浙江大學(xué)化工原理實(shí)驗(yàn)---填料塔吸收實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)（乙） 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期：2015.12.26 地點(diǎn)：教十2109 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：過(guò)程工程原理實(shí)驗(yàn)（乙） 指導(dǎo)老師： 葉向群 成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱：吸收實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)類型：工程實(shí)驗(yàn) 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)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(cè)定1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?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(cè)定泛點(diǎn)空氣塔氣速；1.3 測(cè)定填料層壓降P與空塔氣速u(mài)的關(guān)系曲線； 1.4 測(cè)定含氨空

2、氣水系統(tǒng)的體積吸收系數(shù)Kya。2 實(shí)驗(yàn)裝置：2.1 本實(shí)驗(yàn)的裝置流程圖如圖1： 2.2物系：水空氣氨氣。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(lái)水，他們的流量分別通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)。水從塔頂噴淋至調(diào)料層與自下而上的含氮空氣進(jìn)行吸收過(guò)程，溶液由塔底經(jīng)過(guò)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(xué)分析法對(duì)其進(jìn)行組成分析。3 基本原理： 實(shí)驗(yàn)中氣體流量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量。但由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量條件與轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)定條件不一定相同，故轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)值必須進(jìn)行校正。校正方法如下： 3.2 體積吸收系數(shù)的測(cè)定 3.2.1相平衡常數(shù)m對(duì)相平衡關(guān)系遵循亨利定

3、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)，Pa P系統(tǒng)總壓（實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中取塔底液相溫度），K。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所測(cè)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(shí)驗(yàn)中所測(cè)的塔底液相溫度T，利用式（4）、（5）便可求得相平衡常數(shù)m。 3.2.2 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(jì)填料塔的重要依據(jù)。本實(shí)驗(yàn)屬于低濃氣體吸收，近似取Yy、Xx。 3.2.3被吸收的氨氣量 ,可由物

4、料衡算 (X1-X2) 式中：V惰性氣體空氣的流量，kmol/h； 進(jìn)塔氣相的組成，比摩爾分率，kmol（A）/ kmol（B）； 出塔氣相（尾氣）的組成，比摩爾分率，kmol（A）/ kmol（B）； X1出塔液相組成，比摩爾分率，kmol（A）/ kmol（B）； X2=0； L吸收劑水的流量，kmol/h。3.2.3.1 進(jìn)塔氣相濃度的確定 式中：氨氣的流量，kmol/h。根據(jù)轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)取得空氣和氨氣的體積流量和實(shí)際測(cè)量狀態(tài)（壓力、溫度）。應(yīng)對(duì)其刻度流量進(jìn)行校正而得到實(shí)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(jìn)塔氣相濃度。 3.2.3.2 出塔氣相（尾

5、氣）的組成的確定用移液管移取體積為Va ml、濃度為Ma mol/l的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)吸收塔操作穩(wěn)定時(shí)，尾氣通過(guò)吸收瓶后尾氣中的氨氣被硫酸吸收，其余空氣通過(guò)濕式流量計(jì)計(jì)量。為使所取尾氣能反映塔內(nèi)實(shí)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?dòng)方向，使尾氣通過(guò)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(cè)得：(i)若尾氣通入吸收瓶吸收至終點(diǎn)（瓶?jī)?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(guò)量

6、（瓶中溶液顏色呈藍(lán)色），可用同樣標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液滴定至終點(diǎn)（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(jì)讀取，并測(cè)定溫度 mol 式中：尾氣通過(guò)濕式流量計(jì)時(shí)的壓力（由室內(nèi)大氣壓代替），Pa； 通過(guò)濕式流量計(jì)的空氣量，l； 通過(guò)濕式流量計(jì)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。 3.2.4對(duì)數(shù)平均濃度差 4 實(shí)驗(yàn)步驟： 4.1先開(kāi)啟吸收劑（水）調(diào)節(jié)閥，當(dāng)填料充分潤(rùn)濕后，調(diào)節(jié)閥門(mén)使水流量控制在適當(dāng)?shù)臄?shù)值，

7、維持恒定； 4.2啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)風(fēng)量由小到大，觀察填料塔內(nèi)的流體力學(xué)狀況，并測(cè)取數(shù)據(jù)，根據(jù)液泛時(shí)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)，來(lái)選擇合適的空氣流量，本實(shí)驗(yàn)要求在兩至三個(gè)不同氣體流量下測(cè)定； 4.3為使進(jìn)塔氣相濃度約為5%，須根據(jù)空氣的流量來(lái)估算氨氣的流量，然后打開(kāi)氨氣鋼瓶，調(diào)節(jié)閥門(mén)，使氨氣流量滿足要求； 4.4水吸收氨，在很短時(shí)間內(nèi)操作過(guò)程便達(dá)到穩(wěn)定，故應(yīng)在通氨氣之前將一切準(zhǔn)備工作做好，在操作穩(wěn)定之后，開(kāi)啟三通閥，使尾氣通入吸收瓶進(jìn)行尾氣組成分析。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，尤其是測(cè)量時(shí)，要確?？諝?、氨氣和水流量的穩(wěn)定； 4.5 改變氣體流量或吸收劑（水）流量重復(fù)實(shí)驗(yàn)：本次實(shí)驗(yàn)，控制空氣流量分別為8-8-9.6 m

8、3/h，水流量則相對(duì)應(yīng)為30-36-30 l/h； 4.6 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉氨氣鋼瓶閥門(mén)、水調(diào)節(jié)閥，切斷風(fēng)機(jī)電源，洗凈分析儀器等。5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理： 5.1 大氣壓102400Pa 室溫11.5 填料層高度40.5cm 塔徑70mm 硫酸10ml濃度0.03mol/l 液泛氣速11-12m³/h 5.2 原始數(shù)據(jù)記錄：體積吸收系數(shù)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)讀數(shù)m³

9、;/h0.30.30.30.30.360.36氨氣溫度12.41212.3121212.1氨氣表壓kPa1.251.251.271.281.91.92水流量計(jì)讀數(shù)L/h303036363030塔頂?shù)讐翰頺Pa0.410.40.410.420.570.56塔頂表壓kPa0.770.780.750.761.281.23塔底液溫11.411.511.411.511.5511.5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121212121212 5.3數(shù)據(jù)處理：塔截面積=0.00385m2 P=P0+P表 1-1

10、 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2V體8.12728.12848.13268.12919.62539.6253G 0.35510.35500.35480.35500.42270.4227L1.6671.6671.6671.6671.6671.667V體·氨氣0.30490.30460.30480.30460.36450.3645nair0.20690.20780.22330.23450.17620.1741Y10.037480.037490.037530.037520.037940.03793Y20.00290.002890.002690.002560.003410.00345

11、X10.007370.0073680.0074150.0074450.0087560.008743X2000000E293412950729341295072959129507.5P103.375103.38103.355103.34103.965103.91m0.28380.28540.28390.28550.28460.2840Ym0.012990.012970.012700.012500.013680.013730.92260.92290.92830.93180.91010.9090KYa60.6260.7462.4263.6868.4368.08KYa平均 60.68 63.05 68

12、.255P-u數(shù)據(jù)表格以及關(guān)系曲線圖P kpa0.410.40.410.420.570.56 u m/s 0.058640.058650.058680.058650.069450.06945 由圖表可知，大概的液泛點(diǎn)氣速為0.06945m/s.計(jì)算示例（以組1-1為例）：V體 =8*=8.1272 m3/h； G =0.3551 kmol/h；L=L0/M=999.7*30/18/1000=1.667 kmol/h； V體·氨氣=0.3*=0.3049 m3/h；V氨氣=0.01331 kmol/h；nair=102.4*4.79/8.314/(273.15+12)=0.2069mo

13、l；Y1=0.01331/0.3551=0.03748；Y2=0.03*0.01*2/0.2069=0.0029；X1=0.3551*(0.03748-0.0029)/1.667=0.00737；E=29341；P=（2*0.77+0.41）/2+102.4=103.375kPa，P為塔內(nèi)平均壓力；m=E/P=29341/103.375/1000=0.2838；=0.01299；=1-Y2/Y1=1-0.0029/0.03748=0.9226； =60.626 結(jié)果分析、討論： 1 本次實(shí)驗(yàn)分別通過(guò)改變吸收劑流量或者空氣流量+氨氣流量來(lái)討論對(duì)吸收的影響。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以看出，第1組和第

14、2組之間，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?，而根據(jù)化工原理理論知識(shí)，氣模控制的時(shí)候，增大吸收劑流量時(shí)，出口氣體濃度減小，吸收率增大，Kya 增大；當(dāng)增大氣體流速時(shí)，出口氣體濃度增大， 吸收率減小，Kya 也增大，且比前者要大得多。 結(jié)論：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，本次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較準(zhǔn)確的。實(shí)驗(yàn)比較理想。 2 從實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中測(cè)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(dòng)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(huì)發(fā)生變。 3 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出，當(dāng)保持空氣流量不變而增大水流量時(shí)，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(shí)，吸收效率大幅度下降。7思考題： 1 測(cè)定體積吸收系數(shù)kya和p-u有什么實(shí)際意義？曲線是描述流體力學(xué)的特性也是吸收設(shè)備主要參數(shù)，為了計(jì)算填料塔的動(dòng)力消耗也需流體力學(xué)特性，確定填料塔適宜操作范圍及選擇適宜的氣液負(fù)荷。 2 實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jì)上讀取，再轉(zhuǎn)化為摩爾流量；空氣和氨氣的體積流量