浙江大学化工基础原理试验-填料塔吸收试验报告

1、专业：姓名：学号：日期：2015.12.26地点：教十2109课程名称：过程工程原理实验（乙）指导老师：_叶向群成绩:实验名称：吸收实验实验类型：工程实验同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）三、主要仪器设备（必填）五、实验数据记录和处理二、实验内容和原理（必填）四、操作方法和实验步骤六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得填料塔吸收操作及体积吸收系数测定1实验目的：1.1 了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作；1.2 观察填料塔的液泛现象，测定泛点空气塔气速；1.3 测定填料层压降AP与空塔气速u的关系曲线;1.4 测定含氨空气一水系统的体积吸收系数Kya。2实验装置：2.1 本实验的装

2、置流程图如图1:M(I1-IWtS；2-*iKF矍二奖世量针*X4-派最计1空气斯5-流量针包三打&看望例7-MJh力我.言-卦FRU长用h9-MF罐冲t*iI。-淞弋西?i31i-iJt*TBii1%与旄第工13二%I5.I0U望苇仄胃I7机|*30-汨噌计小-波两计IIIKI"制埼收埠fT代年机喊噬承儆”定实也构重迳修苏选RK2.2 物系：水一空气一氨气。惰，f气体由漩涡气泵提供，氨气由液氮钢瓶提供，吸收剂水采用自来水，他们的流量分别通过转子流量计。水从塔顶喷淋至调料层与自下而上的含氮空气进行吸收过程，溶液由塔底经过液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排

3、至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。3基本原理：3.1 填料层压力降*与空塔气速u的美票气体通过干埴料层时（喷屏密度上=0），其压力降AF与空塔气通处圈2中直线所示，此直域斜率约为1国与气体以湍流方式通过管道时AP与"的关系相仿,如图2可知，当气速在上点以卜时,在一定喷淋密度卜；由于持液盘增加而使空隙率减小,使得填料层的压皆随之增加.M由此时气体对液腰的流动无明显影响.在一定喷淋涛度匕计液量不随气速变化.故其2H关系与干填料相侪.在一定喷淋密度党气速增大至一定程度时，随气速搪大.液膜增厚，即出现"拦液状态,如图2中/.点以上），此时气体通过填料层的流动

4、阻力剧堵：若气速斛续加大.喷淋藏的卜流严重受阻.使极具的液体从填料表面护展到整个填料层空间.谓之“液泛状态F如图2中户点以上）.此时气体的流动阻力总剧喇加.图2中产点即为泛点.与之相对应的气速u称为泛点气速.Lj>L，>L'uTmsffl2康料塔压降M与空塔气速u的关系实验中气体流量由转子流量计测量。但由于实验测量条件与转子流量计标定条件不一定相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。校正方法如下：2心底式和Qs气体或际流欧小j或UIV0丫一气体流量计读数削力或L/h4,”标定气体的标定状况，8=1.013x103%,几=293K心,八破测气体的绝时压强t葩对温度，PqJ&#

5、163;3.2 体积吸收系数的测定3.2.1 相平衡常数m对相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系为：尸.=如相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下：Em=-P式中：E亨利系数，PaP一系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa亨利系数E与温度T的关系为：lgE=11.468-1922/T式中：T一液相温度（实验中取塔底液相温度），Ko根据实验中所测的塔顶表压及塔顶塔底压差p,即可求得塔内平均压力P。根据实验中所测的塔底液相温度T,利用式（4）、（5）便可求得相平衡常数m。3.2.2 体积吸收常数体积吸收常数是反映填料塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依

6、据。本实验属于低浓气体吸收，近似取Y"V、X"x。口小匕式中，K严气相体枳曝收系数，17H/m'人】口单位体枳填科层所盘供的白效传顺血枳.切工/用'；q一事位时间内曲，的吸收埴，&加）/4:0塔截面枳，A填料层高度,用；匕一包相传质推动力.气相对数平均浓度差.3.2.3 被吸收的氨气量，可由物料衡算（X1-X2）式中：V一惰性气体空气的流量，kmol/h;一进塔气相的组成，比摩尔分率，kmol（A）/kmol（B）;一出塔气相（尾气）的组成，比摩尔分率，kmol（A）/kmol（B）;Xi一出塔液相组成，比摩尔分率，kmol（A）/kmol（B）;X

7、2=0；L吸收剂水的流量，kmol/h。3.2.3.1 进塔气相浓度的确定式中：一氨气的流量，kmol/ho根据转子流量计测取得空气和氨气的体积流量和实际测量状态（压力、温度）。应对其刻度流量进行校正而得到实际体积流量，再由气体状态方程得到空气和氨气的摩尔流量，并由式（8）即可求取进塔气相浓度。3.2.3.2 出塔气相（尾气）的组成的确定用移液管移取体积为Vaml、浓度为Mamol/l的标准硫酸溶液置于吸收瓶中，加入适量的水及2-3滴百里酚兰（指示剂），将吸收瓶连接在抽样尾气管线上（如装置图）。当吸收塔操作稳定时，尾气通过吸收瓶后尾气中的氨气被硫酸吸收，其余空气通过湿式流量计计量。为使所取尾气

8、能反映塔内实际情况，在取样分析前应使取样管尾气保持畅通，然后改变三通旋塞流动方向，使尾气通过吸收瓶。式中：一氨气的摩尔数，mol;一空气的摩尔数，mol。尾气样品中氨的摩尔数可用下列方式之一测得：（i）若尾气通入吸收瓶吸收至终点（瓶内溶液颜色由黄棕色变至黄绿色），则10-3mol（ii）若通入吸收瓶中的尾气已过量（瓶中溶液颜色呈蓝色），可用同样标准硫酸溶液滴定至终点（瓶中溶液呈黄绿色）。若耗去酸量为ml,则10-3mol尾气样品中空气摩尔数的求取尾气样品中的空气量由湿式流量计读取，并测定温度mol式中：一尾气通过湿式流量计时的压力（由室内大气压代替），Pa;通过湿式流量计的空气量，l;通过湿式

9、流量计的空气温度，K;R一气体常数，R=8314Nm/（molK）。由式（10）（11）可求得和，代人（9）即可得到，根据得到的和，由（7）即可得到。3.2.4 对数平均浓度差；=工一叫式中工甲.Y*一叮液相深度&相对应的气相平衡液度.4实验步骤：4.1 先开启吸收剂（水）调节阀，当填料充分润湿后，调节阀门使水流量控制在适当的数值，维持恒定；4.2 启动风机，调节风量由小到大，观察填料塔内的流体力学状况，并测取数据，根据液泛时空气转子流量计的读数，来选择合适的空气流量，本实验要求在两至三个不同气体流量下测定；4.3 为使进塔气相浓度约为5%,须根据空气的流量来估算氨气的流量，然后打开氨

10、气钢瓶，调节阀门，使氨气流量满足要求；4.4 水吸收氨，在很短时间内操作过程便达到稳定，故应在通氨气之前将一切准备工作做好，在操作稳定之后，开启三通阀，使尾气通入吸收瓶进行尾气组成分析。在实验过程中，尤其是测量时，要确保空气、氨气和水流量的稳定；4.5 改变气体流量或吸收剂（水）流量重复实验：本次实验，控制空气流量分别为8-8-9.6m3/h,水流量则相对应为30-36-30l/h;4.6 实验完毕，关闭氨气钢瓶阀门、水调节阀，切断风机电源，洗净分析仪器等。5实验数据处理：5.1大气压102400Pa室温11.5填料层高度40.5cm塔彳570mm硫酸10ml浓度0.03mol/l液泛气速11

11、-12m3/h5.2原始数据记录：体积吸收系数实验单位组1-1组1-2组2-1组2-2组3-1组3-2空气流量计读数m3/h88889.59.5空气温度C12.112.212.312.2512.412.4空气表压kPa1.221.221.151.221.871.88氨气流量计读数m3/h0.30.30.30.30.360.36氨气温度C12.41212.3121212.1氨气表压kPa1.251.251.271.281.91.92水流量计读数L/h303036363030塔顶底压差kPa0.410.40.410.420.570.56塔顶表压kPa0.770.780.750.761.281.23

12、塔底液温C11.411.511.411.511.5511.5塔顶气相浓度分析吸收瓶加酸量mL101010101010脱氨后空气量L4.794.815.175.434.084.03脱氨后空气温度C1212121212125.3数据处理：塔截面积=-D2=0.00385m2P=P0+P表41-11-22-12-23-13-2V体8.12728.12848.13268.12919.62539.6253G0.35510.35500.35480.35500.42270.4227L1.6671.6671.6671.6671.6671.667V体氨气0.30490.30460.30480.30460.364

13、50.3645nair0.20690.20780.22330.23450.17620.1741Yi0.037480.037490.037530.037520.037940.03793Y20.00290.002890.002690.002560.003410.00345Xi0.007370.0073680.0074150.0074450.0087560.008743X2000000E293412950729341295072959129507.5P103.375103.38103.355103.34103.965103.91m0.28380.28540.28390.28550.28460.284

14、0AYm0.012990.012970.012700.012500.013680.01373刀0.92260.92290.92830.93180.91010.9090KYa60.6260.7462.4263.6868.4368.08KYa平均60.6863.0568.255AP-u数据表格以及关系曲线图APkpa0.410.40.410.420.570.56um/s0.058640.058650.058680.058650.069450.06945口一口曲线0.063Q.Q63由图表可知，大概的液泛点气速为0.06945m/s.计算示例（以组1-1为例）、，P0T102.4*(273.1512

15、.1).V体=VnJ=8*=8.1272m3/h;:PT。273.15*(102.41.22)PV体RT(102.41.22)*8.1272(273.1512.1)*8.314=0.3551kmol/hL=pL0/M=999.7*30/18/1000=1.667kmol/h;一P0TV体氨气=Vni=0.3*PT0102.4*(273.1512.4)=0.3049273.15*(102.41.25m3/h;PV体(102.41.25)*0.3049V氨气=0.01331kmol/h;RT(273.1512.4)*8.314PVnair=102.4*4.79/8.314/(273.15+12)=

16、0.2069mol;V氨气Y1=0.01331/0.3551=0.03748;Gn氨气Y2=0.03*0.01*2/0.2069=0.0029;nGX1=(Y1-Y2)=0.3551*(0.03748-0.0029)/1.667=0.00737;11.4681992/T11.4681992/(273.1511.4)E=10=10=29341;P=(2*0.77+0.41)/2+102.4=103.375kPa,P为塔内平均压力;m=E/P=29341/103.375/1000=0.2838;Y1Y2Y1mXY20.037480.00737*0.28380.0029Ym=0,01299:T,Y1

17、,Y1,0.037480.00737*0.2838'lnlnlnY2Y20.0029y=1-Y2/Y1=1-0.0029/0.03748=0.9226;，/Ga0.3551*(0.037480.0029)KYa=60.62*h*Ym0.0385*0.405*0.012296结果分析、讨论：1本次实验分别通过改变吸收剂流量或者空气流量+氨气流量来讨论对吸收的影响。从实验数据处理的结果可以看出，第1组和第2组之间，空气氨气流量不变，增大水的流量20%,出口气体浓度变小，体积吸收系数变大；而第1组和第3组之间，水流量保持不变，增大空气和氨气流量20%,出口气体浓度变大，体积吸收系数也跟着变大

18、，且大得多。根据氨气易容于水的性质，理论上氨气应该属于气模控制，而根据化工原理理论知识，气模控制的时候，增大吸收剂流量时，出口气体浓度减小，吸收率增大，Kya增大；当增大气体流速时，出口气体浓度增大，吸收率减小，Kya也增大，且比前者要大得多。结论：根据实验数据可以看出，本次实验得到的结果相对来说是比较准确的。实验比较理想。2从实验基本数据可以看出，不论是改变吸收剂流量或是空气流量，实验中测得的塔底液体温度和脱氨后空气温度发生变化，且者波动很小，随着气体或者吸收剂流量的改变，脱氨后空气温度也会发生变。3从实验数据处理结果可以看出，当保持空气流量不变而增大水流量时，吸收效率提升，不是很大；而相反地，保持水流量不变，增大空气流量时，吸收效率大幅度下降。7思考题：1测定体积吸收系数kya和Ap-u有什么实际意义？曲线是描述流体力学的特性也是吸收设备主要参数，为了计算填料塔的动力消耗也需流体力学特性，确定填料塔适宜操作范围及选