浙江大學化工原理實驗填料塔吸收實驗報告

1、肝/丿叨實驗報課程名稱：過程工程原理實驗（乙）績:實驗名稱：吸收實驗專業(yè)姓名學號告日期20指導(dǎo)老師：_葉地群教十2109成實驗類型：工程實驗同組學生姓名:、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿?、實驗?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理六、實驗結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得填料塔吸收操作及體積吸收系數(shù)測定1實驗?zāi)康?1.1了解填料吸收塔的構(gòu)造并熟悉吸收塔的操作;1.2觀察填料塔的液泛現(xiàn)象，測定泛點空氣塔氣速;1.3測定填料層壓降 P與空塔氣速u的關(guān)系曲線;1.4測定含氨空氣一水系統(tǒng)的體積吸收系數(shù)Kya。2實驗裝置:2.1本實驗的裝置流程圖如圖1:2.2物系：

2、水一空氣一氨氣。惰性氣體由漩渦氣泵提供，氨氣由液氮鋼瓶提供，吸收劑水采用自來水，他們的流量分別通過轉(zhuǎn)子流量計。水從塔頂噴淋至調(diào)料層與 自下而上的含氮空氣進行吸收過程，溶液由塔底經(jīng)過液封管流出塔外，塔底有液 相取樣口，經(jīng)吸收后的尾氣由塔頂排至室外，自塔頂引出適量尾氣，用化學分析法對其進行組成分析。3 基本原理：實驗中氣體流量由轉(zhuǎn)子流量計測量。 但由于實驗測量條件與轉(zhuǎn)子流量計標定條件不一定相同，故轉(zhuǎn)子流量計的讀數(shù)值必須進行校正。校正方法如下：3.2 體積吸收系數(shù)的測定對相平衡關(guān)系遵循亨利定律的物系（一般指低濃度氣體），氣液平衡關(guān)系為：相平衡常數(shù)m與系統(tǒng)總壓P和亨利系數(shù)E的關(guān)系如下:式中：E亨利系數(shù)

3、，PaP 系統(tǒng)總壓（實驗中取塔內(nèi)平均壓力），Pa亨利系數(shù)E與溫度T的關(guān)系為:lg E= 11.468-1922 / T式中：T液相溫度（實驗中取塔底液相溫度），K。根據(jù)實驗中所測的塔頂表壓及塔頂塔底壓差P,即可求得塔內(nèi)平均壓力P。根據(jù)實驗中所測的塔底液相溫度T，利用式（4）、（ 5）便可求得相平衡常數(shù) m3.2.2 體積吸收常數(shù)體積吸收常數(shù)是反映填料塔性能的主要參數(shù)之一，其值也是設(shè)計填料塔的重要依據(jù)。本實驗屬于低濃氣體吸收，近似取Ye y、X X。(X1-X2)式中：V惰性氣體空氣的流量，kmol/h ；進塔氣相的組成，比摩爾分率， kmol（A） / kmol （ B）；出塔氣相（尾氣）的組

4、成，比摩爾分率， kmol（ A） / kmol （ B）；X 1 出塔液相組成，比摩爾分率，kmol（ A） / kmol （B）；X 2=0；L 吸收劑水的流量,kmol/h 。式中：氨氣的流量，kmol/h 。根據(jù)轉(zhuǎn)子流量計測取得空氣和氨氣的體積流量和實際測量狀態(tài) （壓力、 溫度）。應(yīng)對其刻度流量進行校正而得到實際體積流量，再由氣體狀態(tài)方程得到空氣和氨 氣的摩爾流量，并由式（ 8）即可求取進塔氣相濃度。用移液管移取體積為 Va ml、濃度為Mamol/I的標準硫酸溶液置于吸收瓶中,加入適量的水及 2-3 滴百里酚蘭 （指示劑） ,將吸收瓶連接在抽樣尾氣管線上 （如 裝置圖）。當吸收塔操作

5、穩(wěn)定時，尾氣通過吸收瓶后尾氣中的氨氣被硫酸吸收， 其余空氣通過濕式流量計計量。為使所取尾氣能反映塔內(nèi)實際情況,在取樣分析 前應(yīng)使取樣管尾氣保持暢通,然后改變?nèi)ㄐ鲃臃较?使尾氣通過吸收瓶。式中：氨氣的摩爾數(shù), mol；空氣的摩爾數(shù),mol。尾氣樣品中氨的摩爾數(shù)可用下列方式之一測得：（i） 若尾氣通入吸收瓶吸收至終點（瓶內(nèi)溶液顏色由黃棕色變至黃綠色）,則10 -3 mol（ii） 若通入吸收瓶中的尾氣已過量（瓶中溶液顏色呈藍色）,可用同樣標準硫酸 溶液滴定至終點（瓶中溶液呈黃綠色）。若耗去酸量為 ml, 則10-3 mol尾氣樣品中空氣摩爾數(shù)的求取 尾氣樣品中的空氣量由濕式流量計讀取,并測定

6、溫度molPa；式中：尾氣通過濕式流量計時的壓力（由室內(nèi)大氣壓代替），通過濕式流量計的空氣量， l ；通過濕式流量計的空氣溫度，K ；R-氣體常數(shù)，R=8314N m/(mol K)。由式（ 10）（11）可求得和，代人（ 9）即可得到，根據(jù)得到的和，由（ 7）即可得到。4 實驗步驟：4.1 先開啟吸收劑（水）調(diào)節(jié)閥，當填料充分潤濕后，調(diào)節(jié)閥門使水流量控制在 適當?shù)臄?shù)值，維持恒定；4.2 啟動風機， 調(diào)節(jié)風量由小到大， 觀察填料塔內(nèi)的流體力學狀況， 并測取數(shù)據(jù)， 根據(jù)液泛時空氣轉(zhuǎn)子流量計的讀數(shù)，來選擇合適的空氣流量，本實驗要求在兩至 三個不同氣體流量下測定；4.3 為使進塔氣相濃度約為 5%，

7、須根據(jù)空氣的流量來估算氨氣的流量，然后打開氨氣鋼瓶，調(diào)節(jié)閥門，使氨氣流量滿足要求；4.4 水吸收氨，在很短時間內(nèi)操作過程便達到穩(wěn)定，故應(yīng)在通氨氣之前將一切準 備工作做好，在操作穩(wěn)定之后，開啟三通閥，使尾氣通入吸收瓶進行尾氣組成分 析。在實驗過程中，尤其是測量時，要確?？諝狻睔夂退髁康姆€(wěn)定；4.5 改變氣體流量或吸收劑（水）流量重復(fù)實驗：本次實驗，控制空氣流量分別30-36-30 l/h為 8-8-9.6 m 3/h ，水流量則相對應(yīng)為4.6 實驗完畢， 關(guān)閉氨氣鋼瓶閥門、水調(diào)節(jié)閥， 切斷風機電源， 洗凈分析儀器等。5 實驗數(shù)據(jù)處理：5.1 大氣壓 102400Pa 室溫 11.5填料層高度

8、 40.5cm 塔徑 70mm 硫酸10ml 濃度 0.03mol/l液泛氣速11-12m3/h5.2原始數(shù)據(jù)記錄:體積吸收系數(shù)實驗單位組1-1組1-2組2-1組2-2組3-1組3-2空氣流量計讀數(shù)m3/h88889.59.5空氣溫度12.112.212.312.2512.412.4空氣表壓kPa1.221.221.151.221.871.88氨氣流量計讀數(shù)m3/h0.30.30.30.30.360.36氨氣溫度C12.41212.3121212.1氨氣表壓kPa1.251.251.271.281.91.92水流量計讀數(shù)L/h303036363030塔頂?shù)讐翰頺Pa0.410.40.410.4

9、20.570.56塔頂表壓kPa0.770.780.750.761.281.23塔底液溫C11.411.511.411.511.5511.5塔頂 氣相 濃度 分析吸收瓶加酸量mL101010101010脫氨后空氣量L4.794.815.175.434.084.03脫氨后空氣溫度C1212121212125.3數(shù)據(jù)處理:塔截面積Q =nD2=0.00385m2 P=P 卄P表41-11-22-12-23-13-2V體8.12728.12848.13268.12919.62539.6253G0.35510.35500.35480.35500.42270.4227L1.6671.6671.6671.

10、6671.6671.667V體氨氣0.30490.30460.30480.30460.36450.3645n air0.20690.20780.22330.23450.17620.1741Yi0.037480.037490.037530.037520.037940.03793丫20.00290.002890.002690.002560.003410.00345Xi0.007370.0073680.0074150.0074450.0087560.008743X2000000E293412950729341295072959129507.5P103.375103.38103.355103.3410

11、3.965103.91m0.28380.28540.28390.28550.28460.2840 Ym0.012990.012970.012700.012500.013680.01373n0.92260.92290.92830.93180.91010.9090Ka60.6260.7462.4263.6868.4368.08Ka平均60.6863.0568.255 P-u數(shù)據(jù)表格以及關(guān)系曲線圖 P kpa0.410.40.410.420.570.56u m/s0.058640.058650.058680.058650.069450.06945由圖表可知，大概的液泛點氣速為 0.06945m/s.

12、計算示例（以組1-1為例）：V體=Vn 竺=8* 嚴2.4*(273.15 佗1)=8.1272 m 3/h ； VPTo ”273.15*(102.4 1.22)G =也=(102.4 1.22)*8.1272=O.3551 kmol/h ；RT一 -(27315 121)*8.314L= p L0/M=999.7*3O/18/1OOO=1.667 kmol/hV體氨氣=5西=0.3* J102.4*(273.15 12.4)飛 PToV 273.15* (102.4 1.25)V 氨氣=PV體 = (102.4 1.25)*0.3049=0.01331 kmol/h ；=0.3049 m3

13、/h ；RT (273.15 12.4)*8.314PVnair=-PV=102.4*4.79/8.314/(273.15+12)=0.2069mol RTV氨氣Y1=0.01331/0.3551=0.03748 ；G作氣 =0.03*0.01*2/0.2069=0.0029；nX1=G(Y1-Y2) =0.3551*(0.03748-0.0029)/1.667=0.00737E=1011.468 1992/T=1011.468 1992/(273.15 11.4) =29341 ；P二(2*0.77+0.41 ) /2+102.4=103.375kPa , P為塔內(nèi)平均壓力;m=E/P=29

14、341/103.375/1000=0.2838 ;Y = Y1Y2 = Y1 mX Y2 = 0.03748 0.00737*0.2838 0.0029 =0 01299 .m= Y-CC2 .；lnY2lnYiY2ln。03748O.。0737*。28380.0029n =1-Y 2/Y1 = 1-0.0029/0.03748=0.9226KYay3551®03748 O.。029) =60.620.0385*0.405*0.01229*h* Ym6結(jié)果分析、討論:1本次實驗分別通過改變吸收劑流量或者空氣流量+氨氣流量來討論對吸收的影響。從實驗數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以看出，第1組和第2組

15、之間，空氣氨氣流量不變,增大水的流量20%出口氣體濃度變小，體積吸收系數(shù)變大；而第1組和第3組之間，水流量保持不變，增大空氣和氨氣流量20%出口氣體濃度變大，體積吸收系數(shù)也跟著變大，且大得多。根據(jù)氨氣易容于水的性質(zhì)，理論上氨氣應(yīng)該屬于氣?？刂疲鶕?jù)化工原理理論知識，氣?？刂频臅r候，增大吸收劑流量時，出口氣體濃度減小，吸收率增大，吸收率減小， Kya 也增大，Kya 增大；當增大氣體流速時，出口氣體濃度增大， 且比前者要大得多。結(jié)論：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)可以看出，本次實驗得到的結(jié)果相對來說是比較準確的。實驗比較理想。2 從實驗基本數(shù)據(jù)可以看出，不論是改變吸收劑流量或是空氣流量，實驗中測 得的塔底液體溫度和脫氨后空氣溫度發(fā)生變化，且者波動很小，隨著氣體或者吸 收劑流量的改變，脫氨后空氣溫度也會發(fā)生變。3 從實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出，當保持空氣流量不變而增大水流量時，吸收 效率提升，不是很大；而相反地，保持水流量不變，增大空氣流量時，吸收效率 大幅度下降。7 思考題：1測定體積吸收系數(shù)kya和 p-u有什么實際意義?曲線是描述流體力學的特性也是吸收設(shè)備主要參數(shù)，為了計算填料塔的動力消耗也需流體力學特性，確定填料塔適宜操作范圍及選擇適宜的氣液負荷。2 實驗時，如何確定水、空氣和氨氣的流量?水的體積流量可直接從轉(zhuǎn)子流量計上讀取，再轉(zhuǎn)化