化工专业实验教案-气体吸收实验

滨州学院教案第次课学时章节气体吸收实验教学目的和要求1．了解填料吸收塔的基本流程及设备结构，并练习操作。2．了解填料塔的流体力学性能。3．学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。4．掌握以△Y为推动力的总体积吸收系数KYa的测定方法。重点难点填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法吸收系数KYa的测定方法教学进程(含章节教学内容、学时分配、教学方法、辅助手段)基本原理1．流体力学性能压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填；料层压强降的大小决定了踏的动力消耗。压强降与塔内气、液相流量有关。2．传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。对于相同的物系及一定的设备，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。本实验所用的空气—氨混合气体中氨的浓度很底，所得吸收液的浓度也不高。吸收过程为低浓度吸收，气—液平衡关系服从亨利定律，可用方程式Y*=mX表示。又因是常压操作，相平衡常数m值仅是温度的函数。①NOG、HOG、KYa、φA可依下列公式进行计算NOG=（Y1-Y2）/△Ym△Ym=（△Y1-△Y2）/ln(△Y1/△Y2）HOG=Z/NOGKYa=V/(HOG*Ω)φA=（Y1-Y2）/Y1式中Z——填料层的高度，m；HOG——气相总传质单元高度，m；NOG——气相传质单元数，量纲为1；Y1，Y2——进、出口气体中溶质组分对惰性组分的摩尔比，kmol（A）/kmol（B）；△Ym——所测填料层两端面上气相总对数平均推动力的值；△Y2，△Y1——分别为填料层上、下两端面上气相推动力△Y1=Y1-mX1，△Y2=Y2-mX2X2，X1——进、出口液体中溶质组分对溶剂组分的摩尔比，kmol（A）/kmol（S）；m——相平衡常数，量纲为1；KYa——气相总体积吸收系数，koml/（m3·h）；V——空气的千摩尔流率，kmol（B）/h；Ω——填料塔截面积，m2；Ω=π*D2/4；φA——混合气中氨被吸收的百分率，量纲为1。②操作条件下液体喷淋密度的计算喷淋密度U=流体流量[m3/h]/塔截面积[m2]最小喷淋密度经验值Umin为0.2m3/（m2·③相平衡常数m的确定。本实验为低浓度吸收，当操作温度压力一定时，m为常数。液相浓度5%以下时，系统的相平衡常数与温度的关系如下：温度/℃01020253040m0.2930.5020.7780.9341.2501.938预习要求1.熟识气体吸收流程、了解各设备的名称、仪表名称、作用、原理，熟悉各阀门的对应状态；2.简述实验原理；3.基本掌握实验步骤。实验装置与流程实验步骤及注意事项填料塔流体力学测定操作（注：不需要打开氨气）启动离心泵，打开阀10，调节阀9使流量到最大。开动空气系统，调节旋涡气泵流量，慢慢加大气速到液泛，观察液泛现象。固定某一液量，测定不同气速下的填料压降。2.传质系数测定的操作1）调节水流量、空气流量到实验值，稳定后依次打开氨气钢瓶、氨稳压阀，再调节氨气流量到一定值。一般氨气在原料中的浓度为2%~10%（体积）。记录尾气压力、塔压降、湿式流量计流量、空气温度、混合气温度、水温、吸收液温度，操作稳定20分钟后进行尾气分析。注：氨钢瓶出口压力必须小于10公斤（氨瓶温度小于30度），以确保稳压阀及管线安全。2）尾气浓度测试方法①将三通阀1至于不导通位置，读湿式流量计的当前数值，并记录。②打开尾气吸收管上部的磨口塞，用移液管加入2～4ml标准稀硫酸到吸收管内，（浓度约0.005～0.008M③转动阀1与尾气入口相通，让尾气通过吸收管鼓泡，控制阀1的开度，使尾气成单个气泡连续不断进入吸收管，注意观察吸收液的颜色，当吸收液刚改变颜色时（由红变黄），表示吸收到达终点，应立即将阀1至于不导通位置，读取湿式流量计终示值。④将阀4打开，用锥形瓶取样。进行滴定。（注：标准稀硫酸约为0.05～0.08M）⑤按①～③步骤测原料气含量。⑥按实验要求，可改变气量和液量，记录不同实验条件下的实验结果。⑦停止实验，先关闭氨气钢瓶，再关闭稳压阀，然后将水、空气流量调至零后，再关闭水泵和气泵。注意事项：（1）打开氨气钢瓶总压之前，确定减压阀处于关闭状态，打开后，最好控制减压阀的压力为0.2MPa，不能过高，防止氨气玻璃转子流量计爆炸伤人。（2）操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定后方能读取有关数据；（3）通过六通阀在线进样进行色谱分析时，进样前要让待测气体连续吹扫取样管线一段时间（不少于5分钟）。实验数据记录与处理一、流体力学性能的测定：(一)填料塔主要尺寸：塔内径：89mm，横截面积＝0.006218m2填料高度：400mm(二)原始数据记录及处理：1、干塔：序号空气流量V压降△p(mmH2O)空塔气速u单位填料层高度压降△p/Zm3/hrU型压差计读数m/smmH2O/m全塔压差塔釜压力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喷淋密度U=0.00447m/s序号空气流量V压降△p(mmH2O)空塔气速u单位填料层高度压降△p/Zm3/hrU型压差计读数m/smmH2O/m全塔压差塔釜压力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喷淋密度U=0.00670m/s序号空气流量V压降△p(mmH2O)空塔气速u单位填料层高度压降△p/Zm3/hrU型压差计读数m/smmH2O/m全塔压差塔釜压力1599-985-10.22342.5210104-9510+40.446722.5315105-9223+160.670132.5420106-9231+250.893535525108-9043+371.116845(三)数据处理公式举例：喷淋密度空塔气速单位填料层压降二、吸收系数KYa的测定：1.原始数据：操作塔负荷及温度气体浓度分析吸收用标准稀硫酸溶液的体积：v0=ml水的流量：L=L/hr标准稀硫酸溶液的浓度：c=M氨气流量：v=m3/hr温度（℃）湿式流量计读数（L）空气流量：V=m3/hr起始读数v1终了读数v2吸收液温度：t1=℃进气：进水温度：t2=℃尾气：空气温度：t=℃吸收液：取样体积：v1=10ml消耗标准稀硫酸的体积：vd=ml2.数据处理：（1）Y1、Y2的计算：进气含量：尾气含量：（2）X1、X2的计算：吸收液中氨的含量：（3）Y1*、Y2*的计算：吸收液平均温度：℃则：（查自天津大学《化工原理》下册）（4）吸收率的计算：（5）填料层上下两端面上气相推动力的对数平均值：（6）气相总传质单元数：（7）气相总传质单元高度HOG（米）：（8）气相总体积吸收系数KY