化工原理实验报告吸收实验要点

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吸收实验

一、 实验名称：

吸收实验

二、实验目的：

１.学习填料塔的操作;

2． 测定填料塔体积吸收系数KYａ.

三、实验原理：

对填料吸收塔的要求,既希望它的传质效率高,又希望它的压降低以省能耗。但两者往往是矛盾的,故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。

(一)、空塔气速与填料层压降关系

气体通过填料层压降△P与填料特性及气、液流量大小等有关,常通过实验测定。

若以空塔气速uo[m/s]为横坐标，单位填料层压降

P[mmH20／m]为纵坐标，ZP~uo关Z在双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-１所示。当液体喷淋量L0＝0时,可知系为一直线,其斜率约1.0—2，当喷淋量为L1时,

P~uo为一折线,若喷淋量越大，ZP值较小时为恒持液区，Z折线位置越向左移动,图中L2>L1。每条折线分为三个区段,

PPP~uo关系曲线斜率与干塔的相同。值为中间时叫截液区,~uo曲线斜率ZZZ大于２,持液区与截液区之间的转折点叫截点Ａ。

PP值较大时叫液泛区,~uo曲ZZ线斜率大于10,截液区与液泛区之间的转折点叫泛点B。在液泛区塔已无法操作。塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间,此时塔效率最高。

图2-2－7－1 填料塔层的

P～uo关系图 Z

图2－２-7-２ 吸收塔物料衡算

（二)、吸收系数与吸收效率

本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水,故此操作属气膜控制。若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律,吸收平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。其吸收速率方程可用下式表示:

(1)

式中:NA——被吸收的氨量[kmolNＨ3／h];

NAKYaHYm

——塔的截面积［m2]

H——填料层高度[m］

Ym——气相对数平均推动力

ＫYa——气相体积吸收系数[kｍolNＨ3／m·h] 被吸收氨量的计算,对全塔进行物料衡算(见图2-2-７-２)：

３

(2)

NAV(Y1Y2)L(X1X2)

式中：V——空气的流量[ｋmol空气／h]

Ｌ——吸收剂（水）的流量[kmolＨ2０/h] Y１——塔底气相浓度[ｋｍｏｌNH3/kmol空气] Y２——塔顶气相浓度[kmolNH3/kmｏｌ空气］

X1，X２——分别为塔底、塔顶液相浓度［kmoｌＮH3/kmolH20]

由式(1）和式（2)联解得: （3）

为求得ＫＹa必须先求出Y１、Y2和Ym之值。 1、Y１值的计算： （4)

式中:V01——氨气换算为标态下的流量[m3／h]

V02——空气换算为标态下的流量[m／ｈ] 0.98——氨气中含纯ＮH3分数

对氨气: （5)

式中:V１——氯气流量计上的读数[m3／h]

T。，P。——标准状态下氨气的温度[K]和压强[mmＨｇ］ T1,P１——氨气流量计上标明的温度［K]和压强[mmHｇ］ T2，P２——实验所用氨气的温度[K]和压强[ｍmＨg]

３

KYaV(Y1Y2)

HYm

Y10.98V01 V02V01V1T0P002P1P2 01T1T20——标准状态下氨气的密度(＝0．769ｋｇ/m3）

02——标准状态下空气的密度（＝1．２93kg/m3）

对空气:

（6)

V02V2T0P0P3P4

T3T4式中：V2——空气流量计读数[ｍ3/ｈ]

T。，P。——标准状态下空气的温度［Ｋ]和压强［mmHg] T3，Ｐ3——空气流量计上标明的温度[K]和压强[mmHg］ T４，P4——实验所用空气的温度［K]和压强[mｍHg] Y1也可用取样分析法确定（略）。 2、Y2值分析计算

在吸收瓶内注入浓度为NS的H２ＳO4ＶS[ml］，把塔顶尾气通入吸收瓶中。设从吸收瓶出口的空气体积为V4[ml］时瓶内H２SＯ4Vs即被ＮH３中和完毕,那么进入吸收瓶的ＮH3体积Vo３可用下式计算：

(7）

通过吸收瓶空气化为标准状态体积为: (8)

式中：V4——通过吸收瓶空气体积［ml],由湿式气量计读取

T。,P。——标准状态下空气的温度[K]和压强［ｍmHg] T5,Ｐ5——通过吸收瓶后空气的温度［K]和压强［mmHg] 故塔顶气相浓度为: (9)

3、塔底X１～Y*1的确定 由式（2）知:X1

V0322.1NSVS[ml]

V04V4T0P5[ml] P0T5Y2V03 V04V(Y1Y2)X2，若X2=0,则得: L

X1V(Y1Y2) L（10)

Ｘ1值亦可从塔底取氨水分析而得。设取氨水VN`[ml],用浓度为NS`的Ｈ２SO4

来滴定，中和后用量为VS`[ｍl],则:

（１1)

又根据亨利定律知，与塔底X1成平衡的气相浓度Y１＊为： （12）

式中：P——塔底操作压强绝对大气压（ａtm）

E——亨利系数大气压,可查下表取得：

液相浓度5％以下的E值

表2-２-7-１ t(℃） E(大气压) 0．2９３ 0.50２ 0．７７8 0．947 1.25 1.94

X10.018NS`VS` VN`Y1EX1 P或用下式计算： (13)

4、塔顶的X2~Y2*的确定

因用水为吸收剂，故X2=0 ,所以Ｙ2*=０

5、 吸收平均推动力ΔYｍ

E0.311431.047t

(Y1Y1)Y2YmY1Y1lnY2(1４）

6、

（1５)

吸收效率ηY1Y2100% Y1四、实验流程简介：

吸收装置如图２－2-7-3所示,塔径为110（mｍ),塔内填料有一套为塑料阶梯环,其它为瓷拉西环,均为乱堆。填料层高为600—７00（ｍｍ）（请自量准确)。氨气由氨瓶1顶部针形阀放出，经减压阀2到达缓冲缺罐3,用阀4调节流量,经温度计２３,表压计5和流量计6分别测量温度、压力和流量后到达混合管。空气经风机7压送至缓冲罐9,由旁路阀8和调节阀1１调节风量,经温度计２３，表压计1０和流量计1２分别测量温度、压力和流量后到达混合管与氨气混合,后被送进吸收塔13的下部，通过填料层缝隙向上流动。吸收剂(水）由阀1６调节，经流量计1７测定流量后从塔顶喷洒而下。在填料层内,下流的水滴与上流的混合气接触，氨被水吸收变氨水从塔底排出，氨水温度由温度计2３测定，塔顶表压和填料层压降由压差计14和1５测定。从塔顶排出含有微量氨的空气成为尾气从阀18排出大气中,分析尾气含氨量是用旋塞1９取样,先从三角瓶２0除去水分，后经吸收瓶21分析氨,气量计22计量取出空气量。

五、实验方法：

（一）测压降与空塔气速步骤 1、测定干塔压降

（1)打开旁路阀8，关闭空气流量调节阀11,启动风机7，慢慢打开阀11使风量由零至最大，同时观察压差计15的读数变化。

(2）从流量计12的量程范围拟定６~8组读数。调节风量由大至小，同时读取空气流量及塔压降值。

２、测定湿塔压降

（1）把风量开至最大,慢慢打开阀16使水从塔顶喷淋而下，观察填料层上的液泛情况及压差计15的读数变化。

（2）调节风量水量使液泛层高度２0~3０mm左右,记下水流量及压差计读数。 （３）保持水量不变,调节风量由大至小，测取6～8组风量及塔压降读数。 最后，读取气温、水温及填料层高度，记下塔内径数值。 （二)测吸收系数步骤

1、全开旁路阀８，关闭空气流量调节阀11,启动风机7，慢慢打开阀11使风量

由零至最大,同时观察压差计15的读数变化。

２、在吸收瓶内置入已知浓度的Ｈ２SO41ｍl及2滴甲基红，加适量蒸馏水摇匀后装于尾气分析管路上。关闭取样旋塞１9,记下湿式气量计原始读数。

３、将水流量计１7及空气流量计12（采用旁路调节法）调到指定读数。 4、关闭氨气缓冲罐上的氨气流量调节阀４,松开减压阀旋钮，打开氨瓶上的总阀，然后，慢慢拧紧减压阀旋钮把氨气引进缓冲罐３,待罐上压力表读数达0．05MP左右时，停止转动减压阀旋钮，慢慢打开调节阀4,把氨气送进混合管。

５、待塔的操作稳定后(不液泛，不干塔，各仪表读数稳定)，记录各仪表读数，同时进行塔顶尾气分析。

６、尾气分析方法是打开取样旋塞19,使尾气成泡状通过吸收瓶液层,至瓶内液体的红色变淡黄色为止，即关闭旋塞,记下气量计读数。（8分）

7、保持空气和水流量不变,改变氨气流量，重复上述操作一次。

8、实验完毕,先关氨瓶上的总阀,待氨气缓冲罐上压力表读数为0后,再关闭氨气缓冲罐上的氨气流量调节阀4，然后，全开旁路阀８，同时关闭空气流量调节阀１1，最后停风机和关水阀,清洗吸收瓶。

1、氨瓶 2、减压阀 3、氨缓冲罐 4、氨气调节阀 5、氨表压计

6、氨转子流量计 7、叶氏风机 ８、空气旁路阀 9、空气缓冲罐 １０、空气表压计

11、空气调节阀 1２、空气转子流量计 １3、吸收塔 １4、塔顶表压计 1５、塔压降压差计 16、水调节阀 １7、水转子流量计 18、尾气调节阀

19、取样旋塞 20、分离水三角瓶 21、吸收瓶 ２2、湿式气量计 23、温度计

图２-2-7－３ 六、原始数据记录表:

（见下页）

吸收装置流程图

七、数据处理表:

V01 V02 V03 V04 0.３67 9.４6０ ０.194 5819.３0８ 0．0380 0．00003３4 0.0０305 1．２３2 0.00１93 0.００516 ９９.912％ 501.12８ ０.0169 0.367 9．4４1 ０．１94 13723.371 0．０381 0.0０0014２ 0.00204 １．2３4 0.00128 ０.０046８ 99.963% 55４.192 0．017０ Y1 Y2 X1 P Y1 Ym  KYa NA

八、举例计算:

以第一组数据为例计算：

V01V1T0P0T0P002P1P22731.2937607830.30.367 01T1T27600.769293295P3P4273760783.5109.460

T3T4760293294V02V2因为NS0.0088、VS1,所以

V0322.1NSVS22.10.008810.194

V04V4T0P527376162805819.308 P0T5760295Y10.98V010.980.3670.0380 V029.460V030.1940.0000334 V045819.308Y2L水100V21000105.556,所以 0.446、L因V181822.4100022.4V0.446(Y1Y2)0.03800.00003340.00305 L5.556110.310175PPaPPB11.232

22761761又E0.778，所以

E0.778Y1X10.003050.00193

P1.232X1(Y1Y1)Y20.03800.001930.0000334Ym0.00516 0.03800.00193YYlnln110.0000334Y2Y1Y20.03800.0000334100%100%99.912% Y10.0380211110D23.140.00950 441000KYaV(Y1Y2)0.4460.03800.0000334501.128

690HYm0.009500.005161000NAV(Y1Y2)0.4460.03800.00003340.0169

同理，课求得其它组数据。

九、讨论:

1、吸收实验中，设备没有启动时U形管压差计两液面不平，可能是什么原因，如

何调平？

答:原因可能有以下几个:U形管两臂液面到与设备相接点之间的管路内有水；塔底小液体缓冲罐里面积水；塔内积水;U形管不干净。 对应的解决方法如下:拆开U形管上方乳胶管,以洗耳球吹除管内的水；打开塔底排液阀放掉塔内积水；打开缓冲罐下面的小球阀，放掉其中积水;拆

除U形管,以铬酸洗液洗净。

2、影响吸收操作稳定性的因素有哪些?

答：影响吸收操作稳定性的因素有:空气的流速、氨气的压强和吸收剂(水)的流率以及温度。

3、吸收实验中,塔底液封液面应保持在什么位置？为什么?

答:塔底液封液面应控制在液位计观察管底端到塔底气体进口之间,保证液面可见。如果液面不可见(低于观察管底端）不能确保液封存在，可能造成气体短路而从塔底直接排出；如果超过进气管,压差计读数将偏高，压力表指针将跳动,吸收传质单元数计算结果将偏高。

4、从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量和吸收剂温度对吸收过程的影响 答：改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用的方法，当气体流率 不变

时，增加吸收剂流率，吸收速率 增加，溶质吸收量增加，则出口气体的组成 减小,回收率增大。当液相阻力较小时,增加液体的流量,传质总系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力 的增大引起,此时吸收过程的调节主要靠传质推动力的变化。当液相阻力较大时，增加液体的流量，传质系数大幅度增加,而平均推动力可能减小，但总的结果使传质速率增大,溶质吸收量增加。对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程的阻力 将随之减小，结果使吸收效果变好， 降低，而平均推动力 或许会减小。对于气膜控制的过程，降低操作温度，过程阻力 不

变,但平均推动力增大，吸收效果同样将变好