化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教案-氣體吸收實(shí)驗(yàn)

濱州學(xué)院教案第次課學(xué)時(shí)章節(jié)氣體吸收實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的和要求1．了解填料吸收塔的基本流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)，并練習(xí)操作。2．了解填料塔的流體力學(xué)性能。3．學(xué)習(xí)填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測(cè)定方法。4．掌握以△Y為推動(dòng)力的總體積吸收系數(shù)KYa的測(cè)定方法。重點(diǎn)難點(diǎn)填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測(cè)定方法吸收系數(shù)KYa的測(cè)定方法教學(xué)進(jìn)程(含章節(jié)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配、教學(xué)方法、輔助手段)基本原理1．流體力學(xué)性能壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，氣體通過填；料層壓強(qiáng)降的大小決定了踏的動(dòng)力消耗。壓強(qiáng)降與塔內(nèi)氣、液相流量有關(guān)。2．傳質(zhì)性能吸收系數(shù)是決定吸收過程速率高低的重要參數(shù)，而實(shí)驗(yàn)測(cè)定是獲取吸收系數(shù)的根本途徑。對(duì)于相同的物系及一定的設(shè)備，吸收系數(shù)將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。本實(shí)驗(yàn)所用的空氣—氨混合氣體中氨的濃度很底，所得吸收液的濃度也不高。吸收過程為低濃度吸收，氣—液平衡關(guān)系服從亨利定律，可用方程式Y(jié)*=mX表示。又因是常壓操作，相平衡常數(shù)m值僅是溫度的函數(shù)。①NOG、HOG、KYa、φA可依下列公式進(jìn)行計(jì)算NOG=（Y1-Y2）/△Ym△Ym=（△Y1-△Y2）/ln(△Y1/△Y2）HOG=Z/NOGKYa=V/(HOG*Ω)φA=（Y1-Y2）/Y1式中Z——填料層的高度，m；HOG——?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度，m；NOG——?dú)庀鄠髻|(zhì)單元數(shù)，量綱為1；Y1，Y2——進(jìn)、出口氣體中溶質(zhì)組分對(duì)惰性組分的摩爾比，kmol（A）/kmol（B）；△Ym——所測(cè)填料層兩端面上氣相總對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力的值；△Y2，△Y1——分別為填料層上、下兩端面上氣相推動(dòng)力△Y1=Y1-mX1，△Y2=Y2-mX2X2，X1——進(jìn)、出口液體中溶質(zhì)組分對(duì)溶劑組分的摩爾比，kmol（A）/kmol（S）；m——相平衡常數(shù)，量綱為1；KYa——?dú)庀嗫傮w積吸收系數(shù)，koml/（m3·h）；V——空氣的千摩爾流率，kmol（B）/h；Ω——填料塔截面積，m2；Ω=π*D2/4；φA——混合氣中氨被吸收的百分率，量綱為1。②操作條件下液體噴淋密度的計(jì)算噴淋密度U=流體流量[m3/h]/塔截面積[m2]最小噴淋密度經(jīng)驗(yàn)值Umin為0.2m3/（m2·③相平衡常數(shù)m的確定。本實(shí)驗(yàn)為低濃度吸收，當(dāng)操作溫度壓力一定時(shí)，m為常數(shù)。液相濃度5%以下時(shí)，系統(tǒng)的相平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：溫度/℃01020253040m0.2930.5020.7780.9341.2501.938預(yù)習(xí)要求1.熟識(shí)氣體吸收流程、了解各設(shè)備的名稱、儀表名稱、作用、原理，熟悉各閥門的對(duì)應(yīng)狀態(tài)；2.簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理；3.基本掌握實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)裝置與流程實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)填料塔流體力學(xué)測(cè)定操作（注：不需要打開氨氣）啟動(dòng)離心泵，打開閥10，調(diào)節(jié)閥9使流量到最大。開動(dòng)空氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)旋渦氣泵流量，慢慢加大氣速到液泛，觀察液泛現(xiàn)象。固定某一液量，測(cè)定不同氣速下的填料壓降。2.傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定的操作1）調(diào)節(jié)水流量、空氣流量到實(shí)驗(yàn)值，穩(wěn)定后依次打開氨氣鋼瓶、氨穩(wěn)壓閥，再調(diào)節(jié)氨氣流量到一定值。一般氨氣在原料中的濃度為2%~10%（體積）。記錄尾氣壓力、塔壓降、濕式流量計(jì)流量、空氣溫度、混合氣溫度、水溫、吸收液溫度，操作穩(wěn)定20分鐘后進(jìn)行尾氣分析。注：氨鋼瓶出口壓力必須小于10公斤（氨瓶溫度小于30度），以確保穩(wěn)壓閥及管線安全。2）尾氣濃度測(cè)試方法①將三通閥1至于不導(dǎo)通位置，讀濕式流量計(jì)的當(dāng)前數(shù)值，并記錄。②打開尾氣吸收管上部的磨口塞，用移液管加入2～4ml標(biāo)準(zhǔn)稀硫酸到吸收管內(nèi)，（濃度約0.005～0.008M③轉(zhuǎn)動(dòng)閥1與尾氣入口相通，讓尾氣通過吸收管鼓泡，控制閥1的開度，使尾氣成單個(gè)氣泡連續(xù)不斷進(jìn)入吸收管，注意觀察吸收液的顏色，當(dāng)吸收液剛改變顏色時(shí)（由紅變黃），表示吸收到達(dá)終點(diǎn)，應(yīng)立即將閥1至于不導(dǎo)通位置，讀取濕式流量計(jì)終示值。④將閥4打開，用錐形瓶取樣。進(jìn)行滴定。（注：標(biāo)準(zhǔn)稀硫酸約為0.05～0.08M）⑤按①～③步驟測(cè)原料氣含量。⑥按實(shí)驗(yàn)要求，可改變氣量和液量，記錄不同實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。⑦停止實(shí)驗(yàn)，先關(guān)閉氨氣鋼瓶，再關(guān)閉穩(wěn)壓閥，然后將水、空氣流量調(diào)至零后，再關(guān)閉水泵和氣泵。注意事項(xiàng)：（1）打開氨氣鋼瓶總壓之前，確定減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)，打開后，最好控制減壓閥的壓力為0.2MPa，不能過高，防止氨氣玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)爆炸傷人。（2）操作條件改變后，需要有較長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間，一定要等到穩(wěn)定后方能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)；（3）通過六通閥在線進(jìn)樣進(jìn)行色譜分析時(shí)，進(jìn)樣前要讓待測(cè)氣體連續(xù)吹掃取樣管線一段時(shí)間（不少于5分鐘）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理一、流體力學(xué)性能的測(cè)定：(一)填料塔主要尺寸：塔內(nèi)徑：89mm，橫截面積＝0.006218m2填料高度：400mm(二)原始數(shù)據(jù)記錄及處理：1、干塔：序號(hào)空氣流量V壓降△p(mmH2O)空塔氣速u單位填料層高度壓降△p/Zm3/hrU型壓差計(jì)讀數(shù)m/smmH2O/m全塔壓差塔釜壓力15100-985-10.22345210101-9610+40.446712.5315103-9418+120.670122.5420105-9228+220.893532.5525108-9041+351.1168452、水的流量：L=100l/hr噴淋密度U=0.00447m/s序號(hào)空氣流量V壓降△p(mmH2O)空塔氣速u單位填料層高度壓降△p/Zm3/hrU型壓差計(jì)讀數(shù)m/smmH2O/m全塔壓差塔釜壓力1599.5-98.55-10.22342.5210100-988+20.44675315103-9518+120.670120420108-9029+230.893545525110-8841+361.1168553、水的流量：L=150l/hr噴淋密度U=0.00670m/s序號(hào)空氣流量V壓降△p(mmH2O)空塔氣速u單位填料層高度壓降△p/Zm3/hrU型壓差計(jì)讀數(shù)m/smmH2O/m全塔壓差塔釜壓力1599-985-10.22342.5210104-9510+40.446722.5315105-9223+160.670132.5420106-9231+250.893535525108-9043+371.116845(三)數(shù)據(jù)處理公式舉例：噴淋密度空塔氣速單位填料層壓降二、吸收系數(shù)KYa的測(cè)定：1.原始數(shù)據(jù)：操作塔負(fù)荷及溫度氣體濃度分析吸收用標(biāo)準(zhǔn)稀硫酸溶液的體積：v0=ml水的流量：L=L/hr標(biāo)準(zhǔn)稀硫酸溶液的濃度：c=M氨氣流量：v=m3/hr溫度（℃）濕式流量計(jì)讀數(shù)（L）空氣流量：V=m3/hr起始讀數(shù)v1終了讀數(shù)v2吸收液溫度：t1=℃進(jìn)氣：進(jìn)水溫度：t2=℃尾氣：空氣溫度：t=℃吸收液：取樣體積：v1=10ml消耗標(biāo)準(zhǔn)稀硫酸的體積：vd=ml2.數(shù)據(jù)處理：（1）Y1、Y2的計(jì)算：進(jìn)氣含量：尾氣含量：（2）X1、X2的計(jì)算：吸收液中氨的含量：（3）Y1*、Y2*的計(jì)算：吸收液平均溫度：℃則：（查自天津大學(xué)《化工原理》下冊(cè)）（4）吸收率的計(jì)算：（5）填料層上下兩端面上氣相推動(dòng)力的對(duì)數(shù)平均值：（6）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：（7）氣相總傳質(zhì)單元高度HOG（米）：（8）氣相總體積吸收系數(shù)KY