一、實驗目的
1.了解填料塔的一般結構及吸收操作的流程。
2.觀察填料塔流體力學狀況，測定壓降與氣速的關係曲線。
3.掌握總傳質係數kxa的測定方法並分析其影響因素。
4.學習氣液連續接觸式填料塔，利用傳質速率方程處理傳質問題的方法。
二、實驗原理
本實驗先用吸收柱將水吸收純氧形成富氧水後（並流操作），送入解吸塔再用空氣進行解吸，實驗需測定不同液量和氣量下的解吸總傳質係數kxa，並進行關聯，得kxa=al**b的關聯式。同時對不同填料的傳質效果及流體力學效能進行比較。
1.填料塔流體力學特性
氣體通過幹填料層時，流體流動引起的壓降和湍流流動引起的壓降規律相一致。在雙對數座標系中△p/z對g＇作圖得到一條斜率為1.8～2的直線（圖1中的aa線）。
而有噴淋量時，在低氣速時（c點以前）壓降也比例於氣速的1.8～2次冪，但大於同一氣速下幹填料的壓降（圖中bc段）。隨氣速增加，出現載點（圖中c點），持液量開始增大。
圖中不難看出載點的位置不是十分明確，說明汽液兩相流動的相互影響開始出現。壓降～氣速線向上彎曲，斜率變徒（圖中cd段）。當氣體增至液泛點（圖中d點，實驗中可以目測出）後在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上公升。
圖1 填料層壓降-空塔氣速關係
2.傳質實驗
填料塔與板式塔氣液兩相接觸情況不同。在填料塔中，兩相傳質主要是在填料有效溼表面上進行。需要完成一定吸收任務所需填料高度，其計算方法有：傳質係數法、傳質單元法和等板高度法。
本實驗對富氧水進行解吸。由於富氧水濃度很小，可認為氣液兩相平衡服從亨利定律，可用對數平均濃度差計算填料層傳質平均推動力。得速率方程序：
相關的填料層高度的基本計算式為：
其中，由於氧氣為難溶氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質阻力幾乎全部集中於液膜中，即kx=kx。由於屬液膜控制過程，所以要提高總傳質係數kxa，應增大液相的湍動程度。
在y-x圖中，解吸過程的操作線在平衡系下方，在實驗是一條平行於橫座標的水平線（因氧在水中濃度很小）。
三、實驗裝置流程
1.基本資料
解吸塔徑φ=0.1m,吸收塔徑φ=0.032m，填料層高度0.8m（陶瓷拉西環、陶瓷波紋板、金屬波紋網填料）和0.83m（金屬θ環）。
表1 填料引數
2.實驗流程
圖2是氧氣吸收解吸裝置流程圖。氧氣由氧氣鋼瓶供給，經減壓閥2進入氧氣緩衝罐4，穩壓0.03-0.
04[mpa]，為確保安全，緩衝罐上裝有安全閥6，由閥7調節氧氣流量，並經轉子流量計8計量，進入吸收塔9，與水並流吸收。富氧水經管道在解吸塔的頂部噴淋。空氣由風機13供給，經緩衝罐14，由閥16調節流量經轉子流量計17計量，通入解吸塔，貧氧水從塔底經平衡罐19排出。
自來水經調節閥10，由轉子流量計17計量進入吸收塔。
由於氣體流量與氣體狀態有關，所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計。空氣流量前裝有計前表壓計23。為了測量填料層壓降，解析塔裝有壓差計22。
在解析塔入口採出閥12，用於採集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上採出閥20取樣。兩水樣液相濃度由9070型測氧儀測得。
四、實驗步驟及注意事項
1.填料塔的流體力學效能測定
（1）熟悉實驗流程。
（2）裝置上電，儀表電源上電，開啟風機電源開關。
（3）測定干塔填料塔的壓降，即在進水閥1關閉時，開啟進氣閥2並調節流量，分別讀取對應流量下的壓降值，注意塔底液位調節閥6要關閉，否氣體會走短路，尾氣放空閥4全開。
（4）測定溼填料壓降
① 測定前要進行預液泛，使填料表面充分潤濕。
② 固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量,測定填料塔壓降，測取8～10組資料。
③ 實驗接近液泛時，進塔氣體的增加量要減小，否則圖中泛點不容易找到。密切觀察填料表面氣液接觸狀況，並注意填料層壓降變化幅度，務必讓各引數穩定後再讀資料，液泛後填料層壓降在幾乎不變氣速下明顯上公升，務必要掌握這個特點。稍稍增加氣量，再取
一、二個點即可。注意不要使氣速過分超過泛點，避免衝破和衝跑填料。
（5）注意空氣**流量計的調節閥要緩緩開啟和關閉，以免撞破玻璃管。
2.填料塔的吸收傳質效能測定
（1）開啟氧氣鋼瓶總閥，並緩慢調節鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關方向與普通閥門的開關方向相反，順時針為開，逆時針為關），氧氣減壓後進入緩衝罐，罐內壓力保持0.03~0.04[mpa]，不要過高，並注意減壓閥使用方法。
為防止水倒灌進入氧氣轉子流量計中，開水錢要關閉防倒灌閥24，或先通入氧氣後通水。
（2）傳質實驗操作條件選取
水噴淋密度10~15[m3/m2*h]，空塔氣速0.5~0.8[m/s]氧氣入塔流量為0.
01~0.02[m3/h]，適當調節氧氣流量，使吸收後的富氧水濃度控制在≤19.9[ppm]。
（3）塔頂和塔底液相氧濃度測定：
分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水，用測氧儀分析各自氧的含量。（測氧儀的使用見附錄）
（4）實驗完畢，關閉氧氣時，務必先關氧氣鋼瓶總閥，然後才能關閉減壓閥2及調節閥8。檢查總電源幾各管路閥門，確實安全後方可離開。
5、實驗資料（附頁）
標準狀態：t1=20℃ p1=101.3kpa
溼物料流體力學效能測定資料(水流量恒為150l/h)
六、實驗資料處理
1. 填料塔的流體力學效能測定
以第一組資料為例：
使用狀態下的空氣流量v2
v2=v1*p1*t2/(p2*t1)
v1—空氣轉子流量計示值〔m3/h〕
t1、p1—標定狀態下空氣的溫度和壓強〔k〕〔kpa〕
t2、p2—使用狀態下空氣的溫度和壓強〔k〕〔kpa〕
v2=v1*p1*t2/(p2*t1)=4*101.3*287.15/(1.065*293.15)=372.68m3/h
v2=1/4×π×ｄ２×u d=0.1m 可得： u=13.19 m/s
lgu=1.131m/s lg △p=lg18=1.255 填料塔層降和空塔氣速關係圖
2.傳質實驗：
水溫為20℃時，可查得：水的密度為998.2kg/m3
可求得：x1=12mg/l=6.76×10-6x2=6.5mg/l=3.66×10-6
1.單位時間氧解吸量ga
l=370 l/h=150×998.2÷18=8.32kmol/h
ga=l（x1-x2）=8.32×（6.76×10-6-3.66×10-6）=2.5792×10-5 kmol/h
2.對數平均濃度差△xm
氧氣在不同溫度下的亨利係數e可用下式求取：
e=〔-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56〕×106 （kpa）
=〔-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56〕×106
= 1.781×107kpa
p=大氣壓+1/2（填料層壓差）=101.325+1/2×0.23=101.44kpa
m=e/p=1.781×107/101.44=1.756×105
進塔氣相濃度y2，出塔氣相濃度y1 y1=y2=0.21
x1*=x2*= y2/m=0.21/ 1.756×105 =1.196×10-6
代入資料
得：△xm=3.81×10-6
3. 液相總體積傳質係數 kxa （kmol/(m3·h)）
kxa= ga/（vp×△xm）= ga/(1/4×π×ｄ２×h×△xm）
=2.5792×10-5 /(1/4×3.14×0.12×0.8×3.81×10-6)
=1077.95kmol/(m3·h)
4. 液相總傳質單元高度hol(m)
hol==8.32/（1077.95×1/4×3.14×0.12)=0.983m
七、結果分析與討論
由上圖看出本次實驗前幾組比較正確，後幾組就不那麼準確了。誤差存在的可能原因是：
1、與氧氣的接觸時間不夠，吸氧不充分。
2、實驗儀器本身就存在一定的系統誤差。
3、在讀數時，資料變化較快，無法精確讀取。
4、計算過程中小數點的取捨，也可能導致結果有一定的偏差。
5、後幾組流量的變化太小，導致作圖時點都聚在了乙個地方。
八、思考題解答
1. 填料塔在一定噴淋量時，氣相負荷應控制在那個範圍內進行操作？
答：水噴淋的密度取10 ~15[m3/m2·h]，空塔氣速則維持在0.5~0.8[m/s]左右，氧氣流量為0.01~0.02[m3/s]左右。
2. 通過實驗觀察，填料塔的液泛首先從哪一部位開始？
答：液泛由塔底開始。直徑一定的塔，可供氣、液兩相自由流動的截面是有限的。
二者之一的流量若增大到某個限度，降液管內的液體便不能順暢地流下；當管內的液體滿到上層板的溢流堰頂時，便要漫到上層板，產生不正常積液，最後可導致兩層板之間被泡沫液充滿。這種現象，稱為液泛，亦稱淹塔。由定義可知，液泛即從塔底開始，由下至上。
3. 欲提高傳質係數，你認為應採取哪些措施？
答：可以通過提高液體的流速，以加強液相德湍流程度來提高傳質係數。
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