吸收系数的测定

一、实验目的

    1．了解吸收的原理、流程及设备。

    2．了解影响吸收系数的因素及强化吸收的途径。

    3．掌握吸收系数的测定方法。

二、实验原理

1． 吸收系数的测定原理

混合物的分离总是根据混合物中各组分间某种物理和化学性质的差异而进行的。根据不同性质上的差异，可以有不同的分离方法。利用混合物各组分溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。

由“化工原理”可知低含量气体吸收时填料层高度可用下式表示：

式中：

G—混合气的摩尔流量（kmol/s）；

    Ky—以气相比摩尔分率差为推动力的总吸收系数（kmol／m2·s）；

    A—塔的截面积；

    ΔYm—以气相浓度差为推动力的传质平均推动力（kmol(吸收质)／kmol(吸收剂)）

一个吸收设备的气相和液相进出口组成，一般是由工艺要求所决定的。因此，对于既定的工艺流程ΔYm、G已属定值，则吸收设备体积的大小(即填料层高度的大小)取决于吸收系数Ky值。所以，测定Ky值在实际应用中具有重要意义。

对于已知填料吸收塔，填料层高度H已知，同时由于填料的比表面积a不太容易测定，在实际生产中通常将Ky和a合并计算。因此上述关系式可改写为：

2. 影响吸收系数的因素

影响吸收系数的因素较多，用函数关系式可表示为：

k = f (r, m, u, d, D)

通常将上述因素无因次化后，待求函数可表示为：

Sh = f ( Re, Sc)

式中：

，       Sherwood Number

,      Reynolds Number

,       Schmidt Number

3．吸收系数的测定方法

由上述无因次方程求解传质系数虽然减少了试验次数，但在实际求解中还存在较多的困难。但根据上述方程只要计算出方程式右边的各个变量，就可以计算吸收系数

  （1）G的测定

由空气转子流量计测得：

（2）Y1、Y2的测定

Y1、Y2—进出塔的气相浓度。本实验使用“氨气—空气”混合气，Y1、Y2分别由分析器通过酸碱滴定测定：

上述公式中：

上述各式中，下标的含义为：

0— 标准状态，P0：101.325 kPa, T0: 273.15 K, V0: 22.4´10-3 m3；

1— 标定状态，P1：101.325 kPa, T1: 298.15 K；

2— 测量状态（示值）；

CHCl, VHCls分别为盐酸的物质的量浓度和体积。

  （2）塔截面积A

    填料塔的A值可由下式计算：

式中：

D—填料塔内径，（m）

  （3）传质推动力ΔYm的测定

当气液平衡线不是直线时可用图解积分求ΔYm之值；若气液平衡线为直线，则可用下式求取ΔYm的值：

下标1、2分别代表塔底和塔顶。

Y*—与液相组成X平衡的气相中溶质的比摩尔分率。根据亨利定律：

对于稀溶液等号右端分母趋近1，于是可得简化式：

但用纯溶剂做吸收剂时，X2=0，X1可由操作线方程求得：

E—亨利系数；

P—总压，其值可近似为

—塔内压差。

或由塔底吸收液进行中和滴定求得

二、实验流程

清水吸收空气中氨气的流程

三、实验步骤

    1．开动供水系统：为了防止储水器超压，先开水控制阀，再慢慢打开进水阀，最后由流量调解阀调节流量。

2．开动空气系统：先检查转子流量计调节阀是否全开（空气为旁路调节），待全关后将启动风机，以防气速突然上升，冲坏空气转子流量计。风机启动后，通过关小调节阀的办法调节空气流量。同样道理，若突然关停风机，气速猛降，空气转子流量计中转子骤然下降，易损害流量计，所以，停风机时也要先全开流量调节阀，再关停风机。

3．开动氨气系统：首先关好氨气转子流量计前的调节阀和针阀，然后打开氨瓶顶阀，再打开流量控制阀和流量调解阀（全开），缓慢打开针阀，注意转子的变化，当流量稍大于设定值时，用转子流量计的流量调节阀准确调节氨气流量。

5．气体分析：事先将两个样品分析器洗干净，各加入定量的HCl溶液、指示剂，加一定量的蒸馏水，关好分析系统调节旋塞后，并记下湿式流量计的初示值。测定时，缓慢打开调节旋塞，使混合通过分析器，注意控制通过速度，流量过大，会将分析液带走，引起误差；过小则延长了分析时间，待分析液变色立即关闭旋塞，记下湿式流量计的终示值，即完成一个样品的分析（为保证测量的准确度，平行测试两次）。

6．停止试验：试验关闭过程和上述过程刚好相反，只是注意，首先关闭氨气顶阀，待氨气全部吸收后（氨气流量降为零）再依次关闭空气、水、最后关闭电源。

四、思考题

1． 影响吸收系数的因素有哪些？在实验中能发现什么规律？

2． 操作中开关阀门应注意什么？不同的阀门开关时有什么区别？

3． 数据处理中应注意哪些问题？