浙江大學(xué)化工原理實驗---填料塔吸收實驗報告

1、浙江大學(xué)化工原理實驗-填料塔吸收實驗報告專業(yè)：沁*丿、象實驗報告姓名：學(xué)號：課程名稱：指導(dǎo)老師：_葉向群成績：實驗名稱：實驗類型：工程實驗一、實驗?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒嶒瀮?nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法六、實驗結(jié)果和實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理與分析（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)康模?.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測定填料層壓降厶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)Ka。2實驗裝置:2.1本實驗的裝置流程圖如圖1:V NTX&

2、*土r -whtai杞 T a-tH IWEJI. RMt d 血飛墟沖；*： io?舊-一-迺宜諾】l3,ix15,lA V ff7*! il tI 7.1 K. 120-W 汁21 - iHi 計S 1林啊端L救蟬fT施怵粗眾嵌噸f應(yīng)務(wù)梅住9E設(shè)樣示運RL2.2物系：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(xué)分析法對其進 行組成分析。3基本原理：3. 1填料啟

3、壓力律 w與空塔氣連u的關(guān)廉氣體通過干境料股時酚淋童度 8.瓦壓力常af與空塔氣通m m閹丄中n線所示， 此直線斜率豹為】盤 與氣體以湍潦方式通過管道時AP與M的關(guān)系相仿。如圖2可知.當 氣速在£點以卜'時F在一罡噴誹密度K由于持液呈增抽而使空隙率越小.怏得填料層的 樂降葡之堆加.ZFijf此時氣體對液膜的流動無明顯鋼響，在一走噴淋肅度下.持液雖不隨 氣理變化.故具AA關(guān)條與十填料相訪.在定噴淋港度卜S氣連炳尢至一定程度時同氣連壇兒液頂増憶即出現(xiàn)”攔液狀 態(tài)'（如閹2中L點以上九此時氣休通過填料層的流動FH力劇增；若氣連琳續(xù)加丸，噴淋 鎮(zhèn)的卜ift嚴囂受阻，使扱具的液

4、休從填料舅面擴恥到整牛填料層空同.謂2神液泛狀態(tài)氣如 圖2中戶點以上h此時氣體的流動聊力急劇堀加.圖2中F點即為泛血，與之相對應(yīng)的氣 堪恥稱為送點氣速.圖2噴料塔壓降2與空塔氣速u的黃乘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：式中 Q. 體實際謊氐fth 或L/P幺 體謊垠計讀數(shù)，掙F/內(nèi)或L/hPa,Ta標宦氣體的標定狀況=LOl3xl05/V/； = 293A：比忑被測氣體的絕對IE強十絕對53度尸町玄3.2體積吸收系數(shù)的測定相平衡常數(shù)m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

5、衡關(guān)系為：= mx I IB: > H IB 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：Em =P式中：E亨利系數(shù)，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厶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) m。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，近似取丫心y、Xx。過程工程原理實驗(乙)&

6、#163;2 A式中；Kra 相體枳啞收瑕數(shù)，"/冷”a單位體枳填料圧加提供的自效傳砸血枳m2/ms- Ga一取位時間內(nèi)阻購吸收址，kmolih J塔45t"fii積* t丿； 填料層髙寶，fjj ；AjV柑怙質(zhì)椎動力.氣相対數(shù)平溝濃度基.323被吸收的氨氣量，可由物料衡算(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)的組成，比摩爾分率，kmol(A/ / kmol (B)；Xi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，kmo

7、l/h。進塔氣相濃度的確定式中：一氨氣的流量，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。323.2出塔氣相（尾氣）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 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)

8、使取樣管尾氣保持暢通，然后改變?nèi)ㄐ鲃臃?向，使尾氣通過吸收瓶。式中：一氨氣的摩爾數(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10-3mol（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，并測定溫度mol式中：一尾氣通過濕式流量計時的壓力（由室內(nèi)大氣壓 代替），Pa;通過濕式流量計的空氣量，I;通過濕式流量計的空氣溫度，K;

9、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。對數(shù)平均濃度差A(yù)l； =lr； =F?式中* Y*. V； 號掖柿農(nóng)度A；、屁相對應(yīng)的氣相平衡液度.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(xué)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%，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

10、，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?、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)實驗：本次 實驗，控制空氣流量分別為8-8-9.6 m3/h，水流量則相對 應(yīng)為 30-36-30 l/h ；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40.5cm 塔徑70mm 硫酸10ml濃度0.03mo

11、l/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)m 3/h88889.59.5空氣溫度°C12.112.212.312.2512.412.4空氣表壓kPa1.221.221.151.221.871.88氨 氣流量計讀數(shù)m 3/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Pa0.410.40.410.420.570.56塔頂表壓kPa0.77

12、0.780.750.761.281.23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=Po+P 表41-11-22-12-23-13-2V體8.12728.12848.13268.12919.62539.6253G0.35510.35500.35480.35500.42270.4227L1.6671.6671.6671.6671.6671.667

13、V體氨氣0.30490.30460.30480.30460.36450.3645n air0.20690.20780.22330.23450.17620.1741Yi0.03740.03740.03750.03750.03790.0379893243丫20.00290.00280.00260.00250.00340.003499615Xi0.00730.00730.00740.00740.00870.008776815455643X2000000E293412950729341295072959129507.5P103.37103.38103.35103.34103.96103.91555m0

14、.28380.28540.28390.28550.28460.2840 Ym0.01290.01290.01270.01250.01360.0137970083n0.92260.92290.92830.93180.91010.9090KYa60.6260.7462.4263.6868.4368.08KYa平 均60.6863.0568.255 P-u數(shù)據(jù)表格以及關(guān)系曲線圖Pkpa0.410.40.410.420.570.56um/s0.058640.058650.058680.058650.069450.06945 P-L1曲線竊曲線80. 0580. 0630. 0&8U(Hl/S)

15、由圖表可知，大概的液泛點氣速為0.06945m/s.計算示例（以組1-1為例）：PoT =8*102.4*(27315 12.1)PT。=273.15*(102.4 1.22)=8.1272 m3/h ；PV 體 = (102.4 1.22)*8.1272RT =(273.15 12.1)*8.314=0.3551 kmol/hL= p L 0/M=999.7*30/18/1000=1.667 kmol/h ;=0.3049 m3/h;V氨氣=PV體=RT=(X1X0830；4=0.01331 kmo|/h ;V體氨氣=vn.p;=0.3*102.4* (273.15 12.4)' 2

16、73.15*(102.4 1.25)PVn air =RT;Y 1 = V|氣=0.01331/0.3551=0.03748丫2=叱;n7Xi = L(yi-y2)=0.3551*(0.03748-0.0029)/1.667=0.00737;E= 1。11.468 1992/T = 1。11.468 1992/(273.15 11.4 )=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;Ym =Y1Y2Y1mXY20.03748 0.00737*0.2838 0.0029

17、InYjY2InYInY20.03748 0.00737*0.28380.0029=0.01299;n =1-Y 2/Y 仁 1-0.0029/0.03748=0.9226;KYa=60.62Ga_ = 0.3551*(0.03748 0.0029)6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

18、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，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， Kya增大；當增大氣體流速時，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和厶p-u有什么實際意義？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)，為了計算填料塔的動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