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四种填料对氨氮的吸收效果

J. Lake Sci.(湖泊科学), 2008, 20(6): 755-760 https://www.wendangku.net/doc/6f2237732.html,. E-mail: jlakes@https://www.wendangku.net/doc/6f2237732.html, 2008 by Journal of Lake Sciences
4 种填料对氨氮的吸附效果*
金相灿1, 贺凯1,2, 卢少勇1, 胡小贞1, 李胜男2
(1: 中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地, 国家环境保护湖泊污染控制重点实验室, 北京 100012) (2: 吉林建筑工程学院市政与环境工程学院, 长春 130021) 摘要: 氮是引发湖泊富营养化的重要元素之一, 湖泊外源和内源氮的去除对湖泊富营养化的控制非常关键, 其中填料对氨
氮的去除是湖泊外源控制的重要途径. 研究了4种填料(天然沸石,陶粒,蛭石和土壤)对氨氮的吸附行为,填料去除氨氮的主要途径以及溶液中pH值和温度对氨氮去除率的影响. 结果表明沸石对氨氮的吸附效果明显, 蛭石次之, 土壤与陶粒效果较差. 沸石去除氨氮的途径以离子交换作用为主, 物理吸附作用很小; 陶粒,土壤和蛭石3种填料的离子交换作用和物理吸附作用的效果相当. 4种填料的吸附量在温度为15-35℃内均随温度的升高而减小, 在pH值为3-9范围内随pH值升高而增大, 振荡6h均达到吸附平衡. 关键词: 填料; 氨氮; 吸附; 解吸; 影响因素
Adsorption effect of ammonia by four fillings
JIN Xiangcan1, HE Kai1,2, LU Shaoyong1, HU Xiaozhen1 & LI Shengnan2
(1: State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, Research Center of Lake Environment, Chinese Research Academy of Environment Sciences, Beijing 100012, P.R.China) (2: College of Environmental and Natural Resources, Jilin University, Changchun 130021, P.R.China)
Abstract: Nitrogen is one kind of important elements related to eutrophication of lakes. The removal of exterior pollution source and interior pollution source is significant for eutrophication control of lakes. Ammonia removal by fillings is an important ways for the control of exterior pollution source of lakes. The ammonia adsorption behavior of four kinds of fillings, such as savageness zeolite, haydite, vermiculite and soil were investigated. The main way of ammonia removal by fillings, the effects of solution pH and temperature on removal rate of ammonia were observed. The results indicated that there were significant differences between zeolite and other fillings, and the sorption efficiency in the order were zeolite, vermiculi, soil and haydite. The ion exchange function is the main way of removing ammonia by zeolite, zeolite has the worst sorption ability, whereas other three fillings have almost the same sorption and ion exchange capacities. In addition, adsorption capacities of these four fillings decreased as temperature increased between 15-35℃; as the pH values increased at the range of 3-9 the adsorption capacities of these four fillings increase too. All adsorption experiments reached equilibrium within six hours. Keywords: Fillings; ammonia; adsorption; desorption; relevant factors
湖泊等水环境的富营养化给人类带来环境,生态和经济等方面的诸多损失, 富营养化的原因和控制途径引起了世界各国的强烈关注, 我国针对水环境的富营养化问题已经开展了大量的工作. 氮是引发湖泊富营养化的重要元素之一, 然而人类活动引起的输入湖泊的氮负荷总量仍呈增加趋势, 湖泊外源和内源氮的去除对湖泊富营养化的控制非常关键, 许多入湖河流中的氨氮浓度普遍较高, 填料对氨氮的去除是湖泊外源控制的重要途径. 人工湿地作为一种生态处理系统广泛应用于各种污水处理与生态修复, 但目前仍存在着一些问题,
* 国家高技术研究发展计划(863)项目(2005AA60101005)和国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB4123)联合资助. 2007-12-07 收稿; 2008-06-05 收修改稿. 金相灿, 男, 研究员; E-mail: Jinxiangcan2004@https://www.wendangku.net/doc/6f2237732.html,.

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如氨氮难以高效去除, 其去除率多不超过60%[1-3], 因此强化人工湿地的氨氮去除能力非常重要. 而除氮的关键之一在于填料筛选, 新型价廉高效的吸附材料的开发应用是目前人工湿地污水处理的研究热点[4-5]. 近年来, 一些通透性好,比表面积大,具有吸附能力的多孔填料被填充到人工湿地系统, 大大提高了氮的去除效果[6-9]. 本文通过对几种填料的物理性质,对氨氮的吸附性能及pH值,温度对吸附的影响, 探索出适宜的人工湿地去除氨氮填料.
1 材料及方法
1.1 填料物理性质的测定以天然沸石,陶粒,土壤和蛭石为填料, 测定填料的比表面积,干容重,孔隙率和水力渗透系数等物理性质. 其中填料干容重和孔隙率采用标准土壤科学方法测定, 水力渗透系数依据达西渗透原理[10]用自制装置测定, 在常温常压下依BET氮气吸附法原理用NOVA3200e型全自动比表面与孔隙度分析仪测定各种填料的比表面积. 1.2 填料吸附动力学实验氨氮吸附动力学实验采用50mg/L的氨氮溶液, 取1g填料和20ml氨氮溶液于100ml离心管中, 在25℃ 下, 恒温振荡, 取样时间设定为5min, 10min, 30min, 1h, 1.5h, 2h, 6h, 振荡平衡后用0.45μm滤纸过滤悬浮液, 采用纳氏试剂光度法[11]测定溶液中残余的氨氮. 每个取样时间重复测定样品3次. 最终通过初始氨氮质量浓度减去残余氨氮质量浓度计算填料的吸氨氮量. 1.3 填料等温吸附与解吸实验等温吸附: 称取在 105℃下干燥 2h 过 60 目的沸石,陶粒,北京土壤和蛭石各 1g 于 100ml 具塞离心管中, 分别准确加入含氨氮浓度为 10,25,50,80,100,200,250,300mg/L 的溶液 20ml. 在 25℃下振荡 6h 后离心, 采用纳氏试剂光度法[11]测定上清液中的氨氮. 以溶液平衡吸附浓度对填料平衡吸附量作图即得到填料等温氨氮吸附曲线. 等温解吸: 经吸附试验后的填料样品采用 10ml 无水乙醇悬浮洗涤, 离心后弃去上清液. 加入 0.02mol/L 的 CaCl2 溶液, 在 25℃下振荡 24h, 离心, 采用纳氏试剂法[11]测定上清液中的氨氮即为氨氮解吸量. 1.4 溶液 pH 值,温度对填料吸附的影响实验取 0.5g 填料于 100ml 离心管中, 加入一定浓度的氨氮溶液, 分别改变溶液的 pH 值(1,3,5,7,9, 11,13)和反应温度(15℃,25℃,35℃), 振荡 6h 后, 离心, 采用纳氏试剂光度法[11]测定上清液中的氨氮含量, 分别以 pH 值和温度对氨氮吸附量作图.
2 结果与讨论
2.1 填料的吸附动力学实验 4 种填料(表 1)对磷吸附动力学曲线(图 1)表明, 4 种填料对氨氮的吸附具有相似的变化趋势. 在 0.5h 内吸附量显著上升, 其后稍有下降, 在 1.5h 后吸附量趋于平缓, 3-6h 吸附量增加不大, 3h 后吸附基本达到平衡. 这 4 种填料均具有吸附速度快, 缓慢平衡的特点, 因此以 6h 作为吸附平衡时间. 出现这种现象是因为开始时填料结构中孔道上的吸附交换位置是空的, 随着溶液中氨氮浓度的升高, NH4+非常快的占据了表 1 填料物理性质[12] Tab.1 Physical properties of the fillings 填料沸石陶粒土壤蛭石粒径(目) 18 18 18 18 孔隙率(%) 53.70 50.00 38.10 67.00 干容重(g/cm3) 2.00 2.21 1.92 1.67 水力渗透系数(cm/s) 0.3928 0.0809 0.2186 -

金相灿等:4 种填料对氨氮的吸附效果
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孔道中的吸附位置, 填料吸附量增加非常快. 后来由于吸附交换位置被占据, 填料吸附氨氮逐渐达到饱和, 吸附逐渐达到平衡. 另在0.5h之前陶粒,土壤和蛭石3种填料均有负吸附现象, 可能是由于在这3种填料的孔道上含有结合不稳定的氨氮, 在吸附开始阶段, 它们首先释放本身的氨氮, 然后再吸附溶液中的氨氮.
图 1 4 种填料氨氮吸附动力学曲线 Fig.1 The ammonium adsorption kinetic curve of four fillings 2.2 填料对氨氮的等温吸附
图 2 4 种填料对氨氮吸附等温线 Fig.2 The ammonium adsorption isotherm of four fillings
4 种填料对氨氮吸附量随溶液中氨氮浓度的增加而增加(图 2). 在相同的初始浓度下, 沸石的吸附曲线上升最快, 平衡浓度低. 陶粒,土壤与蛭石的吸附曲线上升缓慢, 吸附量增量不大. 单位体积填料去氨氮效果以沸石最佳为 4.81mg/g; 蛭石, 陶粒与土壤的吸附效果接近, 分别为 1.04mg/g, 0.72mg/g, 0.57mg/g, 吸附量均不高. 张曦等 [13] 对沸石吸附氨氮的研究表明: 溶液中氨氮浓度愈大, 可供交换的氨氮就愈多; 而且溶液本体与沸石表面形成的浓度差愈大, 造成氨氮向沸石内部迁移并进行交换反应的动力也愈大. 因此, 随着溶液浓度的增大, 填料氨氮吸附量增大. 沸石的比表面积是陶粒的 7.4 倍, 土壤的 4.0 倍, 蛭石的 4.3 倍. 在吸附 6h 之后, 沸石对氨氮的吸附量分别是陶粒的 6.8 倍, 土壤的 8.4 倍和蛭石的 4.6 倍. 可见填料吸附性能与其比表面积大小有关, 比表面积越大, 填料内部孔道越多, 吸附性能越好. 2.3 填料去除氨氮的主要途径沸石, 陶粒, 土壤和蛭石的填料交换容量与吸附容量见图 3. 填料对氨氮的吸附包括离子交换作用和物理吸附作用. 物理吸附主要由填料表面的静电力和毛细力等产生, 离子交换是填料晶体内部阳离子与 NH4+交换的化学过程[14-18]. 沸石对氨氮的解吸量远小于吸附容量, 说明沸石主要是通过离子交换作用去除水中的氨氮, 而物理吸附作用相对很小, 与徐丽花等 [19]研究结果一致(图3a). 陶粒,土壤和蛭石的解吸量占吸附量的大部分 (平均百分比为40%,40%,48%), 说明它们的物理吸附作用与离子交换作用相当(图3). 4种填料的解吸量大小为蛭石>土壤>陶粒>沸石. 2.4 温度对填料吸附的影响 4 种填料的氨氮吸附量在 15-35℃范围内变化不大, 随着反应温度的升高吸附量总体上缓慢下降, 35℃时吸附量最小, 说明低温有利于提高这 4 种填料对 NH4+的离子交换和选择, 有利于交换平衡向正方向进行(图 4). 这与任刚等[20]对沸石吸附氨氮的研究以及 Inocente 等[21]的热力学分析结果一致. 因此要提高吸附效果, 反应温度要低, 但考虑到湿地中的植物, 温度不宜太低, 所以在常温条件下, 这 4 种填料对氨氮有较好的吸附作用, 这与张冬娜等[22]的研究结果一致.

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图 3 4 种填料交换容量与吸附容量的对比 Fig.3 Exchange capacities vs. adsorption capacities contrast of four fillings
图4 温度对4种填料氨氮吸附的影响 Fig.4 Effect of temperature on ammonium adsorption of four fillings

金相灿等:4 种填料对氨氮的吸附效果 2.5 pH 值对填料吸附的影响
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pH 值对填料吸附氨氮的影响见图 5. 通常, 氨在水溶液中可同时以 NH4+和 NH3 两种形式存在, 存在如下可逆反应[23]: NH4+NH3+H+ 溶液pH值对氨的存在形式有较大影响, 当pH值小于7时, 溶液中存在的主要是NH4+, 但其含量随pH 值的增大不断减少; 当pH值大于9时, NH4+在溶液中的含量少于NH3; 当pH值大于11时, 氨在溶液中主要以NH3的形式存在[24]. 图5显示了各种填料在不同pH值时对氨氮吸附量的影响. 当pH值处于3-9范围时, 吸附量达到最大, 此时填料吸附溶液中NH4+以离子交换为主; 当pH值小于3时, 由于H+的影响, 使填料对NH4+ 的吸附量急剧减少; 当pH在1附近时, 土壤发生了负吸附现象; 当pH值大于9时, 溶液中以NH3为主, 导致填料对氨氮的吸附量急剧下降, 而沸石在pH值等于12时还保持较高的吸附量. 张冬娜等 [22] 对沸石吸附氨氮的研究显示在 pH 值范围 6.0-7.3沸石对氨氮去除率最高; 胡日利等[21]对蛭石吸附氨氮的研究表明蛭石在中性条件下对氨氮的去除率最高. 而本试验研究的四种填料均能在pH值3-9范围内保持较高的吸附效果, 其原因可能是填料的产地,内部结构不同. 图5 pH值对4种填料吸附氨氮的影响 Fig.5 Effect of pH value on ammonium adsorption of four fillings
3 结论
1) 沸石,蛭石,陶粒和土壤这4种填料相比, 沸石对氨氮的吸附量最大. 在吸附6h之后, 沸石对氨氮的吸附量分别是陶粒的6.8倍, 土壤的8.4倍, 蛭石的4.6倍. 2) 4种填料的吸附量在温度为15-35℃范围内随温度的升高而减小, 在pH值3-9范围内最大. 沸石在 pH值为3-12范围内均有很高的吸附量. 3) 从对氨氮吸附量和吸附途径两方面综合考虑, 沸石的吸附氨氮效果最好, 是人工湿地等土壤处理系统中良好的氨氮吸附填料.
4 参考文献
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填料塔吸收实验报告

实验6 填料吸收塔实验报告第四组成员：王锋，郑义，刘平，吴润杰一、实验名称填料吸收塔实验二、实验目的 1、了解填料吸收塔的构造并实际操作。 2、了解填料塔的流体力学性能。 3、学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。三、实验内容测定填料层压强降与操作气速的关系曲线，并用ΔP/Z —u 曲线转折点与观察现象相结合的办法，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。四、实验原理 1.气体通过填料层的压强降压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气液流量有关，不同喷淋量下填料层的压强降ΔP 与空塔气速u 的关系如下图所示： 1 2 3 L 3L 2L 1 L 0 = ＞＞0 图6-1 填料层的ΔP ～u 关系当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的ΔP ～u 的关系是直线，如图中的直线0。当有一定的喷淋量时，ΔP ～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将ΔP ～u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。

五、实验装置和流程图6-2 填料吸收塔实验装置流程图 1-风机、2-空气流量调节阀、3-空气转子流量计、4-空气温度、5-液封管、6-吸收液取样口、7-填料吸收塔、8-氨瓶阀门、9-氨转子流量计、10-氨流量调节阀、11-水转子流量计、12-水流量调节阀、13-U型管压差计、14-吸收瓶、15-量气管、16-水准瓶、17-氨气瓶、18-氨气温度、20-吸收液温度、21-空气进入流量计处压力实验流程示意图见图一,空气由鼓风机1送入空气转子流量计3计量,空气通过流量计处的温度由温度计4测量,空气流量由放空阀2调节,氨气由氨瓶送出,?经过氨瓶总阀8进入氨气转子流量计9计量,?氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀10调节5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。?在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。吸收液的取样可用塔底6取样口进行。填料层压降用∪形管压差计13测定。六、实验操作方法及步骤 1、测量干填料层(△P／Z)─u关系曲线: 先全开调节阀2,后启动鼓风机,用阀2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降△P,转子流量计读数和流量计处空气温度,测量12～15组数据?然后在双对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标,以单位高度的压降△P／Z为纵坐标,标绘干填料层(△P／Z)─u关系曲线。 2、测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线: 用水喷淋量为30L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,?转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, ?一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为30L／h下(△P／z)─u?关系曲线,确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。 3、测量某喷淋量下填料层(△P／Z)─u关系曲线: 用水喷淋量为50L／h时,用上面相同方法读取填料层压降△P,?转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, ?一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为

填料吸收塔的计算.

4.5 填料吸收塔的计算本节重点：吸收塔的物料衡算、吸收剂用量及填料层高度的计算本节难点：填料吸收塔传质单元数的概念及计算 4.5.1 吸收塔中的物料衡算—操作线方程如图，q n (V)—惰性气体的摩尔流量 mol/s q n (L)—溶剂的摩尔流量 mol/s Y 1、X 1—塔底气液两相中吸收质的物质的量比 Y 2、X 2—塔顶气液两相中吸收质的物质的量比 Y 、X —塔内任意截面吸收质的物质的量比从塔内任意截面到塔底对吸收质作物料衡算： q n (L)X+ q n (V)Y 1= q n (L)X 1+ q n (V)Y q n (V)(Y 1-Y)= q n (L)(X 1-X) （4-40）或 1n n 1n n X )V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-41）该式称为吸收操作线方程，表示吸收过程中，塔内任意截面Y 与X 间的关系。若对整个塔作物料衡算，则有： 1n n 12n n 2X ) V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= （4-42）如图4-9，吸收过程的操作线是经过点（X 1,Y 1）和点（X 2,Y 2）的一条直线，其斜率为q n (L)/q n (V)，操作线上的任一点表示在塔内任一截面上气液相组成的关系。生产中常以气相被吸收的吸收质的量与气相中原有吸收质的量之比，衡量吸收效果和确定吸收任务，称为吸收率η )1(Y Y 12η-= （4-43） 4.5.2 吸收剂用量的计算吸收操作处理气量q n (V)，进出塔气体组成Y 1、 Y 2，以及吸收剂进塔组成X 2通常是由生产工艺确定的，而吸收剂用量和塔底溶液浓度是可以变动的，为了完成工艺要求的任务，需计算吸收剂的用量。 1、液气比由全塔物料衡算式（4-42）1n n 12n n 2X ) V (q )L (q Y X )V (q )L (q Y -+= 可知吸收剂出塔浓度 X 1与吸收剂用量q n (L)是相互制约的，选取的q n (L)/q n (V) ↑，操作线斜率 ↑ ，操作线与平衡线的距离 ↑ ，塔内传质推动力 ↑ ，完成一定分离任务所需塔高 ↓； q n (L)/q n (V) ↑，吸收剂用量↑ ，吸收剂出塔浓度 X 1↓ ，循环和再生费用↑ ；若q n (L)/q n (V) ↓ ，吸收剂出塔浓度 X 1↑ ，塔内传质推动力↓ ，完成相同任务所需塔高↑ ，设备费用↑ 。

填料塔计算部分

填料吸收塔设计任务书一、设计题目填料吸收塔设计二、设计任务及操作条件１、原料气处理量：5000m3/h。２、原料气组成：98％空气＋％的氨气。３、操作温度：20℃。４、氢氟酸回收率：98％。５、操作压强：常压。６、吸收剂：清水。７、填料选择：拉西环。三、设计内容 1.设计方案的确定及流程说明。 2.填料吸收塔的塔径，填料层的高度，填料层的压降的计算。 3.填料吸收塔的附属机构及辅助设备的选型与设计计算。 4.吸收塔的工艺流程图。 5.填料吸收塔的工艺条件图。

目录第一章设计方案的简介 (4) 第一节塔设备的选型 (4) 第二节填料吸收塔方案的确定 (6) 第三节吸收剂的选择 (6) 第四节操作温度与压力的确定 (7) 第二章填料的类型与选择 (7) 第一节填料的类型 (7) 第二节填料的选择 (9) 第三章填料塔工艺尺寸 (10) 第一节基础物性数据 (10) 第二节物料衡算 (11) 第三节填料塔的工艺尺寸的计算 (12) 第四节填料层压降的计算 (16) 第四章辅助设备的设计与计算 (16) 第一节液体分布器的简要设计 (16) 第二节支承板的选用 (17) 第三节管子、泵及风机的选用 (18) 第五章塔体附件设计 (20) 第一节塔的支座 (20) 第二节其他附件 (20)

第一章设计方案的简介第一节塔设备的选型塔设备是化工、石油化工、生物化工制药等生产过程中广泛采用的气液传质设备。根据塔内气液接触构件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 1、板式塔板式塔为逐级接触式气液传质设备，是最常用的气液传质设备之一。传质机理如下所述：塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。溢流堰的作用是使塔板上保持一定厚度的液层。气体则在压力差的推动下，自下而上穿过各层塔板的气体通道（泡罩、筛孔或浮阀等），分散成小股气流，鼓泡通过各层塔板的液层。在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在板式塔中，气液两相逐级接触，两相的组成沿塔高呈阶梯式变化，在正常操作下，液相为连续相，气相为分散相。一般而论，板式塔的空塔速度较高，因而生产能力较大，塔板效率稳定，操作弹性大，且造价低，检修、清洗方便，故工业上应用较为广泛。２、填料塔填料塔是最常用的气液传质设备之一，它广泛应用于蒸馏、吸收、解吸、汽提、萃取、化学交换、洗涤和热交换等过程。几年来，由于填料塔研究工作已日益深入，填料结构的形式不断更新，填料性能也得到了迅速的提高。金属鞍环，改型鲍尔环及波纹填料等大通量、低压力降、高效率填料的开发，使大型填料塔不断地出现，并已推广到大型汽—液系统操作中，尤其是孔板波纹填料，由于具有较好的综合性能，使其不仅在大规模生产中被采用，且由于其在许多方面优于各种塔盘而越来越得到人们的重视，在某些领域中，有取代板式塔的趋势。近年来，在蒸馏和吸收领域中，最突出的变化是新型填料，特别是规整填料在大直径

填料塔吸收实验(环境工程原理)

实验九填料塔吸收实验一．实验目的 1．了解填料吸收装置的设备结构及操作。 2．测定填料吸收塔的流体力学特性。 3．测定填料吸收塔的体积吸收总系数K Y α。 4．了解气体空塔流速与压力降的关系。二．实验原理 1．填料塔流体力学特性吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如左图中AB 线，其斜率为1.8～2。当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB 线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD 段。随气速的进一步增加出现载点（图中D 点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE 段。当气速增大到E 点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E 称为泛点。 2．传质实验填料塔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，因此接触是不连续的。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所需填料的高度。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等。气相体积吸收总系数K Y α是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量，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很低。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，相应的传质速率方程式为： m p Y A Y V K G ???=α （1）所以 )/(m p A Y Y V G K ??=α （2）其中 2 2112211ln ) ()(e e e e m Y Y Y Y Y Y Y Y Y -----= ? （3）

填料塔工艺尺寸的计算

第三节填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段 3.1 塔径的计算 1. 空塔气速的确定——泛点气速法对于散装填料，其泛点率的经验值u/u f =0.5~0.85 贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式，即： 2213lg V F L L u a g ρμερ?? ?????? ? ???????=A-K 141V L V L w w ρρ???? ? ??? ?? （3-1）即：1 124 8 0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[ ()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F u ?????? =- ? ? ??????? 所以：2 F u /9.81（100/0.9173）（1.1836/998.2）= UF=m/s 其中： f u ——泛点气速，m/s; g ——重力加速度，9.81m/s 2 W L =5358.89572㎏/h W V =7056.6kg/h A=0.0942； K=1.75；取u=0.7 F u =2.78220m/s

0.7631D = = = （3-2）圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2 6000 3.31740.7850.83600 u = =?? m/s 则 F u u 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合 3. 液体喷淋密度的校核： (1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。 (2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率()3min 0.08m /m h w L ?为。 ()32min min 0.081008/w t U L m m h α==?=? （3-3） 22 5358.8957 10.6858min 0.75998.20.7850.8 L L w U D ρ= ==>=???? （3-4）经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。 3.2 填料层高度的计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==?= （3-5） *220Y mX == （3-6） 3.2.1 传质单元数的计算

实验七填料塔吸收实验

实验七填料吸收塔的操作和吸收系数的测定一、实验目的１.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。２.熟悉填料塔的流体力学性能。３.掌握总传质系数K Y a测定方法。４.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。二、实验内容１．测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降?P与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速。２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数K Y a。三、基本原理 1．填料塔流体力学特性填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺利通过。支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式，填料分为实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、θ网环都属于实体填料。填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料上。液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降?P的产生。填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数,它包括压强降和液泛规律。了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。在填料塔中,当气体自下而上通过干填料（L=0）时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降?P与空塔气速u的关系可用式?P=u1.8-2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线,斜率为1.8-2.0。在有液体喷淋（L≠0）时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素。在一定的喷淋密度下,当气速小时,阻力与空塔速度仍然遵守?P∝u1.8-2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在,填料中的空隙减小,填料空隙中的实际速度增大,因此床层阻力降比无喷淋时的值高。当气速增加到某一值时,由于上升气流与下降液体间的摩擦阻力增大,开始阻碍液体的顺利下流,以致于填料层内的气液量随气速的增加而增加,此现象称为拦液现象,此点为载点，开始拦液时的空塔气速称为载点气速。进入载液区后,当空塔气速再进一步增大,则填料层内拦液量不断增高,到达某一气速时,气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动,填料层的压力将急剧升高,在?P∝u n关系式中,n的数值可达10左右，此点称为泛点。在不同的喷淋密度下,在双对数坐标中可得到一系列这样的折线。随着喷淋密度的增加,填料层的载点气速和泛点气速下降。本实验以水和空气为工作介质，在一定喷淋密度下,逐步增大气速，记录填料层的压降与

填料塔吸收过程实验

实验4 填料塔吸收过程实验一、实验目的 (1)了解填料吸收塔的基本结构，熟悉吸收实验装置的基本流程，搞清楚每一个附属设备的作用和设计意图。 (2)掌握产生液泛现象的原因和过程。 (3)明确吸收塔填料层压降ΔP与空塔气速u在双对数坐标中的关系曲线及其意义，了解实际操作气速与泛点气速之间的关系。 (4)掌握测定含氨空气-水系统的体积吸收系数Kya的方法。 (5)熟悉分析尾气浓度的方法。 (6)掌握气液体积转子流量计使用方法和安装要求，湿式流量计的使用方法和连接要求。二、实验任务 (1)观察在一定液体喷淋密度下，当气速增大到一定程度时产生的液泛现象，测得液泛气速，并根据液泛气速确定操作气速。 (2)根据实际测得的原始数据，在双对数坐标中画出填料层压降ΔP与空塔气速 u的关系曲线。 (3)测定含氨空气-水系统在一定的操作条件下的体积吸收系数Kya。 (4)根据改变气相流量和改变液相流量测得不同的Kya的变化值的大小，判断此吸收过程是属气膜控制还是液膜控制。 (5)讨论影响吸收操作系统稳定的因素。三、实验装置填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验装置流程示意图见图1。本实验装置的主要设备有填料吸收塔 1、旋涡泵 2、空气转子流量计 3、四个U形管差压计(13、1 4、1 5、16)、氨气钢瓶4、氨气压力表5、氨气减压阀 6、氨气稳压罐 7、氨气转子流量计 8、水转子流量计 9、吸收瓶10、湿式流量计11、三通旋塞12、温度计17、18、19。本实验物系为水-空气-氨气。由旋涡气泵产生的空气与从液氮钢瓶经过减压阀后的氨气混合后进入填料塔底部。吸收剂水从塔顶喷淋而下，从塔底经液封装置排出。气液在填料层内接触、传质，经吸收后的尾气从塔顶排出。很少量的一小部分尾气通过三通阀引进洗气瓶，洗气瓶内装有已知浓度和一定体积量的稀硫酸，尾气与稀硫酸进行中和反应，经吸收后的尾气通入湿式流量计后放空。从湿式流量计可以测出此小部分尾气经过洗气瓶的空气体积量。四、实验原理和方法与空塔气速u的关系 1.填料塔压力降p 填料塔的压力降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数。气体通过填料层的压力降将

填料塔的计算.doc

一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据

7.熔根据上式计算如下：混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805 .333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3 混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为

μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m ?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2/h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?= P E 溶解度系数为H=)/(1013.218 106.22.9973 45 kPa m kmol E M s ??=??= -ρ 2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2 121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581

填料塔吸收综合实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除填料塔吸收综合实验报告篇一：实验七填料塔吸收实验实验七填料吸收塔的操作和吸收系数的测定一、实验目的１.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。２.熟悉填料塔的流体力学性能。３.掌握总传质系数KYa测定方法。４.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。二、实验内容１．测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降?p 与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速。２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数KYa。三、基本原理 1．填料塔流体力学特性填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺

利通过。支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式，填料分为实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、?网环都属于实体填料。填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料上。液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降?p的产生。填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数,它包括压强降和液泛规律。了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。在填料塔中,当气体自下而上通过干填料（L=0）时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降?p与空塔气速u的关系可用式?p=u1.8-2.0表示。在双对数坐标系中为一条直线,斜率为1.8-2.0。在有液体喷淋（L?0）时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素。在一定的喷淋密度下,当气速小时,阻力与空塔速度仍然遵守?p?u1.8-2.0这一关系。但在同样的空塔速度下，由于填料表面有液膜存在,填料中的空隙减小,填料空隙中的实际速度增大,因此床层阻力降比无喷淋时的值高。当气速增加

填料塔吸收实验数据及处理

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.5 1 1.5 2 空塔气速单位高度压降空气流量u(m 3) H1(cm) Ppa P/H 0.375 0.18 17.64 0.027 0.5 0.3 29.4 0.045 0.7 0.45 44.1 0.068 0.9 0.75 73.5 0.113 1.1 1.05 102.9 0.158 1.3 1.3 127.4 0.196 1.5 1.6 156.8 0.241 1.7 1.9 186.2 0.286 1.9 2.2 215.6 0.332

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 0.000 0.2000.4000.6000.800 1.000 1.200 1.400 1.600 流量液体喷淋量20L /h 空气流量u H1 Ppa P/H 0.375 0.550 53.900 0.083 0.500 1.100 107.800 0.166 0.600 1.500 147.000 0.226 0.700 1.850 181.300 0.279 0.800 2.200 215.600 0.332 0.900 2.700 264.600 0.407 1.000 4.100 401.800 0.618 1.100 5.100 499.800 1.428 1.200 6.370 624.260 0.960 1.300 7.150 700.700 1.078 1.400 21.000 2058.000 3.166 1.500 33.000 3234.000 4.975

吸收塔的计算

第 4 节吸收塔的计算吸收过程既可在板式塔内进行，也可在填料塔内进行。在板式塔中气液逐级接触，而在填料塔中气液则呈连续接触。本章对于吸收操作的分析和计算主要结合连续接触方式进行。填料塔内充以某种特定形状的固体填料以构成填料层。填料层是塔实现气、液接触的主要部位。填料的主要作用是：①填料层内空隙体积所占比例很大，填料间隙形成不规则的弯曲通道，气体通过时可达到很高的湍动程度；②单位体积填料层内提供很大的固体表面，液体分布于填料表面呈膜状流下，增大了气、液之间的接触面积。通常填料塔的工艺计算包括如下项目：（1）在选定吸收剂的基础上确定吸收剂的用量；（2）计算塔的主要工艺尺寸，包括塔径和塔的有效高度，对填料塔，有效高度是填料层高度，而对板式塔，则是实际板层数与板间距的乘积。计算的基本依据是物料衡算，气、液平衡关系及速率关系。下面的讨论限于如下假设条件：（1）吸收为低浓度等温物理吸收，总吸收系数为常数；（2）惰性组分B 在溶剂中完全不溶解，溶剂在操作条件下完全不挥发，惰性气体和吸收剂在整个吸收塔中均为常量；（3）吸收塔中气、液两相逆流流动。 2.4.1吸收塔的物料衡算与操作线方程式全塔物料衡算图2－12 所示是一个定态操作逆流接触的吸收塔，图中各符号的意义如下：

V —惰性气体的流量，kmol ( B )/ s ； L —纯吸收剂的流量，kmol (S )/ S ; Y i ；、Y 2—分别为进出吸收塔气体中溶质物质量的比，kmol (A ) /kmol (B ); X i 、X 2――分别为出塔及进塔液体中溶质物质量的比， kmol (A )/ kmol (S )。注意，本章中塔底截面一律以下标“ I ”表示，塔顶截面一律以下标 “ 2”表示。在全塔范围内作溶质的物料衡算，得: VY i + LX 2 = VY 2+ LX i 图2-12物料衡算示意图或 V (Y i — Y 2)= L (X i — X 2) 一般情况下，进塔混合气体的流量和组成是吸收任务所规定的，若吸收剂的流量与组成已被确定，则V 、丫、L 及X 2。为已知数，再根据规定的溶质回收率，便可求得气体出塔时的溶质含量，即：丫2 = Y l (1—巾A ) (2 — 39) 式中巾A 为溶质的吸收率或回收率。通过全塔物料衡算式2 — 38可以求得吸收液组成X I 。于是，在吸收塔的底部与顶部两个截面上，气、液两相的组成丫1、X l 与丫2、X 2均成为已知数。 2 ?吸收塔的操作线方程式与操作线 V, 丫 2 L, X 2 V Y i L, X i (2 — 38)

填料塔工艺尺寸的计算

填料塔工艺尺寸的计算 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

第三节填料塔工艺尺寸的计算填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料能高度的计算及分段塔径的计算 1. 空塔气速的确定——泛点气速法对于散装填料，其泛点率的经验值u/u f =~ 贝恩（Bain ）—霍根（Hougen ）关联式，即： 2213lg V F L L u a g ρμερ?? ?????? ? ???????=A-K 14 18 V L V L w w ρρ???? ? ??? ?? （3-1）即：1124 8 0.23100 1.18363202.59 1.1836lg[ ()1]0.0942 1.759.810.917998.24734.4998.2F u ?????? =- ? ? ??????? 所以：2 F u /（100/3）（）= UF=3.974574742m/s 其中： f u ——泛点气速，m/s; g ——重力加速度，9.81m/s 2 W L =㎏/h W V =7056.6kg/h A=； K=；取u= F u =2.78220m/s 0.7631D = = = （3-2）圆整塔径后 D=0.8m 1. 泛点速率校核：2 6000 3.31740.7850.83600 u = =?? m/s 则 F u u 在允许范围内 2. 根据填料规格校核：D/d=800/50=16根据表3-1符合 3. 液体喷淋密度的校核： (1) 填料塔的液体喷淋密度是指单位时间、单位塔截面上液体的喷淋量。

(2) 最小润湿速率是指在塔的截面上，单位长度的填料周边的最小液体体积流量。对于直径不超过75mm 的散装填料，可取最小润湿速率()3min 0.08m /m h w L ?为。 ()32min min 0.081008/w t U L m m h α==?=? （3-3） 22 5358.8957 10.6858min 0.75998.20.7850.8L L w U D ρ= ==>=???? （3-4）经过以上校验，填料塔直径设计为D=800mm 合理。填料层高度的计算及分段 *110.049850.75320.03755Y mX ==?= （3-5） *220Y mX == （3-6） 3.2.1 传质单元数的计算用对数平均推动力法求传质单元数 12 OG M Y Y N Y -= ? （3-7） ()* *1 1 22*11*22 () ln M Y Y Y Y Y Y Y Y Y ---?= -- （3-8） = 0.063830.00063830.03755 0.02627ln 0.0006383 -- = 3.2.2 质单元高度的计算气相总传质单元高度采用修正的恩田关联式计算： () 0.75 0.10.05 2 0.2 2 21exp 1.45/t c l L t L L V t w l t l L U U U g ασαρσαασαμρ-????????? ? =--?? ? ? ??? ????? ?? ? （3-9）即：αw/αt =0. 液体质量通量为：L u =WL/××=10666.5918kg/(㎡?h ) 气体质量通量为： V u =60000×=14045.78025kg/(㎡?h)

填料塔吸收实验

序号：34 化工原理实验报告实验名称：填料吸收传质系数测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工09－3班姓名：曾学礼学号09402010337

同组者姓名：周锃刘翰卿指导教师：王志强日期：2011年9月20日一、实验目的 1.熟悉填料塔的构造与操作。 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、实验原理本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数K x a，并进行关联，得到K x a=AL a·V b的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。 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 1.8～2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–空塔气速关系示意图 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，需要计算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。本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传

吸收(解吸)实验报告

实验名称:吸收（解吸）实验一、实验目的 1 了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2 掌握总体积传质系数的测定方法； 3 测定填料塔的流体力学性能； 4 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响； 5 了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法； 6 学会化工原理实验软件库的使用。二、实验装置流程示意图及实验流程简述 1〕装置流程本实验装置流程如图6－1所示：水经转子流量计后送入填料塔塔顶再经喷淋头喷淋在填料顶层。由风机输送来的空气和由钢瓶输送来的二氧化碳气体混合后，一起进入气体混合稳压罐，然后经转子流量计计量后进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程可看成是等温吸收过程。

2〕主要设备（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填料层总高度2000mm.。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。（2）填料规格和特性：金属丝网板波纹填料：型号JWB—700Y，填料尺寸为φ100×50mm，比表面积700m2/m3。（4）气泵：层叠式风机，风量0～90m3/h，风压40kPa；（5）二氧化碳钢瓶；（6）气相色谱仪（型号：SP6801）；（7）色谱工作站：浙大NE2000。三、简述实验操作步骤及安全注意事项 1 实验步骤（1）熟悉实验流程及弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项；（2）打开仪表电源开关及风机电源开关；（3）开启进水总阀，使水的流量达到400L/h左右。让水进入填料塔润湿填料。（4）塔底液封控制：仔细调节阀门○2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气。（5）打开CO2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），使其压力稳定在0.1Mpa左右；（6）仔细调节空气流量阀至1m3/h，并调节CO2调节转子流量计的流量，使其稳定在100L/h～160 L/h；（7）仔细调节尾气放空阀的开度，直至塔中压力稳定在实验值；（8）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力，通过六通阀在线进样，利用气相色谱仪分析出塔顶、塔底气相组成；（9）改变水流量值，重复步骤（6）（7）（8）。（10）实验完毕，关闭CO2钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，清理实验仪器和实验场地。 2 注意事项（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。

四川大学化工原理气体吸收实验

气体吸收实验 1.实验目的（1）观测气、液在填料塔内的操作状态，掌握吸收操作方法。（2）测定在不同喷淋量下，气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。（3）测定在填料塔内用水吸收CO2的液相体积传质系数K X a。（4）对不同填料的填料塔进行性能测试比较。 2.实验原理（1）气体吸收是运用混合气体中各种组分在同一溶液中的溶解度的差异，通过气液充分接触，溶解度较大的气体组分进入液相而与其他组分分离的操作。气体混合物以一定气速通过填料塔内的填料层时，与吸收剂液相想接触，进行物资传递。气，夜两项在吸收塔内除物质传递外，其流动相互影响，还具有自己的流体力学特征。填料塔的流体力学特征是吸收设备的重要参数，他包括了压降和液泛的重要规律。填料塔的流体力学特征是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压降在填料因子、填料层高度、液体喷淋密度一定的情况下随气体速度变化而变化，与压降与气速的关系如图。气体通过干填料层时，其压降与空塔时，其压降与空气塔气速的函数关系在双对数坐标上为一条直线，其斜率为 1.8-2.0.当有液体喷淋时，气体低速流过填料层，压降与气速的关系几乎与L=0的关系线平行，随着气速的增加出现载点B 与B’，填料层内持液量增加，压降与气速的关系关联线向上弯曲，斜率变大，当填料层持液越积越多时，气体的压降几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，P-U线出现载点C，称此点为泛点。（2）反应填料塔性能的主要参数之一是传质系数。影响传质系数的因素很多，对不同系统和不同吸收设备，传质系数各不相同，所以不可能有一个通用的计算式计算传质系数。本实验采用水来吸收空气中的CO2，常压下CO2在水中的溶解度比较小，用水吸收CO2的操作中是液膜控制吸收的过程，所以在低浓度吸收时填料的计算式

填料塔吸收传质系数的测定实验doc

填料塔吸收传质系数的测定一、实验目的 1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2．掌握总体积传质系数的测定方法； 3．了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；二、基本原理气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO 2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO 2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO 2组分。一般CO 2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO 2气体通入空气中混合以提高空气中的CO 2浓度，水中的CO 2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO 2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定K x a 和H OL 。 a) 计算公式填料层高度Z 为： OL OL x x x Z N H x x dx a K L dZ z ?=-= =??*120 式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m 2·s)； K x a 以△X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m 3·s)； H OL 液相总传质单元高度，m ； N OL 液相总传质单元数，无因次。令：吸收因数A=L/mG ])1ln[(11 1 121A mx y mx y A A N OL +----= b) 测定方法（1）空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。（2）测定填料层高度Z 和塔径D ；（3）测定塔顶和塔底气相组成y 1和y 2；（4）平衡关系。

本实验的平衡关系可写成 y = mx 式中： m 相平衡常数， m=E/P ； E 亨利系数，E ＝f(t)，Pa ，根据液相温度由附录查得； P 总压，Pa ，取1atm 。对清水而言，x 2=0,由全塔物料衡算 )()(2121x x L y y G -=- 可得x 1 。三、实验装置 1〕装置流程本实验装置（如图1所示）流程：由自来水来的水经离心泵加压后送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气经转子流量计后放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。

填料塔的计算

一、设计方案的确定 (一) 操作条件的确定 1．1吸收剂的选择 1．2装置流程的确定 1．3填料的类型与选择 1．4操作温度与压力的确定 45℃ 常压（二）填料吸收塔的工艺尺寸的计算 2．1基础物性数据 ①液相物性数据对于低浓度吸收过程，溶液的物性数据可近似取质量分数为30%MEA 的物性数据 7.熔根据上式计算如下：混合密度是：1013.865KG/M3 混合粘度0.001288 Pa ·s 暂取CO2在水中的扩散系数表面张力б=72.6dyn/cm=940896kg/h 3 ②气相物性数据混合气体的平均摩尔质量为 M vm = y i M i =0.133*44+0.0381*64+0.7162*14+0.00005*96+0.1125*18 =20.347 混合气体的平均密度ρvm = =??=301 314.805.333.101RT PMvm 101.6*20.347/（8.314*323）=0.769kg/m 3

混合气体粘度近似取空气粘度，手册28℃空气粘度为 μV =1.78×10-5Pa ·s=0.064kg/(m?h) 查手册得CO2在空气中的扩散系数为 D V =1.8×10-5m 2/s=0.065m 2 /h 由文献时CO 2在MEA 中的亨利常数：在水中亨利系数E=2.6?105kPa 相平衡常数为m=1.25596 .101106.25 =?=P E 溶解度系数为H= )/(1013.218 106.22.997345kPa m kmol E M s ??=??=-ρ 2.2物料衡算进塔气相摩尔比为Y1=0.133/（1-0.133）= 0.153403 出塔气相摩尔比为Y2= 0.153403×0.05=0.00767 进塔惰性气相流量为V=992.1mol/s=275.58kmol/h 该吸收过程为低浓度吸收，平衡关系为直线，最小液气比按下式计算，即 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --= 对于纯溶剂吸收过程，进塔液组成为X2=0 2121min /X m Y Y Y ）V L （ --==（0.153403-0.00767）/（0.1534/1.78）=1.78 取操作液气比（？）为L/V=1.5L/V=1.5×1.78=2.67 L=2.67×275.58=735.7986kmol/h ∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2) ∴X1=0.054581 ①塔径计算采用Eckert 通用关联图计算泛点气速气相质量流量为 W V =13.74kg/s=49464kg/h 液相质量流量计算即W L =735.7986×（0.7*18+0.3*54）=21190.99968kg/h Eckert 通用关联图横坐标为 0.011799 查埃克特通用关联图得226.02.0=??L L V F F g u μρρ?φ（查表相差不多）查表（散装填料泛点填料因子平均值）得1260-=m F φ Uf=3.964272m/s 取u=0.8u F =0.8×3.352=2.6816m/s

四种填料对氨氮的吸收效果

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