化工原理实验报告吸收实验要点.pdf

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1、广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 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 o um/s 为横坐标， 单位填料层压降 Z P mmH20/m为纵坐标， 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

2、，可知 Z P o u关系 为一直线， 其斜率约1.02，当喷淋量为L1时， Z P o u为一折线， 若喷淋量越大， 折线位置越向左移动，图中L2 L1。每条折线分为三个区段， Z P 值较小时为恒持 液区， Z P o u关系曲线斜率与干塔的相同。 Z P 值为中间时叫截液区， Z P o u曲 线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点A。 Z P 值较大时叫液泛区， 吸收实验 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 Z P o u曲线斜率大于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

3、塔效率最高。 图 2-2-7-1 填料塔层的 Z P o u关系图 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 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 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： mYaA YHKN（1） 式中： NA被吸收的氨量kmolNH 3/h； 塔的截面积m 2 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 3

4、h 被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算（见图2-2-7-2） ： )()( 2121 XXLYYVNA（2） 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 kmolNH 3/kmol 空气 Y2塔顶气相浓度 kmolNH 3/kmol 空气 X1，X2分别为塔底、塔顶液相浓度 kmolNH 3/kmolH20 由式（ 1）和式（ 2）联解得： m Ya YH YYV K )( 21 （ 3） 为求得 KYa 必须先求出 Y1、Y2和 Ym之值。 1、Y1值的计算： 02 01 1 98. 0 V V Y（4） 式中： V01氨气换算为标态

5、下的流量m 3/h V02空气换算为标态下的流量 m 3/h 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 0.98氨气中含纯NH3分数 对氨气： 21 21 01 02 0 0 101 TT PP P T VV（ 5） 式中： V1氯气流量计上的读数m 3/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 0标准状态下氨气的密度（ =0.769kg/m 3） 02标准状态下空气的密度（ =1.293kg/m 3） 对空气： 43 43 0 0 202

6、 TT PP P T VV（6） 式中： V2空气流量计读数m 3/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 H2SO4VSml ，把塔顶尾气通入吸收瓶中。 设从吸 收瓶出口的空气体积为V4ml 时瓶内 H2SO4Vs 即被 NH 3中和完毕， 那么进入吸收瓶 的 NH3体积 Vo3可用下式计算： 1.22 03 mlVNV SS （7） 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年

7、月日 实验内容指导教师 通过吸收瓶空气化为标准状态体积为： 5 5 0 0 404 ml T P P T VV（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： 04 03 2 V V Y（9） 3、塔底 X1Y*1的确定 由式（ 2）知： 2211 )(XYY L V X，若 X2=0，则得： )( 211 YY L V X（10） X1值亦可从塔底取氨水分析而得。设取氨水 VNml ，用浓度为 NS的 H2SO4 来滴定，中和后用量为VSml ，则：

8、 018.0 1 N SS V VN X（11） 又根据亨利定律知，与塔底X1成平衡的气相浓度Y1*为： 11 X P E Y（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： 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 液相浓度5%以下的 E 值 表 2-2-7-1 t（）0 10 20 25 30 40 E（大气压）0.293 0.502 0.778 0.947 1.25 1.94 或用下式计算： t E047.131143.0（13） 4、塔顶的X2Y2*的确定 因用水为吸收剂，故X2=0 ，所以 Y2*=0 5、 吸收平

9、均推动力Ym 2 11 211 ln )( Y YY YYY Ym（14） 6、吸收效率 %100 1 21 Y YY （15） 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600700（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

10、、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 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 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

11、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68 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2030mm 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68 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

12、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。 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 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

13、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。 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指

14、导教师 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 吸收装置流程图 六、原始数据记录表： （见下页） 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 七、数据处理表： 01 V 0.367 0.367 02 V 9.460 9.441 03 V 0.194

15、 0.194 04 V 5819.308 13723.371 1 Y0.0380 0.0381 2 Y0.0000334 0.0000142 1 X0.00305 0.00204 P1.232 1.234 1 Y0.00193 0.00128 m Y 0.00516 0.00468 99.912% 99.963% Ya K 501.128 554.192 A N0.0169 0.0170 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 八、举例计算： 以第一组数据为例计算： 367. 0 295293 783760 769. 0 293. 1 760 273 3. 0

16、 21 21 01 02 0 0 101 TT PP P T VV 460.9 294293 5.783760 760 273 10 43 43 0 0 202 TT PP P T VV 因为0088. 0 S N、1 S V，所以 194. 010088.01.221 .22 03SSV NV 308.5819 295 761 760 273 6280 5 5 0 0 404 T P P T VV 0380.0 460.9 367. 098.098.0 02 01 1 V V Y 0000334. 0 308.5819 194.0 04 03 2 V V Y 因446.0 4 .22 10

17、10004.22 1000 2 V V、556.5 18 100 18 水 L L，所以 00305.00000334.00380.0 556.5 446.0 )( 211 YY L V X 232.1 761 175 761 103.0 2 1 1 2 1 Ba PPPP 又778.0E，所以 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 00193.000305.0 232.1 778.0 11 X P E Y 00516.0 0000334.0 00193.00380.0 ln 0000334. 000193.00380.0 ln )( 2 11 211 Y

18、YY YYY Ym %912.99%100 0380.0 0000334. 00380. 0 %100 1 21 Y YY 00950. 0 1000 110 14.3 4 1 4 1 2 2 D 128.501 00516.0 1000 690 00950.0 0000334.00380.0446.0)( 21 m Ya YH YYV K 0169. 00000334.00380. 0446.0)( 21 YYVNA 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

19、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。 广 西 大 学 实 验 报 告 姓名 院专业班 年月日 实验内容指导教师 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

20、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