1.2 有害气体吸收实验
吸收法净化气体在大气污染控制工程及化工等有关行业中应用广泛。通过吸收净化气体实验，不仅可以了解填料塔装置的基本操作过程，同时有助于加深理解物理吸收与化学吸收的现象和基本原理。
1.2.1 实验目的
（1）通过实验了解吸收法净化废气的基本流程。
（2）掌握吸收塔气体中SO2浓度、压降的测定方法。
（3）测定填料塔的吸收系数。
（4）认识物理吸收和化学吸收的差异。
（5）观察吸收塔内气、液接触状况和液泛现象。
1.2.2 实验原理
本实验采用物理吸收（清水）和化学吸收［5%NaOH或3%Ca（OH）2或5%Na2CO3］净化含SO2的气体。吸收过程主要化学反应式如下：
2NaOH+SO2—→Na2SO3+H2O
Na2CO3+SO2—→Na2SO3+CO2
Ca（OH）2+SO2—→CaSO3+H2O
Na2SO3+SO2+H2O—→2NaHSO3
CaSO3+SO2+H2O—→Ca（HSO3）2
1.2.3 设备、仪器与用具
有害气体吸收实验所用到的设备、仪器与用具如下。
（1）吸收实验装置1套，如图1-14所示。
图1-14 吸收实验装置系统图
1—SO2气瓶；2—空气泵；3—气体转子流量计；4—毛细管流量计；5—缓冲罐；6—三通阀；7—吸收塔；8—U形压力计；9—进液泵；10—碱液箱；
a，b，c，d，e，f，g，h，i，j—阀门
（2）SO2测定仪：KM900SN。
（3）气体体积测定装置。
（4）瓶SO2。
（5）试剂：NaOH或Ca（OH）2或Na2CO3数百克；0.01N碘液；0.5%淀粉溶液。
（6）盒式大气压力计。
1.2.4 操作步骤和方法
有害气体吸收实验的操作步骤和方法如下。
（1）按如图1-14所示装好实验装置，清楚实验流程。
（2）选取吸收质，配制吸收液。
（3）开启水泵，调节液体流量，使液体均匀喷布，由塔顶淋下，使填料充分湿润，待液体由塔底流出时，将流量调节至某一指示值［喷淋密度在8～10m3/（m2·h）］。
（4）打开空气管路，开启风机，调节空气流量，使塔内出现液泛现象，观察此时气、液接触状况，记录此时空气流量。
（5）降低气体流量，消除液泛现象，将塔内气体流速维持在0.5～0.8m/s。开启SO2钢瓶，调节其流量，使混合气中的SO2含量在0.1%～0.5%（体积分数）。
（6）待流量稳定后，测量吸收塔进、出口气体SO2浓度和压降，同时记录液体流量、混合气体流量和SO2流量，将其填入表1-1。
（7）在液体流量保持不变且混合气中SO2浓度大致相同的情况下，改变气体流量，按上述方法测量3～5组数据，填入表1-1。
（8）实验完毕后，关闭SO2钢瓶开关，待2min后停止供液，最后关闭气泵。
（9）采用清水进行清洗，待出水pH值基本接近中性时，重复步骤（5）～（7），进行清水介质吸收实验，将测量数据填入表1-1。
（10）关闭整个实验装置。
1.2.5 实验结果整理
有害气体吸收实验的实验结果整理步骤如下。
（1）将实验数据填入表1-1中。
表1-1 实验数据记录表
（2）吸收塔平均净化效率η。
式中 ρ2——吸收塔出口处气体中SO2的浓度，mg/m3（标准状态下）；
ρ1——吸收塔入口处气体中SO2的浓度，mg/m3（标准状态下）。
（3）体积吸收系数KYa。
式中 KYa——单位为kmol/m3h；
Q——通过填料塔的空气流量，kmol/h；
h——填料塔的高度，m；
A——填料塔的截面积，m2；
y1，y2——进出填料塔气体中SO2的比摩尔分率；
Δym——对数平均推动力，其中：
式中 ye1，ye2——填料塔进、出口液体中SO2浓度对应的气相平衡比摩尔分率。
（4）对于碱液吸收SO2系统。
式中
，
；
pA1，pA2——进、出塔气体中SO2的分压，Pa；
p——吸收塔内气体平均压力，Pa。
（5）对于清水吸收SO2系统。
塔底液相中SO2摩尔分率为：
式中 L——单位时间内通过塔任一截面单位面积的吸收液量，kmol/h；
V——混合气体摩尔流量，kmol/h。
亨利定律：
式中 m——相平衡常数，
；
E——亨利常数；
P——系统总压强，P=大气压+塔顶表压+0.5（塔压降）。
表1-2为SO2在水溶液中亨利系数与温度的关系。
表1-2 SO2在水溶液中亨利系数与温度的关系
（6）根据实验结果，以空塔气体流速为横坐标，分别以吸收效率和压降为纵坐标，绘制曲线。
1.2.6 思考题
（1）清水吸收和碱液吸收SO2的过程分别属于气膜还是液膜控制?说明原因。
（2）当气体温度和吸收液温度不同时，应按哪种温度计算亨利系数?
（3）对实验有何改进意见?
将实验结果填入表1-3中。
表1-3 实验结果计算表
体积法测定SO2含量的方法。
将装有碘液的反应瓶（用移液管取1mL 0.01N碘液注入反应瓶中，加水稀释2/3处，再注入1mL 0.5%的淀粉液）连接入采样系统中，旋转三通，使量气管内与大气相通，抬高水准瓶，使量气管中上升的液位，水准瓶中的水平面，量气管上的零刻度线三者位于同一水平面；然后把三通旋转180°，使量气管与系统相通，此时气流由反应瓶中呈“豆”大小的气泡连续冒出，直至溶液蓝色刚刚消失时，停止通气，将水准瓶中水位与量气管中水位对应成水平，读取量气管内气体体积，然后进行计算：
式中 V——SO2体积数，mL；
V剩——量气筒中吸收SO2后剩余的气体体积数，mL；
C碘——碘液的当量浓度；
V碘——所取碘液的毫升数；
0.032——1mg当量数SO2的重量；
21890——标准状态下SO2的摩尔容积，mL；
64——SO2的分子量。