浙江大学化工原理(过程工程与控制乙)实验报告 吸收实验

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∆p与空塔气速 u 的关系曲线； 1.4 测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K y a。 2 实验装置： 2.1 本实验的装置流程图如图 1：
(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Va ml,则 ′ nNH 3 = 2(Va + Va ) ·Ma × 10-3 mol （11） 尾气样品中空气摩尔数nair 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 nair = P0 V0 /RT0 mol （12） 式中：P0 —尾气通过湿式流量计时的压力（由室内大气压代替） ，Pa； V0 —通过湿式流量计的空气量，l； T0 —通过湿式流量计的空气温度， K； R—气体常数，R=8314N·m/(mol·K)。 由式（10） （11）可求得nNH 3 和nair ，代人（9）即可得到Y2 ，根据得到的Y1 和Y2 ，由（7）即可得到GA 。 3.2.4 对数平均浓度差 ∆Ym ∆Ym = (∆Y1 − ∆Y2 )/ln⁡ (∆Y1 /∆Y2 ) （13） 其中：∆Y1 = = Y1 − mX1 ； ∆Y2 = Y2 X1 —出塔液相的组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B） ； 出塔液相浓度X1 可取塔底液相样品进行化学分析得到， 也可用物料衡算式 （ 7） 得到。 求得GA 、 ∆Ym ， 即可由式（6）得到K Y a。
PV 体 RT 273.15+22.5
=(1.6*1.15+101.3)*0.3912/8.314/(273.15+22.5)=0.01641 kmol/h；
nair=RT =101.3*1.26/8.314/(273.15+23)=0.05184mol；
Y1=
V 氨气 G
PV
=0.01641/0.3316=0.04950； =0.025*0.01*2/0.05184=0.00965；
Y2=
n 氨气 n
X1=L (Y1-Y2)=0.3316*(0.04950-0.00965)/1.664=0.00794； E=1011.468-1992/()273.15+25.8=63779； P=（2*1.22+0.20）/2+101.3=102.6kPa，P 为塔内平均压力； m=E/P=63779/102.6/1000=0.6315； ∆Ym = (∆Y1 − ∆Y2 )/ln⁡ (∆Y1 /∆Y2 )=
∗ Y1 − Y1
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
3 吸收实验
过程工程原理实验（乙）
吴钰龙
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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K Y a； 4.3 为使进塔气相浓度Y1 约为 5%， 须根据空气的流量来估算氨气的流量， 然后打开氨气钢瓶， 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 8-8-9.6 m3/h，水流量 则相对应为 30-36-30 l/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：776.30mmHg；填料层高度：41cm；填料塔内径：70mm；标准酸浓度：0.025M 5.2 原始数据记录： 项目 次序 空气转子流量计读数（m3/h） 空气温度（℃） 空气压力（1.6kPa） 氨气转子流量计读数（L/h） 氨气温度（℃） 氨气压力（1.6kPa） 水转子流量计读数（l/h） 塔顶底压差（kPa） 塔顶表压（kPa） 塔底液体温度（℃） 吸收瓶加酸量（ml） 脱氨后空气量（l） 脱氨后空气温度（℃） 5.3 数据处理： 塔截面积Ω = D2 =0.00385m2 P=P0+P 表
A KY a = Ω · h· Δ Ym
G
（6）
式中：K Y a—气相体积吸收系数，kmol/m3·h； a—单位体积填料层所提供的有效接触面积，m2/m3； GA —单位时间内氨气的吸收量，kmol/h； Ω —塔截面积，m2； h—填料层高度，m； ∆Ym —吸收推动力，气相对数平均浓度差。 为求得K Y a ，需求取GA 及ΔYm。 3.2.3 被吸收的氨气量GA ,可由物料衡算 GA = V Y1 − Y2 = L(X1-X2) 式中：V—惰性气体空气的流量，kmol/h；
4
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G=
PV 体 RT
=(1.6*0.90+101.3)*8.0267/8.314/(273.15+26.0)=0.3316 kmol/h；
L=ρ L0/M=998.2*30/18/1000=1.664 kmol/h； V 体·氨气=VN ρ0 P0 T/ρPT0 =300*0.001* 1.205 ∗ 101.3 ∗ 293.15∗0.702 ∗ (101.3 + 1.6 ∗ 1.15)=0.3912 m3/h； V 氨气=
V 体/ （m3/h） 8.0267 8.0254 9.6060 X1 0.00794 0.00659 0.00823
G/ (kmol/h) 0.3316 0.3316 0.3990 X2 0 0 0
L/ （kmol/h） 1.664 1.996 1.664 E 63779 64437 64437
V 体·氨气/ （m3/h） 0.3912 0.3915 0.4683 P/KPa 102.6 102.6 103.1
2 吸收实验
（7）
过程工程原理实验（乙）
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Y1 —进塔气相的组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B） ； Y2 —出塔气相（尾气）的组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B） ； X1—出塔液相组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B） ； X2=0； L—吸收剂水的流量，kmol/h。 3.2.3.1 进塔气相浓度Y1 的确定 Y1 =
V 氨气/ （kmol/h） 0.01641 0.01640 0.01975 m 0.6215 0.6279 0.6248
nair/ mol 0.05184 0.05102 0.03291 Δ Ym 0.02282 0.02320 0.02722
Y1
Y2
0.04950 0.04945 0.04949
E P
（2）
（3）
（4）
式中：E—亨利系数，Pa P—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： lg E= 11.468-1922 / T （5） 式中：T—液相温度（实验中取塔底液相温度） ，K。 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K Y a 体积吸收常数K Y a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据。本实验属于 低浓气体吸收，近似取 Y≈y、X≈x。 吸收速率方程为： GA = K Y a ·Ω ·h · ∆Ym 则
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专业：高分子
实验报告
姓名：_吴钰龙 学号：3071102691 日期：2009.10.23 地点：教十 2210
课程名称：过程工程原理实验（乙） 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：吸收实验 实验类型：工程实验 同组学生姓名：_张子宽、王浩、张宇 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
图 1.装置图
1 吸收实验
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2.2 物系：水—空气—氨气。惰性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 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： Q=Q N ρ0 P0 T/ρPT0 式中：ρ0 —标定状况下空气的密度，1.205kg/m3； ρ —被测气体在标定状况下下的密度，kg/m3； P0 、T0 —标定的空气状况，P0 = 1.013 × 105Pa，T0 =293K； P、T—实际测量时候被测气体的绝对压强、绝对温度，Pa，K。 3.2 体积吸收系数K Y a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： ∗ y = mx 相平衡常数 m 与系统总压 P 和亨利系数 E 的关系如下： m=
4 π
1 8 26.0 0.90 300 22.5 1.15 30 0.20 1.22 25.8 10 1.26 23.0
2 8 26.0 0.92 300 23.0 1.15 36 0.21 1.21 26.0 10 1.24 23.0
3 9.6 26.1 1.27 360 23.0 1.58 30 0.27 1.70 26.0 10 0.80 23.0
0.04950 −0.6315 ∗0.00794 −0.00965 ln 0.04950 −0.9315 ∗0.00794 /0.00965
G
=0.02282；
η =1-Y2/Y1=1-0.00965/0.04950=0.8052； KY a =
GA Ω· h· Δ Ym
=
0.3316 ∗（0.04950 −0.00965 ） 0.0385 ∗0.41 ∗0.02282
VA V
（8）
式中：VA —氨气的流量，kmol/h。 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Y1 。 3.2.3.2 出塔气相（尾气）的组成Y2 的确定 用移液管移取体积为 Va ml、浓度为 Ma mol/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。 Y2 = nNH 3 /nair （9） 式中：nNH 3 —氨气的摩尔数，mol； nair —空气的摩尔数，mol。 尾气样品中氨的摩尔数nNH 3 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 -3 nNH 3 = 2Va ·Ma × 10 mol （10）
η 0.8052 0.8018 0.6931
0.00965 0.00980 0.01519
KYa 366.9 359.2 318.5
计算示例（以第一组为例） ： V 体=VN ρ0 P0 T/ρPT0 =8* 101.3 ∗
吸收实验
273.15+26 293.15
∗ (101.3 + 1.6 ∗ 0.90)=8.0267 m3/h；