计算机控制填料塔返混性能实验装置实验指导

一、实验目的

1、了解填料塔的构造与操作，并观察填料塔中的气液逆流流动情况。 2、测定填料塔中流体力学特性（压降—气速—喷淋密度关系、液泛速度等）。

二、实验原理

描述返混的数学模型很多，较简单实用是是一维扩散模型。一维扩散的数学表达式：

12ccc2PezzPeUHDax

（1）

式中Pe为彼克列数，描述返混程度的模型参数。对式（1）进行求解：

定解条件：实验采用脉冲法加入示踪剂，在流体出口处测定示踪剂浓度，列出如下定解条件：

取

cfz,

初始条件：边界条件：

cz,00c0,c1

c,有限量用Laplace变换解得：

2PePecexp1342 （2）

估计模型参数Pe：估计的方法有多种，如矩量法、传递函数法、拟合法等。本实验采用矩量法，需用到如下两个定义： (1) 浓度c（t）的一阶原点矩：

M1cttdttctdt （3）

00(2)浓度c（t）的二阶中心矩：

M20ctttdtctdt0ctdt00ctt2dttt2 （4）

2式中——数学期望

——方差或称散度。

由式（3）和式（4），可导出如下方程：

2t2t221Pe21PePe2 （5）

，由式（4）求得

，通过式（5）

实验测得c（t）与t的关系数据，由式（3）求得求得Pe的值。

三、实验流程

1.实验装置及流程：

实验装置如图1所示。

空气由空气压缩机经转子流量计，进入混合器。

CO2气体由CO2钢瓶经减压阀、转子流量计进入混合器与空气混合。由填料吸收塔底部进入吸收塔。气体在塔中上升，CO2被吸收，尾气经吸收塔上部管道排出室外。

自来水经水槽由水泵送入转子流量计进入填料吸收塔塔顶，经喷头洒在填料表面，与混合气接触而吸收气体中的CO2，所得稀CO2水溶液经液封管流入贮罐。

图1.填料塔返混性能流程图

2、装置参数： 装置参数如表1所示

表1

名称 参数 配电极 BX-2025 1.2-4.8m3/h DN15 100×5×1200mm 数量 1 1 1 1 1 电导率仪 空气压缩机 装置 离心泵 减压阀 有机玻璃填料塔 四、实验方法

1、准备工作

1）仪表柜接通电源。按面板上总电源开关，再分别按下电导率仪、泵、测温表的开关，使

各仪表接通电源并有显示。

2）打开塔底出水阀门，将塔下端排水管引入下水道。 3）在水槽内注满自来水。

4）将空压机排气口与装置进气口连接牢固。

5）加装示踪计。将预先配制好的饱和KCL溶液加入示踪计罐内，并压紧上盖。 6）将微机与装置连接好，启动微机，运行BYCIC微机测控系统，显示操作界面。 7）启动空压机。将空压机接通电源（220V，50Hz），空压机开始运转，调节阀门T109，使

空气转子流量计流量处于约3m3/h。

8）启动水泵。按变频器的“RUN”键，启动水泵，调节阀门T104，使转子流量计流量处于

约100L/h，约20分钟，以使填料表面充分润湿。

9）示踪计罐内充压。关闭阀J105，用调节减压器，使示踪计罐内压力为0.02MPa。注意压

力不得超过0.05MPa！

10）示踪计充满管路。意在充满阀J106到电磁阀D107之间的管路。操作方法为在BYCIC

软件的“实时采集”界面中，调节阀开时间为2-3秒，按下“开始实验”按钮，观察计算机屏幕，若有峰形出现即可。若无，重复此操作。` 2、实验操作 1）操作条件

A.固定空气的流量为3 m/h。

B.改变水流量分别为50、100、150、200、250L/h。

C.每组操作条件下，获得一个彼克列数Pe值。具体组合操作如下表：

空气流量（m3/h） 水流量（L/h） Pe 2)具体操作如下

A.固定气体流量。调节阀T109使浮子处于3 m/h位置。

B.调节水流量。调节阀T104使浮子处于100 L/h位置，稳定运转10分钟。

C.输入实验条件。于BYCIC软件的工艺流程界面的相应位置输入水和空气流量、水和空气温度及塔差压（H2OKPa）。

D.注入示踪计。于 BYCIC软件实时采集界面中，调节阀开时间为1秒（需经实验确定），按“开始实验”按钮。此时，电导率仪显示将发生变化，同时计算机屏幕上将随塔出口处KCL

3

3

3 50 Pe1 3 100 Pe2 3 150 Pe3 3 200 Pe4 3 250 Pe5 浓度变化而画出一条浓度随时间变化的曲线。

E.采集数据时间。一般不大于10分钟，到达预定时间，按“STOP”按钮结束，并按“保存”按钮保存数据。此次取样完毕。

F.数据处理。于 BYCIC软件历史记录界面中，打开相应文件，按“开始计算”按钮，确定边界后，即可得出Pe值，并可打印曲线、数据或结果。

按A—F的步骤进行其他条件实验，如果时间允许，每组数据可重复一次。在装置允许的范围内，还可以设计其他条件的实验。

五、注意事项

1、实验过程中，要注意各操作数据的稳定情况（如空气流量、CO2流量、水流量等）出现波动时应及时调节。

2、实验过程中，要保证塔底有液封，气体不能从液封管排出。当泛塔时，可以将液封管提高，以维持液封。但又要防止液位过高，使液体流入气体系统内。

3、实验过程中，要注意观察水槽的液位，以防止水泵将水抽空或水从水槽中溢出。

六、实验报告内容

1、运用仿真软件，绘制出电导率-时间关系取现，并算出Pe值。

七、思考题

1、水的流量变化会对Pe产生什么样的影响？