吸收实验虚拟仿真系统
气体吸收是典型的化工单元操作过程。气体吸收的原理是，根据混合气体中各组分在某液体溶剂中的溶解度不同而将气体混合物进行分离。
气体吸收在化工生产中的应用大致有以下几种。
（1）净化或精制气体。 混合气的净化或精制常采用吸收的方法。如在合成氨工艺中，采用碳酸丙烯酯(或碳酸钾水溶液)脱除合成气中的二氧化碳等。
（2） 制取某种气体的液态产品。气体的液态产品的制取常采用吸收的方法。如用水吸收氯化氢气体制取盐酸等。
（3）回收混合气体中所需的组分。回收混合气体中的某组分通常亦采用吸收的方法。如用洗油处理焦炉气以回收其中的芳烃等。
（4）工业废气的治理。 在工业生产所排放的废气中常含有少量的SO2、H2S、HF等有害气体成分，若直接排入大气，则对环境造成污染。因此，
在排放之前必须加以治理，工业生产中通常采用吸收的方法，选用碱性吸收剂除去这些有害的酸性气体。
吸收实验是化工单元操作之一。本实验是在填料塔中用水吸收空气-CO2混合气中的CO2， 以求取填料吸收塔的流体力学和体积传质系数。本实验的主要目的是让学生了解填料塔吸 收装置的基本结构与流程，掌握总体积传质系数的测定方法。测定填料塔的流体力学性能， 了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体传质系数的影响。
通过吸收仿真实验，实现虚实结合，辅助吸收实验的实验教学。 解决了吸收实验过程中的预习难、实验讲解难、实验操作难、练习 难、数据处理难、实验考核难、实验教学管理难等一系列问题，提高了教与学的质量。
通过吸收仿真实验系统，学生可以了解吸收实验的目的、原理、 操作流程以及数据处理方法等。掌握实验装置中吸收塔等各个主要 部件的基本结构和原理。在虚拟操作过程中，学生可掌握填料塔流 体力学性能的测定方法及体积传质系数的测定方法。在操作自测部分， 完成吸收实验的仿真考核。
气体吸收是典型的传质过程之一。气体吸收过程是利用气体中各组分在同一种液体
（溶剂）中溶解度的差异而实现组分分离的过程。能溶解于溶剂的组分为吸收质或
溶质A，不溶解的组分为惰性气体或载体B，吸收时采用的溶剂为吸收剂S。
由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。
实验原理分为两部分，一是填料塔流体力学性能的测定，而是体积传质系数的测定。
（1）填料塔流体力学性能的测定
气体在填料层内的流动一般处于湍流状态。在干填料层内，气体通过填料层的压降与流速（或风量）的关系成正比。
当气液两相成逆流流动时，液膜占去了部分气体流动的空间。在相同的气体流量下，填科空隙间的实际气速有所增加，压降 也有所增加。同理，在气体流量相同的情况下，液体流量越大，液膜越厚，填料空间越小，压降也越大。因此，当气液两相 逆流流动时，气体通过镇科层的压降要比干填料层大。
当气液两相逆流流动时，低气速操作时，膜厚随气量变化不大，液膜增厚所适成的附加压降并不显著。 此时压降曲线基本与干填料层的压降曲线平行。当气速提高到一定值时，由于液膜增厚对压降影响显著， 此时压降曲线开始变陡，这些点称为载点。不难看出，载点的位置不是十分明确的，但它提示人们，自载 点开始，气液两相流动的交互影响已不容忽视。在实验中可以根据一些明显的现象判断出载点。如当某喷淋 密度情况下，从小到大改变风量，当风量调大并很快稳定，说明还没有到载点。当将风量调大后，其逐渐下降， 说明此时塔内已开始液膜变厚，此时为载点。
（2）体积传质系数的测定
对于水吸收空气中的CO2，在常温、常压下，由于享利常数很大，溶解度很小。 可知CO2属于难溶气体，吸收属于液膜控制。因此，在本实验过程中，只对某一气 量下，进行不同喷淋密度下吸收系数的测定。
根据吸收速率方程[条件：Kxa为常数、等温、低吸收率（或低浓度、难溶等）]；
式中，
——填料塔液相体积传质系数，kmol CO2/（m3·h）；
a——填料塔的塔截面积，m2；
L——液相摩尔流率，kmol/h。
式中，
——传质单元高度，m；
H——塔高，m；
——传质单元数。
A——吸收因数， ， ，E是亨利系数，可以根据水温查得，p为大气压；
y1——塔底气相浓度；
y2——塔顶气相浓度；
x1——塔底液相浓度；
x2——塔顶液相浓度， x2=0。
x1、Ls 、GB 的计算：由已知可测出水流量qs、混合气体流量q1、水温t2、气温t1和气压p1，
塔底气相(摩尔)浓度y1和塔顶气相(摩尔)浓度y2可由色谱直接读出。
式中：
LS——水摩尔流率，kmol/h；
qs——水的流量，m3/h；
ρs——水的密度，kg/ m3，可根据水温查出；
Ms——水的摩尔质量，g/mol；取18g/mol。
式中：
q1——空气的流量，m3/h；
由全塔物料衡算：
其中，y1为塔底气相（摩尔）浓度，y2为塔顶气相（摩尔）浓度。
锁定 x2=0，则可计算出x1，x1为塔底液相（摩尔）浓度，x2为塔顶液相（摩尔）浓度。
本实验装置主要包括吸收塔、混合器稳压管、温度传感器、风机、离心泵及色谱仪等。
图 吸收实验装置流程图
1、C01—风机；2、P01—离心泵；3、V01—CO2钢瓶；4、V02—混合气稳压罐；5、V03—水箱； 6、T01—吸收塔；7、FI01—CO2气体转子流量计；8、FIT01—混合气体流量计；9、FIT02—水流 量计；10、TI01—混合气体温度传感器；11、TI02—水温度传感器；12、LI01—液位计；13、H V01—旁路阀；14、HV02—混合气流量调节阀；15、HV03—二氧化碳进气阀；16、HV04—混合罐出 口阀；17、HV05—空气流量调节阀；17、HV06—进塔气体取样阀；18、HV07—出塔气体取样阀； 19、HV08—塔顶气体放空阀；20、HV09—塔底液体取样阀；21、HV10—塔底排水阀；22、HV11— 塔底液位控制阀；23、HV12—塔底放空阀；24、HV13—水流量调节阀
吸收实验仿真系统以1：1比例绘制实验设备模型，通过系统，学生可以进行实验预习、 实验练习、实验自测等。通过系统，学生可以完全掌握实验目的、原理、实验操作流程、 各部件的原理及内部结构。由于虚拟模型与真实设备完全相同，通过虚拟演练后，学生进 入真实实验室的时候，可以更容易的掌握真实实验操作，虚实结合，以虚辅实。
吸收实验仿真系统包括实验讲义、实验讲解、实验装置、实验操作、操作自测、数据处理、 记录回放七个部分。通过实验讲义部分，学生可以对实验进行整体把握，了解实验目的、实 验原理、实验流程、数据处理等，在实验讲义中，对重要的部件及操作过程进行了超链接， 可以点击链接了解详情，学生的预习记录会上传到服务器；在实验讲解部分，学生可以通过观 看实验操作过程的视频讲解了解整个实验的操作过程；通过实验装置部分，学生可以了解实验设 备上所有部件的名称、用途及原理，学生对装置的学习记录可以上传到服务器；通过实验操作部分 ，学生可以进行整个操作过程的练习，并可观察到每一操作步骤所对应的实验现象，学生的操作练 习记录会上传到服务器；通过实验自测部分，学生可以对自己的练习情况进行自测，自测过程可上传 到服务器，供任课教师查看；通过数据处理部分，学生可以了解实验需要记录哪些数据，如何对数据 进行处理并生成实验报告；通过记录回放部分，学生可以查看到自己的自测记录的回放。
