浙江大学化工原理实验 - 填料塔吸收实验报告分析解析

过程工程原理实验（乙）

专业： 实验报告

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） 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

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ΔP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Kya。

2 实验装置：

2.1 本实验的装置流程图如图1：

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吸收实验

过程工程原理实验（乙）

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：

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：

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吸收实验

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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：

相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下：

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 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

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据。本实验属于低浓气体吸收，近似取Y≈y、X≈x。

3.2.3被吸收的氨气量 ,可由物料衡算

(X1-X2) 式中：V—惰性气体空气的流量，kmol/h；

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吸收实验

过程工程原理实验（乙）

—进塔气相的组成，比摩尔分率，kmol（A）/ kmol（B）；

—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 进塔气相浓度的确定

式中：—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。

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。

式中：—氨气的摩尔数，mol； —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

10-3 mol

(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

10-3 mol 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：—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

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

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吸收实验

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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；

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102400Pa 室温11.5 填料层高度40.5cm 塔径70mm 硫酸10ml浓度0.03mol/l 液泛气速11-12m3/h 5.2 原始数据记录： 体积吸收系数实验 空气 氨气 流量计读数 空气温度 空气表压 流量计读数 氨气温度 氨气表压 水流量计读数 塔顶底压差 塔顶表压 塔底液温 塔顶气相浓度分析 吸收瓶加酸量 脱氨后空气量 脱氨后空气温度 单位 m3/h ℃ kPa m3/h ℃ kPa L/h kPa kPa ℃ mL L ℃ 组1-1 8 12.1 1.22 0.3 12.4 1.25 30 0.41 0.77 11.4 10 4.79 12 组1-2 8 12.2 1.22 0.3 12 1.25 30 0.4 0.78 11.5 10 4.81 12 组2-1 8 12.3 1.15 0.3 12.3 1.27 36 0.41 0.75 11.4 10 5.17 12 组2-2 8 12.25 1.22 0.3 12 1.28 36 0.42 0.76 11.5 10 5.43 12 组3-1 9.5 12.4 1.87 0.36 12 1.9 30 0.57 1.28 11.55 10 4.08 12 组3-2 9.5 12.4 1.88 0.36 12.1 1.92 30 0.56 1.23 11.5 10 4.03 12

5.3数据处理： 塔截面积Ω= V体 G L V体·氨气 nair Y1 Y2 X1 X2 π2D=0.00385m2 P=P0+P表 4 1-1 8.1272 0.3551 1.667 0.3049 0.2069 0.03748 0.0029 0.00737 0 1-2 8.1284 0.3550 1.667 0.3046 0.2078 0.03749 0.00289 0.007368 0 2-1 8.1326 0.3548 1.667 0.3048 0.2233 0.03753 0.00269 0.007415 0 5

2-2 8.1291 0.3550 1.667 0.3046 0.2345 0.03752 0.00256 0.007445 0 3-1 9.6253 0.4227 1.667 0.3645 0.1762 0.03794 0.00341 0.008756 0 3-2 9.6253 0.4227 1.667 0.3645 0.1741 0.03793 0.00345 0.008743 0 吸收实验

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