填料吸收塔实验教学改革

填料吸收塔实验教学改革黄群武，张金利，郭翠梨，胡彤宇（天津大学化工学院，天津300072）中的二氧化碳吸收一解吸实验装置的建立。在此试验装置的建立过程中，充分考虑了实验教学和环境保护的要求。新建的实验装置丰富了实验教学内容，改善了实验环境，节约了水资源，同时对学生实施环保教育，增强学生的环保意识和环保责任感。吸收过程是依据气相中各溶质组分在液相中的溶解度不同而分离气体混合物的单元操作。在化学工业中，吸收操作广泛地用于气体原料净化、有用组分的回收、产品制取和废气治理等方面。填料塔是气体吸收中应用较普遍、历史较长的工业设备，它的结构简单，阻力小，便于用耐腐蚀材料制造，对于直径较小的塔、处理腐蚀性的物料，具有明显的优越性。20世纪60年代以来，由于对乱堆填料不断改进、新型规整填料的开发和应用以及在气液分布装置上的革新，使填料塔的应用更加广泛，直径可达几米甚至十几米。填料吸收塔实验是化工原理实验中一个重要的实验，由于氨易溶于水，所以，绝大多数学校的填料塔吸收实验都是用水吸收氨；少数学校如华东理工大学，采用水吸收丙酮。但是氨或者丙酮都具有刺激性，在实验过程中一旦泄漏，往往影响实验的正常进行；同时实验中吸收尾液排入地沟，污染环境。随着环境保护的日益严格，一些学校改用水吸收氧气或者二氧化碳，我校化工基础实验中心也进行这方面的改进。1实验装置的设计思想为了使吸收实验装置能充分体现出特色，能将培养具有实践能力和创新能力的试验教学改革思路体现于实验装置的设计思想，我们的实验装置的设计中体现了以下设计思想。反映不同的吸收特性：化工基础实验中心有四套氨吸收装置，可进行填料塔的流体力学性能及体积吸收系数测定。实验装置中采用了不同种类的填料，以便比较不同填料的流体力学性能和吸收效果。本拟将其全部淘汰，改为二氧化碳吸收，但是氨吸收过程属于气体扩散控制，而二氧化碳吸收过程属于溶解控制。为了反映不同混合气体的吸收特性，加深学生对吸收过程的全面理解和掌握，我们保留两套氨吸收装置，新建两套二氧化碳吸收实验装置。拓宽学生视野：在实验装置中采用不同填料、不同的泵、不同的测试元件，让学生接触不同的设备，理论联系实际，了解各设备的结构和特性。采用非发散红外光原理（NDIR）二氧化碳传感器测量气相二氧化碳浓度的，让学生接触先进的测试手段。加强环保意识：目前，各学校的吸收实验中，吸收废液无一例外地都是排放到地沟，既污染了环境也浪费了水资源。为了加强环保意识，新的二氧化碳吸收装置应杜绝吸收废液的排放，做到水资源的回收利用。2实验装置的性能与特点我们的二氧化碳吸收实验装置包括吸收和解吸两个部分，实验流程图见。在吸收过程中，吸收介质二氧化碳可以是纯气体或者是与空气形成一定配比，去离子水与二氧化碳或者二氧化碳-空气混合气在吸收塔中进行气液传质；吸收尾液由中间增压泵打入解吸塔，在解吸塔中空气解吸水中二氧化碳，解吸液流回水槽。1一CO2钢瓶；2―减压阀；3―CO2流量计；4一空气压缩机；5―空气流量计；6―水泵水流量计；8―填料吸收塔；9一中间增压泵；11一填料解吸塔；12―解吸塔液封；13―水槽；15―漩涡气泵二氧化碳吸收-解吸实验装置流程二氧化碳吸收-解吸实验可进行填料塔的流体力学性能测定、不同吸收质浓度和不同吸收剂量对吸收效果的影响、体积吸收系数测定等。实验装置中采用中间增压泵将吸收尾液打入解吸塔，与工厂流程类似，让学生从中领略化工生产的实际过程。在解吸过程中，采用高效填料和适宜操作条件，将吸收液中二氧化碳充分解吸出来，解吸液中二氧化碳浓度极低，与吸收塔吸收液接近。因此，解吸液可直接回收利用，从而节约了水资源。3结论通过填料吸收塔实验装置的改进，丰富了实验教学内容，改善了实验环境，节约了水资源，同时对学生实施环保教育，增强学生的环保意识和环保责任感。而且培养了实验室教学人员，加强了实验室教学改革创新的能力。