化工原理實驗報告-吸收

PAGEPAGE1填料塔流體力學(xué)特性與吸收系數(shù)的測定一、實驗?zāi)康模?．觀察填料塔內(nèi)氣液兩相流動情況和液泛現(xiàn)象2．測定干、濕填料層壓降，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪出空塔氣速與濕填料層壓降的關(guān)系曲線。3．了解填料吸收塔的流程及構(gòu)造。4．測定在一定條件下，用水吸收空氣中氨的吸收系數(shù)。二、實驗原理：填料塔壓降和泛點與氣、液相流量的關(guān)系是其主要的流體力學(xué)特性。吸收塔的壓降與動力消耗密切相關(guān)，而根據(jù)泛點則可確定吸收塔的適宜氣、液相流量。氣體通過填料塔時，由于存在形體及表皮阻力而產(chǎn)生壓力降。無液體噴淋時，氣體的壓力降僅與氣體的流速有關(guān)，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上壓力降與空塔速度的關(guān)系為一直線，稱為干填料壓降曲線。當(dāng)塔內(nèi)有液體噴淋時，氣體通過填料塔的壓力降，不僅與氣體流速有關(guān)，而且與液體的噴淋密度有關(guān)。在一定的噴淋密度下，隨著氣速增大，依次出現(xiàn)載點和泛點，相應(yīng)地P/ZU曲線的斜率也依次增大，成為濕填料壓降曲線。因為液體減小了空隙率，所以后者的絕對值和斜率都要比前者大。吸收系數(shù)是吸收設(shè)備的主要性能參數(shù)，影響吸收系數(shù)的因素包括氣體流速、液體噴淋密度、溫度、填料的自由體積、比表面積以及氣液兩相的物化性質(zhì)等。本吸收實驗以水為吸收劑，吸收空氣－氨氣體系中的氨。因為氨氣為易溶氣體，所以此吸收操作屬氣膜控制。吸收系數(shù)隨著氣速的增大而增大，但氣速增大至某一數(shù)值時，會出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，此時塔的正常操作將被破壞。本實驗所用的混合氣中，氨氣濃度很低，吸收所得的溶液濃度也不高。氣液兩相的平衡關(guān)系可認(rèn)為符合亨利定律吸收過程的傳質(zhì)速率方程為：吸收過程的物料衡算式為：式中：——氨的吸收量，kmol/s——空氣流量，kmol/s——塔底氣相濃度，kmolNH3/kmolair——塔頂氣相濃度，kmolNH3/kmolair——以氣相摩爾比差為推動力的體積吸收系數(shù)，本實驗所用裝置與流程如圖1所示，清水的流量由轉(zhuǎn)子流量計顯示?？諝夂桶睔獾牧髁恳卜謩e由轉(zhuǎn)子流量計顯示，二者混合后再進(jìn)入吸收塔，所以其中氨氣的摩爾比可用下式計算得到：圖1.填料吸收塔實驗裝置示意圖出口氣體中氨氣的濃度利用酸堿滴定的方法測定，其摩爾比可用下式計算V為鹽酸的體積（L），N為濃度（mol/L），Vair為濕式氣體流量計的讀數(shù)，T1為空氣的溫度。計算過程中需要根據(jù)亨利定律計算氣體的平衡濃度，亨利常數(shù)可根據(jù)附錄的水溫關(guān)系表內(nèi)插得到，以水溫為基準(zhǔn)。氣體的總壓取塔頂和塔低的平均值。平均傳質(zhì)推動力為體積吸收系數(shù)為主要技術(shù)數(shù)據(jù)1#、2#塔填料層高度：陶瓷拉西環(huán)填料為0.35米塔內(nèi)徑50mm3#、4#塔塔內(nèi)徑100mm填料層高度塑料鮑爾環(huán)700mmS=0.00785m2三、實驗步驟1.打開儀表開關(guān)，啟動氣泵。2.調(diào)節(jié)空氣流量8次，讀取干填料時的塔頂、塔底壓力。3.開啟進(jìn)水閥，水由塔頂進(jìn)入塔內(nèi)，將填料潤濕。4.當(dāng)水流量為20L/h（1#、2#塔）或60L/h（3#、4#塔）時，由小到大改變空氣流量6~8次，直至液泛現(xiàn)象發(fā)生，讀取濕填料時的塔頂、塔底壓力，記錄下載點、液泛點時的空氣流量。1．用移液管量取一定量的已知濃度的鹽酸溶液（0.5-1mol，0.008662mol/L），放入吸收盒，加入幾滴（2-3）甲基橙作指示劑，再加蒸餾水至一定位置，連接好管路。2．開啟水流量調(diào)節(jié)閥，使填料充分潤濕，將水流量調(diào)節(jié)至要求值（1#、2#塔：20L/h，3#、4#塔：60L/h）。3．啟動氣泵，調(diào)節(jié)空氣流量至規(guī)定值，調(diào)節(jié)氨氣流量至規(guī)定值，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，慢慢打開吸收盒閥門，注意通過吸收盒的氣速不易過快。1#、2#塔空氣：2m3/h，氨氣：75L/h空氣：1.5m3/h，氨氣：50L/h3#、4#塔空氣：10m3/h，氨氣：250L/h空氣：14m3/h，氨氣：350L/h4．待甲基橙的顏色由橙色變?yōu)辄S色時，實驗結(jié)束，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，洗凈吸收盒。注意事項：1.氨氣的實際流量=氨氣流量計讀數(shù)*4/32.亨利系數(shù)由吸收劑水的溫度查表得到。3.塔頂、底壓力表的讀數(shù)為表壓力，單位為kPa。4.進(jìn)行尾氣分析時，要密切觀察溶液顏色的變化，一旦變色馬上記取濕式流量計所走刻度的數(shù)值5.實驗完畢，先關(guān)閉氨氣系統(tǒng)，再關(guān)水、空氣泵四、實驗報告實驗測得1#實驗裝置的干、濕填料壓降與空塔速度的關(guān)系列于表1中。其中，塔的橫截面積為：在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出空氣通過干、濕填料層的壓降與空塔速度的曲線，即P/ZU曲線，如圖2所示。表1.1#填料塔的流體力學(xué)特性數(shù)據(jù)水流量L=0時水流量L=20L/h時氣體流量m3/h空塔速度um/s單位高度阻力降kPa/m氣體流量m3/h空塔速度um/s單位高度阻力降kPa/m10.1417.1410.14114.31.20.1708.571.20.17022.91.40.19811.41.40.19825.71.60.22715.71.60.22732.91.80.255201.80.25542.920.28324.220.28357.12.20.31228.62.20.31271.42.40.34032.92.60.36838.6圖2.實驗測定的干、濕填料的壓降曲線計算在不同空塔速度下的吸收系數(shù)。水流量為20L/h空氣流量為2m3/h氨氣流量為75(4/3)=100L/h水的溫度為13C查附表知亨利系數(shù)為E=0.57atm鹽酸用量為1ml，其當(dāng)量濃度為C=0.00862mol/L，濕式流量計測得空氣的體積為0.3L。計算過程如下：X2=0實驗測得3#實驗裝置的干、濕填料壓降與空塔速度的關(guān)系列于表2中。其中，塔的橫截面積為：表2.3#填料塔的流體力學(xué)特性數(shù)據(jù)水流量L=0時水流量L=60L/h時水流量L=80L/h時氣體流量m3/h空塔速度m/s單位高度阻力降kPa/m單位高度阻力降kPa/m氣體流量m3/h空塔速度m/s單位高度阻力降kPa/m50.1775.717.14120.42517.17.50.2657.148.57140.49521.4100.35410.011.4160.56627.112.50.44212.915.717.50.61931.4150.53118.621.4190.67237.117.50.61922.927.1200.70841.4200.70828.634.3220.7785022.50.79635.747.123.50.83258.6在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪出空氣通過干、濕填料層的壓降與空塔速度的曲線，即P/ZU曲線，如圖3所示。圖3.實驗測定的干、濕填料的壓降曲線計算在不同空塔速度下的吸收系數(shù)。水流量為60L/h空氣流量為10m3/h氨氣流量為250(4/3)=333.3L/h水的溫度為13C查附表知亨利系數(shù)為E=0.57atm鹽酸用量為1ml，其當(dāng)量濃度為C=0.00862mol/L，濕式流量計測得空氣的體積為0.24L。計算過程如下：X2=0水流量為60L/h空氣流量為14m3/h氨氣流量為350(4/3)=466.7L/h水的溫度為13C查附表知亨利系數(shù)為E=0.57atm鹽酸用量為1ml，其當(dāng)量濃度為C=0.00862mol/L，濕式流量計測得空氣的體積為0.32L。六、思考題1．本實驗中怎樣才能提高體積吸收系數(shù)的數(shù)值？增加氣體流速，換用比表面積更大的填料。2．當(dāng)氣體溫度與吸收劑溫度不同時，應(yīng)按哪種溫度來查取亨利常數(shù)？按吸收劑的溫度，因為溶解度主要與液體的溫度有關(guān)。3．干填料層的關(guān)系與濕填料層的關(guān)系有什么不同？干填料壓降曲線為一條直線，濕填料曲線的斜率是變化的，依次有載點和泛點。4．通常填料的空塔操作下氣速應(yīng)控制在