的 溶液浓度也不高 。
气液两相的 平衡关系 可以认为服从 亨利定律
（ 即平衡线在 x— y坐标系为直线 ） 。 故可用 对数平均浓度差法 计算填料层传质 平均推动力 。
相应的 传质方程 为：
mpyaA YVKG
所以
mPAya YVGK
式中
mY
)(
)(
ln
)()(
22
11
2211
e
e
ee
YY
YY
YYYY
其中
AG
— 单位时间内氨的 吸收量 （ Kmol/h）
yaK
— 填料层 体积系数 （ Kmol/m·h）
pV
— 填料层 体积 （ m）
mY?
— 气相对数 平均 浓度差
1Y
— 气体进塔时的 摩尔比
1eY
— 与出塔液体相平衡的 气相摩尔比
2Y
— 气体出塔时的 摩尔比
2eY
— 与进塔液体相平衡时的 气相摩尔比
（具体计算步骤参阅附录 ）
(三 )装置与流程
1
4
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3
5
6
7
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9
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16
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19
20
21
22
23
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26
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28
29
30
31
32
33
自来水排入地沟空气图 5-2 XS-1吸收实验装置流程图数字表示返回返回
1、氨瓶阀 13、油分离器 24、尾气取样管
2,6、氨压力表 14、放净阀 25、稳压瓶
3、氨减压瓶 15、阀门 26、考克
4、氨钢瓶安全阀 16、空气转子流量计 27、吸收盒
5、温度计 17、塔顶表压计 28、湿式气体流计
7、缓冲罐 18、填料支撑板 29、水流量计
8、膜式安全阀 19、排液管 30、放净阀
9、表压计 20、压差计 31、水调节阀
10、转子流量计 21、填料塔 32、高位水槽
11、表压计 22、喷淋器 33、调节阀
12、温度计 23、尾气稳压阀 34、阀门基本数据：塔径? 0.111m，填料层高 0.825m
填料参数,12× 12× 1.3(㎜ )瓷拉西环
at— 403( ),— 0.764 1?m
13 903 Mat?
实验流程,
图 5— 2 是吸收实验装臵流程图。
空气由 罗茨风机 （图中未画）供给，进入油分离器 13，由阀 15调节空气流量，经 空气转子流量计 16计量，并在管路中与氨混合后进入塔底。
混合气体在塔中经水吸收后，尾气从 塔顶 排出。
出口处有尾气稳压阀 23，以维持一定的尾气压力（约 90— 130㎜ HO）作为 尾气通过分析器 27
的推动力。
来自 高位水槽 （ 靠溢流管维持一定水位 ） 的水,经水调节阀 31,由转子流量计 20计量后,
进入 塔顶喷淋器 喷出 。 塔底吸收液经排液管流如地沟 。
氨气由氨瓶 4供给,开启氨瓶阀门 1,氨气即进入自动减压阀 3,稳压在 0.5—1.0㎏ /cm范围内 。
氨压力表 2指示氨瓶 内部压力,氨压力表 6指示减压后的压力 。
为了确保安全,缓冲罐上还装有安全阀 8，
以保证进入实验系统的氨压力不超过 规定值
（ 1.2㎏ /cm）,安全阀的排出口用所了管接到室外 。
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 。
为了测量塔内压力和填料层压降,装有表压计 17和压差计 20。 另外还需用 大气压力计 测量大气压强 。
排液管 19可以上下移动,使液面控制在管子内部而不上升到塔截面内 。
尾气分析器由吸收盒 27和湿式气体流量计 28
组成 。
（四）操作要点
1,流体力学 性能测定
（ １ ） 测定于填料压强降时,塔内填料务必事先 吹干 。
（ ２ ） 测定湿填料压强降：
ａ,测定前要进行予 液泛,使填料表面充分润湿 。
ｂ,实验接近 液泛 时,进塔气体的速度要放慢,不然图中泛点不易找到 。
密切观察填料表面 气液接触 状况,并注意填料层压降变化程度 。
务必让各参数 稳定 后再读数据 。
液泛后填料 层压降 在几乎 不变气速下上升,
务必要掌握这个特点 。
稍稍 增加 气量,再取一,二个点就可以了,
并注意不要使气速过分超过 泛点 。
避免 冲破和冲跑 填料 。
（ 3） 要注意空气转子流量计前调节阀要 缓缓开启和关闭,以免撞碎玻璃管 。
２．传质实验：
（ １ ） 氨气减压后进入稳压罐,罐内压力保持 ０,５～１,０ kg/cm之间,不得超过 。 并注意减压阀使用方法 。
（ ２ ） 传质实验条件选取水喷密度 ～１０ m/m－ h空塔气速０,５～０,８
m/s,氨气入塔浓度３％左右为宜。
（ 3） 传质实验操作记录必须完整无缺,由于气速流量与 气体状态 有关,故每个气体流量计前均装有 表压计和温度计 。
（ 4）尾气组成Ｙ分析
预先往分析盒中加入一定体积,当量浓度为已知的稀硫酸作为吸收液加入２～３滴 甲基红 指示剂,用蒸馏水补充至 刻度线
以保证每次硫酸浓度大致相同,避免分析误差 。
分析开始：打开 考克２６,被测塔顶尾气通过分析盒后其中氨被吸收 。 而空气由湿式气体流量计２８测量 。 考克２６开度要适中 。
当吸收液到达终点时 （ ＰＨ４,２ → ６,２,
由红色变为黄色 ） 立即关闭考克２６ 。 记下湿式流量计转过的体积及空气温度 。
尾气浓度 计算公式如下：
式中
2Y
－氨在气相中的摩尔比
sN
－ 硫酸当量浓度
sV
－硫酸体积［ｍｌ］
［ 摩尔比 ］
4.220
2
T
T
V
VN
Y ss
Ｖ － 湿式气体流量计 所测得的体积［ｍｌ］
0T
－标准状态下的温度［Ｋ］
Ｔ －操作条件下的 温度 ［Ｋ］
(5) 实验完毕。关闭氨气时，务必先关氨钢瓶 总阀１,然后才能关闭减压阀３及调节阀３４。
(6) 停氨后，继续通入空气和水，将塔内残留氨 洗净 。避免 填料表面结垢 。
（五）报告要求
1．计算 于填料以及一定喷淋量下 湿填料在不同空塔气速下单位填料层高度的 压强降,即。
并在 双对数坐标系 作图。找出 载点和泛点 。
2．计算实验条件下（一定喷淋量，一定空塔气速）的总体积传质系数 值及气相总传质单元高度 值。
yaK
OGH
3．根据书上 传质系数 准数关联式计算 值和实验值进行比较。
yaK
（六）讨论题
1,阐述于 填料 压降线和 湿填料 压降线的特征 。
2．比较 液泛时单位高度填料层压降 和 Eckert关联图数值是否相符。一般乱堆填料液泛时单位填料层高度的 压强降 为多少？
3,试计算实验条件下填料塔的 实际液气比 L/V是最小液气比 的多少倍 。
4,填料吸收塔当 提高 喷淋量时,对有何影响？
5,填料塔 结构 有什么特点？
*6,测定于填料压降线时,塔内填料表面吹得不太平,对测定结果有什么影响
（七）附录
1．氨液相浓度 5%以下的 亨利系数与温度 关系
0℃ 10℃ 20℃ 25℃ 30℃ 40℃温度 t（ ℃ ）
亨利系数 E
（大气压） 0.293 0.502 0.778 0.947 1.250 1.938
即：
3254167.0t10511905.7t1092857.7E 324
返回
OGH
2．总体积传质系数
yaK
及气相总传质单元高度整理步骤。
ymVGyaK PA /
1）．标准状态下的 空气流量
0V
21
21
0
0
10 TT
PP
P
TVV
1V
—— 空气转子流量计 示值 [M/h]
式中
00 PT,
—— 标准状态下空气的温度和压强。 [K],[mmHg]
11 PT、
—— 标定状态下空气的温度和压强。 [K],[mmHg]
22 PT,
—— 使用状态下空气的温度和压强。 [K],[mmHg]
2）．标准状态下 氨气流量
0V?
2102
2101
0
0''
0 TT
PP
P
TVV
[M/h]
式中
1V?
—— 氨气转子流量计示值 [M/h]
01?
—— 标准状态下空气密度 1.293Kg/M
02?
—— 标准状态下氨气密度 0.7810 Kg/M
若氨气中纯氨为 98%，则纯氨在标准状态下的流量为
00 V98.0V
3）．惰性气体的摩尔流量 G
4.220VG?
[mol/h]
4）．单位时间氨吸收量
AG
)( 21 YYGG A
5）．进气浓度
1Y
2
1
1 n
nY? 2n —— 空气摩尔数即：
0
0
1 V
VY
6）．尾气浓度
2
1
2 n
nY?
1n —— 氨气摩尔浓度； 2n
—— 空气摩尔浓度即：
4.22/)( 0
2
T
TV
VNY SS
式中
SN
—— 加入分析盒中硫酸当量浓度 [N]；
SV
—— 加入分析盒中硫酸溶液体积 [ml]
V—— 湿式气体流量计所量得的空气体积 [ml]；
0T
—— 标准状态下空气温度 [K]；
T—— 空气流经湿式气体流量计时的温度 [K]。
7）．对数平均浓度差 m)Y(?
2
1
21
)
e
YY(
)
e
YY(
ln
)
e
YY()
e
YY(
m)Y(
0x2?因为 所以 0
2eY? 1mx1eY?
式中 m—— 相平衡数
m=E/P,E—— 亨利常数 P—— 系统总压强
P=大气压 +塔顶表压 +0.5（ 塔填料层压差 ）
1x
=塔釜吸收液摩尔分率（由物料衡算式求得）
)YY(G)XX(LG 2121SA
s L
—— 单位时间喷淋水量 Kmol/h
21 XX,
—— 分别为塔釜吸收液、塔顶溶剂的摩尔比。
因为 0
2?x
所以
SA LGX?1
)X1/(Xx 111
8）．气相总传质单元高度
aKY/GH OG
G? —— 混合气体通过塔截面的摩尔流速 [Kmol/M]
36004/ 2 DGG?
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制作人 杨小伟 周坤牛娅丽 贾海峰
单位 九九化工系
指导教师 梁英华 李国江
