填料塔吸收操作及體積吸收系數(shù)地測定

1、沁-丄弟實驗報告專業(yè)：環(huán)境工程某某：陳俊杰學號：3120104314日期：地點：教十2109同組學生某某：趙正華、李樂課程名稱：過程工程原理實驗指導(dǎo)教師：葉向群 成績：實驗名稱： 填料塔吸收操作與體積吸收系數(shù)的測定實驗類型:一、實驗?zāi)康暮鸵蟊靥钊⒅饕獌x器設(shè)備必填 五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理七、討論、心得二、實驗內(nèi)容和原理必填四、操作方法和實驗步驟六、實驗結(jié)果與分析必填、實驗?zāi)康暮鸵蟊靥?. 了解填料吸收塔的構(gòu)造并熟悉吸收塔的操作。2觀察填料吸收塔的液泛現(xiàn)象，測定泛點空塔氣速。3測定填料層壓降 AP與空塔氣速u的關(guān)系曲線。4.測定含氨空氣一水系統(tǒng)的體積吸收系數(shù)Ky a、主要儀器設(shè)備1.本實驗裝

2、置的流程示意圖見圖一。主體設(shè)備是內(nèi)徑為70毫米的吸收塔，塔內(nèi)裝10X 9X 1陶瓷拉西環(huán)填料。2. 物系是水一空氣一氨氣。惰性氣體空氣由漩渦氣泵提供，氨氣由液氨鋼瓶供給，吸收劑水采 用自來水，它們的流量分別通過轉(zhuǎn)子流量計測量。水從塔頂噴淋至填料層與自下而上的含氨空氣 進展吸收過程，溶液由塔底經(jīng)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展組成分析。1填料吸收塔2旋渦氣泵6氨氣減壓閥7氨氣穩(wěn)壓罐3空氣轉(zhuǎn)子流量計8氨氣轉(zhuǎn)子流量計4液氨鋼瓶5氨氣壓力表9水轉(zhuǎn)子流量計10洗氣瓶11濕式流量計12 三通旋塞13、14、15、16 U型差壓計17

3、、18、19溫度計20液位計圖一填料塔吸收操作與體積吸收系數(shù)測定實驗裝置流程示意圖、實驗內(nèi)容和原理必填一填料層壓力降 AP與空塔氣速u的關(guān)系氣體通過干填料層時 噴淋密度L=0，其壓力降A(chǔ)P與空塔氣速u與氣體以湍流方式通過管道時 A與u的關(guān)系相仿。當氣速在 L點以下時，在一定噴淋密度下，由于持液量增加而使空隙率減小， 使得填料層的壓降隨之增加，又由于此時氣體對液膜的流動無明顯影響，在一定噴淋密度下，持液量 不隨氣速變化，故其 APu關(guān)系與干填料相仿。在一定噴淋密度下，氣速增大至一定程度時，隨氣速增大，液膜增厚，即出現(xiàn)“攔液狀態(tài)L點以上，此時氣體通過填料層的流動阻力劇增；假如氣速繼續(xù)加大，噴淋液的

4、下流嚴重受阻，使積 聚的液體從填料外表擴展到整個填料層空間，謂之“液泛狀態(tài) F點，此時氣體的流動阻力急劇增加。F點即為泛點，與之相對應(yīng)的氣速稱為泛點氣速。填料塔在液泛狀態(tài)下操作，氣液接觸面積可達最大，其傳質(zhì)效率最高。但操作最不穩(wěn)定，通常實 際操作氣速取泛點氣速的 60%80%。塔內(nèi)氣體的流速以其體積流量與塔截面積之比來表示，稱之為空塔氣速u。式中： u 空塔氣速,V 塔內(nèi)氣體體積流量，Q塔截面積，m2。圖二填料層壓降與空塔實驗中氣體流量由轉(zhuǎn)子流 測量條件與轉(zhuǎn)子流量計標定條 流量計的讀數(shù)值必須進展校填料層壓降 AP直接可由 據(jù)式1求得空塔氣速u，便 標繪在雙對數(shù)坐標紙上，即可二體積吸收系數(shù) Ky

5、%的測1.相平衡常數(shù)m對相平衡關(guān)系遵循亨利定律的 體,氣液平衡關(guān)系式為：y* mx 2m/sm3/s速度的關(guān)系圖量計測量。但由于實驗 件不一定一樣，故轉(zhuǎn)子 正。U型壓差計讀取，再根 可得到一系列 APu值, 得到APu關(guān)系曲線。物系一般指低濃度氣V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:m 3P式中：E亨利系數(shù)，Pa;P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/T4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與塔頂塔底壓差A(yù)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3、 4便可求得相平

6、衡常數(shù)m。2.體積吸收系數(shù)KYa其值也是設(shè)計填料塔的重要依據(jù)。本體積吸收系數(shù)KYa是反映填料吸收塔性能的主要參數(shù)之一, 實驗中屬于低濃度氣體吸收，近似取丫y, XX。吸收速率方程式為：Ga KYah Ym如此式中:Ky3Ga5KYa氣相體積吸收系數(shù)，kmol/m 3 h;a單位體積填料層所提供的有效接觸面積，m2/m3;Ga單位時間內(nèi) NH 3的吸收量，kmol/h ;Q塔截面積，m2;h填料層高度，m;Y吸收推動力，氣相對數(shù)平均濃度差。為求得KYa,需求取Ga與AYm。1被吸收的NH3量Ga,可由物料衡算求得:Ga VM 丫2)L(X! X2) 6VaV式中：V惰性氣體空氣的流量，kmol/

7、h ;L吸收劑水的流量，kmol/h ;Y1 進塔氣相的組成，比摩爾分率，kmol(A)/kmol(B);丫2 出塔氣相尾氣的組成，比摩爾分率，kmol(A)/kmol(B)X1 出塔液相的組成，比摩爾分率，kmol(A)/kmol(B);X2進塔液相的責成，本實驗中為清水吸收，X2=0。a進塔氣相濃度Yi確實定式中：Va 氨氣的流量，kmol/h。根據(jù)實驗中轉(zhuǎn)子流量計測取的空氣和氨氣的體積流量和實際測量狀態(tài)壓力、溫度，對其刻度流量進展校正而得到其實際體積流量，再由氣體狀態(tài)方程得到空氣和氨氣的摩爾流量，并由式7可求取進塔氣相組成 Yi。b出塔氣相尾氣組成 丫2確實定用移液管移取 Vaml濃度為

8、Ma的標準H2SO4溶液置于吸收瓶中，參加適量去離子水機2 3滴溴百里酚蘭，將吸收瓶如圖12-1連接在抽樣尾氣管線上。當吸收塔操作穩(wěn)定時，尾氣通過吸收瓶后尾nNH3氣中的氨氣被H2SO4吸收，其余空氣通過濕式流量計計量。為使所取尾氣樣能反映塔內(nèi)實際情況，在 取樣分析前應(yīng)使取樣管尾氣保持流通，然后改變?nèi)ㄐ鲃臃较?，使尾氣通過吸收瓶。8nair式中:氨氣的摩爾數(shù),mol;nair 空氣的摩爾數(shù),mol。I尾氣樣品中氨的摩爾數(shù)nNH3可用如下方式之一測得:，如此:i假如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nNH3 2MaVa 10 3mol/L。式中：Ma標準H2SO4溶液的摩

9、爾濃度，ii假如通入吸收瓶的尾氣已過量瓶中溶液呈蘭色，可用同樣標準 H2SO4溶液滴定至終點瓶內(nèi)溶液呈黃綠色。假如耗去的滴定用酸量為 Va如此：3nNH3 2Ma(Va Va) 1010II丨尾氣樣品中空氣摩爾數(shù) nair的測取尾氣樣品中的空氣量由濕式流量計讀取，并測其溫度、壓力。PV。nairRT011式中：P0尾氣通過濕式流量計時的壓力由室內(nèi)大氣壓代替V0通過濕式流量計的空氣量，I;T0通過濕式流量計的空氣溫度，K ;R氣體常數(shù)， R=8314N m/(mol K)。，Pa;由式9、 10可求得nNH3和n air，代入式8中即可得到丫2。根據(jù)得到的Yi和丫2,代入式6中即可求得Ga。2對

10、數(shù)平均濃度差YmYm半丫2.丫In丫2其中丫1 丫1丫1Y1 mX1丫2 丫2 丫2丫2mX2 丫2式中：、丫2 與液相濃度X1、X2相對應(yīng)的氣相平衡濃度,kmolA/kmolB 。出塔液相濃度Xi可取塔底液相樣品進展化學分析得到，也可用物料衡算式6得到。求得Ga、 Ym后，由式5即可求得Kvao 四、操作方法與實驗步驟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Eo2. 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，并測取讀數(shù)，根據(jù)液泛時空氣轉(zhuǎn)子流量計的讀數(shù)，來選擇適宜的空氣流量，本實驗要求在兩至三個不同的氣體流量下測定Kvao3. 為使進

11、塔氣相濃度 Yi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，調(diào)節(jié) 閥門，使氨氣流量滿足要求。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)定后，開啟三通旋塞，使尾氣通入吸收瓶進展尾氣組成分析。在實驗過程中，尤其是在測量時，要確?？諝狻睔夂退髁康姆€(wěn)定。5. 改變氣體流量或吸收劑水流量重復(fù)實驗。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。五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理表1填料塔吸收操作與體積吸收系數(shù)測定實驗數(shù)據(jù)記錄表第2套裝置MB填料層高度37cm 填料塔直徑70mmmol/L體積吸收系數(shù)實驗123空氣流量轉(zhuǎn)

12、子流量計讀數(shù)/ m3/h空氣溫度/C2空氣表壓/kPa1.511.52氨氣流量轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)/(L/h)270270320氨氣溫度/C氨氣表壓/kPa水轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)/(L/h)30.0塔頂?shù)讐翰?kPa0.560塔頂表壓/kPa塔底液溫廠C塔頂氣象濃度分析吸收瓶加酸量/mL10.00脫氨后空氣量/L脫氨后空氣溫度/C1.轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)的校正轉(zhuǎn)子流量計在標定時采用水作為標定介質(zhì)，測量氣體的轉(zhuǎn)子流量計如此采用空氣作為標定介質(zhì)，介質(zhì)狀態(tài)都為20 C、1.013 105Pa。當轉(zhuǎn)子流量計測量水時，雖然水溫的不同引起密度和黏度的變化，但它對實驗流量值影響較小，一般不予校正。當被測介質(zhì)是氣體時，校正公式

13、為：Q Qn. PT，氣體的飛PT。流量校正過程如下： 氣體的絕壓：實驗測得大氣壓力為MB , *105Pa,用得到的表壓加上大氣壓值即為氣體的絕壓。 氣體的溫度：均采用開爾文單位，溫度的值為攝氏溫度加上273K。p 33，因此用氣體狀態(tài)方程 PMRT可以得出，因此在不同的氣壓和溫度下的氣體密度可T以由公式一 PTo得到。計算得到參數(shù)如下：0 TPo組號123空氣壓力絕壓修正后/Pa104430104440105100空氣溫度/K空氣密度/(kg/m3)氨氣絕壓修正后/Pa104510104530105210氨氣溫度/K286氨氣密度/(kg/m3)根據(jù)公式Q QnJ嚅得到修正后的氣體流量為:

14、修正后流量123空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)/ m3/h氨氣轉(zhuǎn)子流量計/(L/h)2. 體積吸收系數(shù)KYa的測定1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，氣液平衡關(guān)系式為：y* mx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：m -。P其中P為系統(tǒng)總壓實驗中取塔內(nèi)平均壓力。亨利系數(shù)E與溫度T的關(guān)系為：lgE=11.468-1922/T。組號123塔頂絕壓/Pa102275102215102665塔底絕壓/Pa102785102775103445塔內(nèi)平均壓力/Pa102530102495103055塔內(nèi)液相溫度廠C亨利系數(shù)E/Pa平衡常數(shù)m2體積吸收系數(shù) KYaa被吸收的NH3量G

15、a，可由物料衡算求得：Ga V(Y Y) L(Xi X2)組號123空氣體積流量/m3/h空氣摩爾流量 V mol/h氨氣體積流量/(L/h)氨氣摩爾流量va mol/hYi進塔氣相濃度Y1確實定：Y,AVnNH3出塔氣相濃度組成 Y2確實定：Ynair式中：嘰為氨氣的摩爾數(shù)，嘰2MaVa，na為空氣的摩爾數(shù)nair誥。Ma0. 03mol / L。Xi可以利用物料衡算得到Xi=Ga/L.組號123nNH3/(mol/h)nair/(mol/h)Y2GA(mol/h)L/(mol/h)2000Xi丫2b對數(shù)平均濃度差Ym。lnYi丫2其中 Y * mX,，Y*mX2 場組號123deta Y1

16、deta 丫2deta YmKYa0.0038465m2, h=0.4m.3體積吸收系數(shù) KYa組號123平均KYa /(kmol/m 3h)gahm，其中六、實驗結(jié)果與分析本實驗吸收的是具有堿性性質(zhì)且易溶于水的氨氣，故實驗中氣象阻力為主要阻力。根據(jù)理論知識推得KYa3 KYa2 KYa1，上述實驗結(jié)果顯示為KYa3 KYa2 KYa1，符合實驗推論。七、討論、心得盡管此次實驗結(jié)果與理論相符，但是測量一定是有誤差的。實驗中可能產(chǎn)生誤差的原因有：1、難以準確判斷尾氣吸收是否達到終點，即難以判斷變色點，因此對出塔氨氣的濃度計算產(chǎn)生較大誤差，進而影響最終測得的體積吸收系數(shù)KYa ；在實驗過程中，第一

17、次的變色點判斷明顯比后兩個的變色點要深，因此帶來了誤差。最理想的情況是，應(yīng)該在即將到達變色點時，調(diào)小排氣的閥門，控制 好三個實驗的最終變色點顏色是一致的，這樣才好進展比對。2、U管壓差計和轉(zhuǎn)子流量計在讀數(shù)時存在波動，帶來誤差。3、取硫酸試劑的時候操作失誤，導(dǎo)致實際加的硫酸量與計算時用的硫酸量不符。4、實際空氣與氨氣并不符合理想氣體狀態(tài)方程，因此計算時產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。5、在裝置還沒有穩(wěn)定的時候就開始往硫酸中通氨氣，這樣一開始不穩(wěn)定的那段通量必然給氨濃度的 計算造成不小誤差。5、在計算塔內(nèi)空氣、氨氣流速時用流量計處的氣體表壓代替塔內(nèi)的平均壓力，可能會存在相應(yīng)的誤 差。 造成填料塔的液泛的因素：填料的

18、形狀、大小以與氣液兩相的流量、性質(zhì)等。產(chǎn)生液泛的原因是塔 板上汽相負荷過大。實質(zhì)上是上一塊塔板的液體經(jīng)過降液管與塔板的間隙來不與流下去，這樣，該層 塔板上斯?jié)u積滿了液體，后來，上一層塔板也積滿液體，這時，液泛便會發(fā)生。發(fā)生液泛后，塔板下 部壓力越來越大，流體更難往下流，如果減少加熱量，塔底又會出現(xiàn)滿液位。防止產(chǎn)生液泛的措施包 括按規(guī)定的進料量/回流量操作。 流體通過干填料壓降與濕填料壓降的異同：當氣體自下而上通過填料時產(chǎn)生的壓降主要用來克制流經(jīng)填料層的形狀阻力。當填料層上有液體噴淋時，填料層內(nèi)的局部空隙為液體所充滿，減少了氣流通 道截面，在一樣的條件下，隨液體噴淋量的增加，填料層所持有的液量亦

19、增加，氣流通道隨液量的增加而減少，通過填料層的壓降將隨之增加。 從傳質(zhì)推動力和傳質(zhì)阻力兩方面分析吸收劑流量和吸收劑溫度對吸收過程的影響：改變吸收劑用量是對吸收過程進展調(diào)節(jié)的最常用的方法，當氣體流率G不變時，增加吸收劑流率，吸收速率 M增加,溶質(zhì)吸收量增加，如此出口氣體的組成 y2減小，回收率增大。當液相阻力較小時，增加液體的流量，傳質(zhì)總系數(shù)變化較小或根本不變，溶質(zhì)吸收量的增加主要是由于傳質(zhì)平均推動力ym的增大引起，此時吸收過程的調(diào)節(jié)主要靠傳質(zhì)推動力的變化。當液相阻力較大時，增加液體的流量，傳質(zhì)系數(shù)大幅度 增加，而平均推動力可能減小，但總的結(jié)果使傳質(zhì)速率增大，溶質(zhì)吸收量增加。對于液膜控制的吸收過程，降低操作溫度，吸收過程的阻力將隨之減小，結(jié)果使吸收效果變好，y2降低，而平均推動力 ym或許會減小。對于氣膜控制的過程，降低操作溫度，過程阻力。 確定液泛點氣速：在一定量的噴淋液體之下，當氣速低于載點時，液體沿填料外表流動很少受逆向 氣流的牽制，持液量單位體積填料所持有的液體體積根本不變。當氣速達載點時，液體向下流動 受逆向氣流的牽制開始明顯氣來，持液量隨氣速增加而增加，氣流通道