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文檔簡介

1、肝/丿叨實(shí)驗(yàn)報(bào)課程名稱:過程工程原理實(shí)驗(yàn)(乙)績:實(shí)驗(yàn)名稱:吸收實(shí)驗(yàn)專業(yè)姓名學(xué)號(hào)告日期20指導(dǎo)老師:_葉地群教十2109成實(shí)驗(yàn)類型:工程實(shí)驗(yàn)同組學(xué)生姓名:、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)測定1實(shí)驗(yàn)?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(diǎn)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(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:

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(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(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)測量。 但由于實(shí)驗(yàn)測量條件與轉(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(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(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Ye y、X X。(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

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(jì)測取得空氣和氨氣的體積流量和實(shí)際測量狀態(tài) (壓力、 溫度)。應(yīng)對其刻度流量進(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。用移液管移取體積為 Va ml、濃度為Mamol/I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

5、穩(wěn)定時(shí),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(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(diǎn)(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(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,并測定

6、溫度molPa;式中:尾氣通過濕式流量計(jì)時(shí)的壓力(由室內(nèi)大氣壓代替),通過濕式流量計(jì)的空氣量, l ;通過濕式流量計(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。4 實(shí)驗(yàn)步驟:4.1 先開啟吸收劑(水)調(diào)節(jié)閥,當(dāng)填料充分潤濕后,調(diào)節(jié)閥門使水流量控制在 適當(dāng)?shù)臄?shù)值,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)不同氣體流量下測定;4.3 為使進(jìn)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(shí)間內(nèi)操作過程便達(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)過程中,尤其是測量時(shí),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(shí)驗(yàn):本次實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)完畢, 關(guān)閉氨氣鋼瓶閥門、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

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(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/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(jì)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(diǎn)氣速為 0.06945m/s.

12、計(jì)算示例(以組1-1為例):V體=Vn 竺=8* 嚴(yán)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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?,而根據(jù)化工原理理論知識(shí),氣??刂频臅r(shí)候,增大吸收劑流量時(shí),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(dāng)增大氣體流速時(shí),出口氣體濃度增大, 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)果相對來說是比較準(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 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

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