二氧化碳吸收实验报告

二氧化碳吸收实验报告
广西大学实验报告
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实验内容吸收实验指导教师
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。

假设以空塔气速
u[m/s]为横坐标，单位填料层压降
o
P
Z
[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，可知
P
Z
~uo关系
为一直线，其斜率约1.0—2，当喷淋量为L1时，
P
Z
~uo为一折线，假设喷淋量越大，
折线位置越向左移动，图中L2＞L1。

每条折线分为三个区段，
P
Z
值较小时为恒持
液区，
P
Z
~uo关系曲线斜率与干塔的相同。

P
Z
值为中间时叫截液区，
P
Z
~uo曲
线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点A。

P
Z
值较大时叫液泛区，
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P
Z
~uo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，此时塔效率最高。

图2-2-7-1填料塔层的P
Z
~uo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。

假设气相中氨的浓度较小，那么氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收
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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：
NAKHY〔1〕
Yam
式中：NA——被吸收的氨量[kmolNH3/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
·h]
被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算〔见图2-2-7-2〕：
NAV(Y1Y2)L(某1某2)〔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[kmolNH3/kmol空气]
Y2——塔顶气相浓度[kmolNH3/kmol空气]
某1，某2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolNH3/kmolH20]
由式〔1〕和式〔2〕联解得：
K
V
(Y1Y2
)
YaHY
m
〔3〕
为求得KYa必须先求出Y1、Y2和Ym之值。

1、Y1值的计算：
0.98V
01
Y〔4〕
1
V
02
3
式中：V01——氨气换算为标态下的流量[m
/h]
V02——空气换算为标态下的流量[m
3/h]
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0.98——氨气中含纯NH3分数
对氨气：
TPP
00212
VV〔5〕
01TT
1
P
00112
3/h]式中：V1——氯气流量计上的读数[m
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：
TPP
034
VV〔6〕
022
PTT
034
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：
V0322.1NSVS[ml]〔7〕
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通过吸收瓶空气化为标准状态体积为：
TP
05
V04V[ml]〔8〕
4
PT
05
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：
V
03
Y〔9〕
2V
04
3、塔底某1~Y某1确实定
由式〔2〕知：
V
某1(YY)某，假设某2=0，那么得：
122
L
V
某1(Y1Y2)〔10〕
L
某1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]，那么：
N`V`
SS
某0.018〔11〕
1
V`
N
又根据亨利定律知，与塔底某1成平衡的气相浓度Y1某为：E
Y1某〔12〕
1
P
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：
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液相浓度5%以下的E值
表2-2-7-1
t〔℃〕010********
E〔大气压〕0.2930.5020.7780.9471.251.94或用下式计算：
t
E0.311431.047〔13〕
4、塔顶的某2~Y2某确实定
因用水为吸收剂，故某2=0，所以Y2某=0
5、吸收平均推动力ΔYm
(YY)Y
112
Ym〔14〕
YY
11
ln
Y
2
YY
12
6、吸收效率η100%
Y
1
〔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
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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〕翻开旁路阀8，关闭空气流量调节阀11，启动风机7，慢慢翻开阀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，慢慢翻开阀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，慢慢翻开
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。

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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，翻开
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，慢慢翻开调节阀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、尾气分析方法是翻开取样旋塞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。

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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、别离水三角瓶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〕
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七、数据处理表：
V0.3670.367
01
V9.4609.441
02
V0.1940.194
03
V5819.30813723.371 04
Y0.03800.0381
1
Y0.00003340.0000142 2
某0.003050.00204
1
P1.2321.234
Y0.001930.00128
1
Y0.005160.00468
m
99.912%99.963% K501.128554.192
Ya
N0.01690.0170
A
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实验内容指导教师八、举例计算：
以第一组数据为例计算：TPP
00212
VV
01TT
1
P
00112
0.3
273
760
1.293
0.769
760 293
783
295
0.367
TPP 034
VV
02TT 2
P
034
10
273
760
760 293
783.5
294
9.460
因0.0088
N、VS1，所以
S
V0322.1NSVS22.10.008810.194 TP
05
VV
04T
4
P
05
6280
273
760
761
295
5819.308
Y
1
0.98V
01
V
02
0.98
0.367
9.460
0.0380
Y
2
V
03
V
04
0.194
5819.308
0.0000334
V100010100
L2
水
因0.446
V、L5.556，所以
22.4100022.41818
某
V
1(Y1Y2
L
)
0.446
5.556
0.0380
0.0000334
0.00305
P
1
PaPP
B
2
1
1
2
0.3
10
761
175
761
1.232
又E0.778，所以
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E
Y1某
P
1
0.778
1.232
0.003050.00193
Ym
(Y
1
ln
Y
)
Y
1
1
Y
1
Y
2
Y
2
0.0380
ln
0.00193
0.0000334
0.03800.00193 0.0000334
0.00516
Y
1
Y
1
Y
2
100%
0.0380 0.0000334
0.0380
100%
99.912% 1
4
D
2
1
4
3.14
110
1000
2
0.00950
K
V(Y1Y2)
YaHY
m
0.446
0.0380
690
1000
0.00950
0.0000334
0.00516
501.128
NAV(Y1Y2)0.4460.03800.00003340.0169同理，课求得其它组数据。

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九、讨论：。