化工原理实验_吸收实验

Y1
VNH3 Vair
Y2
2MH2SO4 VH2SO4 22.4 V量气管 （T0 T量）
X2 0
X1
2M V H2SO4
H 2 SO4
V样 品 1000
18
m 6104 t 2 0.0123 t 0.2931 Y1* mX1
Y2* 0
Ym
Y1 Y2 ln Y1 Y2
(Y1 Y1* ) (Y2 Y2* )
吸收液的取样可用塔底6的取样口进行。填料层压 降用∪形管压差计13测定。
五、操作要点—填料塔流体力学测定操作（1）
这项操作不要开动氨气系统，仅用水和空气进行 操作即可。
1、测定干填料层 p Z－ u关系曲线：
1）润湿填料。先开动供水系统（大约30l/h）， 然后全开空气流量调节阀 2，启动鼓风机，用阀2 调 节进塔的空气流量。慢慢加大气速到接近液泛，之后 再全开阀 2，关闭供水系统，目的是使填料全面润湿 一次。
Ln
Y1 Y2
Y1* Y2*
V V air air
M air
四、实验流程
图1.填料吸收塔实验装置流程示意图 1-鼓风机、 2-空气流量调节阀、 3-空气转子流量计、 4-空气温度、 5-液封管、 6-吸收液取样口、 7-填料吸收塔、 8-氨瓶阀门、 9-氨转子流量计、 10-氨流量调节阀 11-水转子流量计、 12-水流量调节阀、 13-U型管压差计、 14-吸收瓶、 15-量气管、 16-水准瓶、 17-氨气瓶、 18-氨气温度、 20-吸收液温度、 21-空气进入流量计处压力
(273 t)1.013105 Vair V1 (273 20) (1.013105 9.81 p)
VNH3 V2
air (273 t ) NH3 (273 20)
相关计算公式 符号说明详见实验教材
air 1 105 t 2 0.0046t 1.2924 NH3 7106 t 2 0.0027t 0.7603
若某量气管内已充满空气，但吸 收瓶内未达到终点，可关闭对应的三 通旋塞，读取该量气管内的空气体积， 同时启用另一个量气管，让尾气继续 通过吸收瓶。
尾气浓度测定方法
（5）尾气浓度 Y2计算 因为氨与硫酸中和反应式为:
2NH3＋H2SO4＝(NH4)2SO4 所以到达化学计量点(滴定终点)时,被滴物的摩尔数
3、流量调节及参数测定。先调节好空气流量和水 流量，打开氨气瓶总阀8调节氨流量，使其达到需要值， 在空气、氨气和水的流量不变的条件下操作一定时间， 待过程基本稳定后,•开始记录各相关数据，并按下述方 法分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。
五、操作要点（注意点）
1、启动鼓风机前，务必将空气流量调节阀2全开。 同理，实验完毕要停机时，也要将此阀全开，待转子 降下来以后再停机，如果突然停机，气流突然停止， 转子就会猛然掉下，打坏流量计。
填料压降 p 之Z 间的关系，将结果标绘在双对数坐标纸 上，求出干塔曲线斜率并与理论值相比较。
（2）测定喷淋量L=40L/h（湿塔）时，空塔气速u 与
每米填料压降 p 之Z 间的关系，将结果与干塔曲线标绘在 同一张双对数坐标纸上，定出该喷淋量下的载点、
二、实验任务
泛点的位置及3个流动区域的划分，并深入探讨流体 力学性能及测定流体力学性能曲线的工程意义。
三、实验原理 —— 填料塔流体力学特性
从图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明气液
两相流动的相互影响开始出现。压降－气速线向上弯曲，
斜率变徒（图中cd段）。
当气体增至液泛点（图
液 泛
中d点，实验中可以目测出）
点
后，在几乎不变的气速下，
压降急剧上升，此时液相
完全转为连续相，气相完
载点
全转为分散相，塔内液体
kmol/(m3•h)； Y1、Y2 ——塔底、塔顶混合气中溶质与惰性气体的摩尔比； Y1*、Y2*——平衡时的气相摩尔比。 Ym —— 平均浓度差
三、实验原理
2、传质系数的测定方法
由上式可见，要测定 KY值a ，应把公式右边各项分 别求出。在本实验中，塔直径 、D填料层高度Z为已 知， V、 Y由1 测定进气中的空气量和氨量求出； 由Y2 滴定法测定，Ym 中的 Y1* 和 Y2*可用平衡关系式 求出。下面介绍整理数据的步骤。
五、操作要点
液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升， 切不可使气速过分超过泛点。出现液泛现象时，仍 需继续测三组数据。 然后在对数坐标纸上标出液
体喷淋量为40L／h下的p Z －u 关系曲线，确
定液泛气速并与观察到的液泛气速相比较。 建议空气转子流量计的读数按3、4、5、
6……的顺序递增，接近液泛时，进塔气体量可缓 慢增加，比如按0.5来递增 。
风机
阀门
放空口
（在正面）
实验流程介绍
氨气流量由阀10调节,然后进入空气管道与空气混 合后进入吸收塔7的底部,水由自来水管经水转子流量 计11,水的流量由阀12调节,然后进入塔顶。
分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶16的位置，将 塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。 在吸入塔顶尾 气之前，预先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸， 用于吸收尾气中的氨。
1、气相总体积吸收系数 KY a的计算公式（低浓度）。
KYa
G H OG
V
HOG ( / 4) D2
Z HOG NOG
N OG
Y1 Y2 Ym
Ym
Y1 Y2 ln Y1 Y2
(Y1
Y1* ) (Y2 Y2* )
Ln
Y1 Y2
Y1* Y2*
三、实验原理
式中 G ——混合气体通过塔截面的摩尔流速，kmol/ (m2•h)； V ——空气的摩尔流量，kmol/h z —— 填料层高度[m] KY a—— 以 为Y推动力的气相体积总传质系数，
——填料层高
u
Vair
3600 /
4D2
(273 t)1.013105 Vair V1 (273 20) (1.013105 9.81 p)
式中：u ——空塔气速， m3/(m2s)即m/s ； Vair——操作条件下空气的流量，m3/h； D ——塔的直径，m。（其它符号说明略）
三、实验原理 —— 气相体积总传质系数 KY a 的测定
五、操作要点—总传质系数测定的操作
1、氨气流量的确定。选泽适宜的空气流量和水流 量(建议水流量为30L／h)•，根据空气转子流量计的 读数，为保证混合气体中氨组分为0.02-0.03左右摩 尔比，计算出氨气流量计流量读数。例如，空气转 子流量计的读数为5m3/h，则氨气流量计的流量读 数可以设为0.1-0.15 m3/h。
空气流量计 水、氨气流量计 空气、吸收液温度计
填料塔 喷淋头 填料
水准瓶 量气管
空气流量调节阀 填料塔压差 吸收瓶
空气压差
实验流程介绍
空气由鼓风机1送入空气 转子流量计3计量,空气通 过流量计处的温度由温度 计4测量,空气流量由放空 阀2调节,氨气由氨瓶送出,• 经过氨瓶总阀8进入氨气转 子流量计9计量,•氨气通过 转子流量计处温度由实验 时大气温度代替。
（2）用移液管向吸收瓶内装入 5mL浓度为0.005Ｍ左右的硫酸并加入 1─2滴甲基橙指示液（如右图所示）。
（3）将水准瓶移至下方的实验架 上，缓慢地旋转三通旋塞，让塔顶尾气 通过吸收瓶。旋塞的开度不宜过大，以 能使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动为限。
尾气浓度测定方法
（4）从尾气开始通入吸收瓶起就必需始终观察瓶内液 体的颜色变化,•中和反应达到终点时（如下图所示）立即 关闭三通旋塞,•在量气管内水面与水准瓶内水面齐平的条 件下读取量气管内空气的体积。
2、氨气系统的开动方法。事先要弄清氨气自动减 压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松， 使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶的瓶顶 阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值。
五、操作要点—总传质系数测定的操作
接着先关闭氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓 压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，同时注视低压氨气 压力表示值，达到0.05～0.08（MPa），（即0.5或 者0.8kgf/cm2）时即可停止。然后用转子流量计前的 调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统 的步骤和开动步骤相反。
化工原理实验
吸收实验
福州大学化工原理实验室 二○○六年九月
福州大学化工原理实验室
实验五
吸收实验
一 实验目的 二 实验任务 三 实验原理 四 实验流程
五 操作要点 六 浓度分析 七 报告要求 八 方案设计
吸收实验装置
一、实验目的
熟悉填料吸收塔的结构与操作方法。 掌握气相总体积传质系数 KY a 的测定方法。
（3）固定液相流量为30L/h，进塔混合气中氨气的浓 度控制在 Y1＝0.02～0.03范围内，在液泛气速以下取两 个相差较大的气相流量并要求进塔氨气浓度必须一样,分 别测定塔的传质能力（传质单元数NOG和回收率 ） A和传 质效率（传质单元高度HOG和体积吸收总系数 KY）a 。并 对两次传质实验的 、Y2 和 A 值KY进a 行分析比较讨论； 以及对物料衡算的结果进行分析讨论。
返混和气体的液沫夹带现 象严重，传质效果极差。
u
图1 填料层压降～空塔速度的关系图
三、实验原理 —— 填料塔流体力学特性
测定填料塔的压降和液泛气速的实验可用空气和水。
在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据，
直至刚出现液泛时为止。
（1）每米填料层的压降 p z
p ——填料层压差，mmH2OZ； 度（m2。）空气的空塔气速
五、操作要点—填料塔流体力学测定操作（1）
2）参数测定。用阀2 调节进塔的空气流量。按 空气流量从小到大的顺序进行实验，分别读取空气转 子流量计的读数、对应空气流量的压强降、空气流量 计处空气温度和填料层的压降 p ,•然后在对数坐标 纸上以空塔气速u为横坐标,以单位高度的压降 p Z为 纵坐标，标绘干填料层 p Z－ u关系曲线。
通过实验了解 p －Z 曲u线和 对KY工a 程设计的
重要意义。 要求按论文格式撰写实验报告，以培养文献资 料的查阅能力和科技论文的写作能力。
二、实验任务
填料吸收塔综合型实验任务书
利用实验室现有的拉西环填料吸收塔（填料层高度、 塔径均已知），完成以下流体力学性能及传质性能的测 定：
（1）测定喷淋量L=0（干塔）时，空塔气速u 与每米
三、实验原理 —— 填料塔流体力学特性
测定填料塔的压降和液泛气速是为了计算填料塔所需 动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择合适的气 液负荷。
气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流 动引起的压降规律相一致。
在双对数坐标系中以p z 对 u 作图得到一条斜率为
1.8～2的直线，如下图中所示的aa段直线。当有喷淋量 时，在低气速时（c点以前）压降也比例于气速的1.8～ 2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。 随气速增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大。
建议空气转子流量计的读数分别取3、5、7、9、 11、13、15、17、19、21共10个数据点。
五、操作要点—填料塔流体力学测定操作（2）
2、测定某喷淋量下填料层 p Z －u 关系曲线：
将水喷淋量调节为40L／h，用上面相同的方 法读取空气转子流量计的读数、对应空气流量的压 强降、空气流量计处空气温度和填料层的压降△P,• 并注意观察填料表面气液接触状况。接近液泛时， 进塔气体量应缓慢增加。要注意，此时压降变化是 一个随机变化过程，无稳定过程，因此读取数据和 调节空气量的动作要快，否则测出的曲线会不完整。
VH─2SO硫4 酸溶液的体积, ml（取5ml) V量─气量筒 气管内空气的总体积, ml
2、测定干填料压强降时，塔内填料务必事先润 湿一遍。
3、做传质实验时，水流量不能超过40L／h，否 则尾气的氨浓度极低，给尾气分析带来麻烦。
4、两次传质实验所用的进气氨浓度尾气浓度分析方法: （1）排出两个量气管内的空气，使其中水面达到最上
端的刻度线零点处,并关闭三通旋塞。
和滴nN定H3 剂的摩尔数
之n比H 2为SO 4:
nNH3∶ nH2SO4 ＝2∶1
nNH3 2nH2SO4 2M H2SO4 •VH2SO4
尾气浓度的计算
Y2
nNH3 n空 气
2M V H2SO4
H2SO 4
（V量气管
T0 T量
)
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22.4
式中: nNH3 n空 气 ─分别为NH3和空气的摩尔数,mol M─H2硫SO4酸溶液体积摩尔浓度, mol溶质／L溶液