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1、吸收实验实验七 吸收实验 一、实验目的 1. 了解填料吸收装置的基本流程及设备结构； 2. 测定填料层的压强降和空塔气速的关系； 3. 测定总体积吸收系数，并分析气体空塔气速及喷淋密度对总体积吸收系数的影响。 二、设备流程 AESII型吸收实验装置流程示意图 1氨气缓冲罐；2氨气温度计；3流量调节阀；4氨表压计；5转子流量计； 6空气缓冲罐；7空气温度计；8流量调节阀；9空气表压计；10转子流 量计；11吸收塔；12喷淋器；13塔顶表压计；14压差计；15水流量调 节阀；16转子流量计；17排液管；18尾气三通阀；19吸收盒；20尾气的拉西环，整个吸收塔为玻璃塔，塔内径为0.1m，填料为121
2、22.2mm温度计；21湿式气体流量计；吸收实验装置由四部分组成： 22尾气稳压阀； 1、空气系统： 空气由风机供给，进入缓冲罐6，通过空气调节阀8调节流量，经空气转子流量计10计量后，在主管路上和氨气混合后由塔底进入，为保持一定的尾气压力以通过尾气分析器，在尾气出口处装置有尾气调节阀22。 2、氨气系统： 氨气由氨气钢瓶供给，经减压阀降压至0.1Mpa以下后，进入氨气缓冲罐，由氨气调节阀3调节流量后，经氨气转子流量计5计量后与空气混合进入塔底。转子流量计前装有压力计及温度计。 3、自来水系统： 自来水经过滤后，由调节阀15调节流量，经转子流量计16计量后，进入塔顶，经莲蓬式喷淋器均匀地喷洒在
3、填料上，塔底吸收液经排出管17排出。 4、尾气分析系统： 由尾气分析器19及湿式气体流量计21组成。 三、实验原理 1、填料层流体力学性能的测定： 压强降是填料塔设计的重要参数，气体通过填料层的压强降直接决定了吸收塔的动力消耗。气体通过填料层的压强降p/z和气液两相流量有关，将不同喷淋量下的单位厚度填料层中的压强降和空塔气速u的实测数据在双对数坐标纸上作图即得到不同喷淋量下的关系曲线。 2、总体积吸收系数的测定： 总体积吸收系数的计算公式：稳定操作条件下，低浓度吸收时： Y-Y2VZ=1KYaWDYm V(Y1-Y2)KYa=ZWDYm 则： 式中：Z填料层厚度 塔的横截面积 V惰性气体的摩尔
4、流量 Y1,Y2进、出塔气体中溶质氨的摩尔比Kmol/Kmol Ym气体总平均传质推动力： DY-DY2DYm=1DYln1DY2 式中：Y 1= Y 1-mX1 Y 2= Y 2-mX2 m相平衡常数 X2,X1进、出塔液体中溶质的摩尔比，kmol(A)/kmol(S) 由式可知要测定KY，应把右式中各项依次求出。 空气流量： 标准状态下空气流量Vo可由下式求算 P1P2T1T2 式中：V1空气转子流量计示值m3/h； To,Po标准状态下空气温度及压强； T1,P1标定状态下空气温度及压强，T1=293K，P1=1.013105Pa。 氨气流量： 标准状态下氨气流量Vo可用下式计算： Vo
5、=V1o1P1P2o2T1T2 式中：V1氨气流量计示值，m3/h； To，Po标准状态下的温度及压强； T1，P1标定状态下的温度及压强，T1=293K，P1=1.013105Pn； T2，P2操作条件下的温度及压强； o1标准状态下空气密度，Kg/m3； o2标准状态下氨气密度，Kg/m3。 在本实验中氨瓶中含纯氨是98%，则纯氨在标准状态下的流量Vo可用下式计算： TVo=V1oPoToPoVo=0.98 Vo 纯氨的摩尔流量： Vo0.98VoV=Kmol/h22.422.4 惰性气体的摩尔流量 Vo+0.02Vo(Kmol/h)V=22.4 进气浓度Y1 0.98VoY1=0.02V
6、o+Vo 平衡关系式 在本实验条件下，吸收液浓度小于5%，气液平衡关系服从亨利定律： Y*=mX (1-9) Em=P (1-10) 而 式中：P操作系统总压强(Pa)； E亨利系数(Pa)； 1P=大气压+塔顶表压+2填料压差。 对于氨水低浓度吸收时E和t关系如下表 T E 0 0.293 10 0.502 20 0.788 25 0.947 30 1.250 40 1.938 (7) 尾气浓度Y2或吸收液浓度X1 尾气浓度Y2测定 测定Y2可用尾气分析器及湿式气体流量计来测定，其原理是在吸收容器内中装入一定量已知浓度、一定体积的稀硫酸作为吸收液并加入指示剂(甲基红)，当被分析的尾气样品通过
7、吸收管后，尾气中的氨被硫酸吸收，其余部分(空气)由湿式气体流量计计量。由于所加入的硫酸数量和浓度是己知量，所以被吸收的氨量便可计算出来。湿式气体流量计量出空气量就可以反映出尾气的浓度，空气量愈大表示浓度愈低。 VWY2=VW 式中：VW标准状态下吸收盒中被吸收的氨的体积(ml) Vw标准状态下通过湿式流量计的空气体积(ml) VW可由吸收盒中刚好被完全中和的硫酸量及浓度来确定 VW=222.4VsCs (112) 式中：VS吸收盒中硫酸的体积(l) Cs硫酸的体积摩尔浓度mol/l P1ToPoT1 而VW可由下式计算：式中：T0，P0标准状态下温度及压强 T1，P1空气流经湿式气体流量计的温
8、度及压强 V1湿式气体流量计所测得的空气体积(ml)。 吸收液浓度X1测定 其原理是取一定量的塔底吸收液并加入指示剂(甲基红)，采用配置好的已知浓度的稀硫酸作为中和液进行滴定。计量中和反应终点所加入的硫酸量，便可计算出来被吸收的氨量，即可计算出吸收液中的氨摩尔量，进而换算吸收液的摩尔浓度。 特别注意： 测定吸收液浓度的方法简单，所用时间短，但测定误差较大，对中和反应终点的控制要求较高，如跨过中和点，计算出的尾气浓度可能产生负值。因此一般要求测量时，滴定不得少于3次； 取塔底吸收液要有一定的时间间隔，以保证塔底吸收液被充分置换。 测定出尾气浓度Y2或吸收液浓度X1后，便可利用全塔物料衡算得到另一
9、参数：即： VX1=(Y1-Y2)+X2L (114) 式中：V惰性气体摩尔流量 Kmol/h L水的摩尔流量 Kmol/h X2吸收剂中NH3的摩尔比，在本实验中X2=0 Y2尾气浓度 (8) Ym的确定 DY-DY2DYm=1DYln1DY2 (9) HOG的确定 VHoG=KYaW (115) VW=V1以上各项分别求出后即可求出KYa 四、实验步骤： 填料塔流体力学性能测定 在该项实验操作中，毋需开动氨气系统，仅用水和空气即可操作 1. 干塔压降的测定 在无水喷淋的条件下，启动风机，通过调节阀8缓缓调节空气的空塔气速，记录不同空塔气速下的干塔压降，注意气速不可过大。 2. 湿填料压降的
10、测定 微开调节阀15，启动自来水，通过调节阀15调节水的流量，并逐步增加空塔气速，使塔内接近液泛后，然后再逐步减小空塔气速，该项操作是使填料表面充分润湿。 固定某一喷淋量，通过空气调节阀8增加空塔气速，记录不同气速下的填料层压降，实验接近液泛时，要缓缓增加空塔气速，同时密切注意填料层内气液两相接触情况，并注意填料压降的变化幅度。 总体积吸收系数的测定 1. 首先确定好操作条件(如氨气流量，空气流量，喷淋量)，准备好尾气分析器，实验中中喷淋密度在13m3/m2左右取值，空塔气速在0.50.8m/s取值，氨气入塔浓度控制在3%5%； 2. 启动水系统，空气系统，然后启动氨气系统，在适宜的空塔气速及
11、喷淋密度范围里，固定某一空塔气速，在不同的喷淋量下进行实验操作，稳定后测取数据，并进行尾气分析或吸收液滴定。然后改变空塔气速，在前述的不同喷淋量下重复上述实验； 3. 氨气系统的启动方法 启动前先将氨气减压阀弹簧放松，使之处于关闭，打开钢瓶顶阀，关闭氨气转子流量计前的调节阀3，然后缓慢压紧减压阀弹簧，使减压阀打开，氨气减压至0.50.8Mpa时，即可停止，而后开启转子流量前调节阀3调节氨气流量。氨气系统关闭步骤和启动时相反； 五、注意事项 1、空气系统启动前应关闭调节阀8，否则气量过大有可能冲坏空气转子流量计，关闭空气系统时，应先关闭空气调节阀8。 2、启动水系统时，调节阀15应微开，否则滤水
12、器有可能超压。 3、启动及关闭氨气系统时应严格按操作步骤操作，实验结束后应立即关闭氨气系统，以节约氨气。 4、实验过程中气液两相流量应在前述适宜范围里取值。 六、思考题 1. 综合实验结果，你认为以水吸收空气中的氨气过程，是气膜控制还是液膜控制?为什么? 2. 要提高氨水浓度，在不改变进气浓度的情况下有什么办法?这时会带来什么问题? 3.气体流速与压强降关系中有无明显的折点，意味着什么? 4. 填料吸收塔，塔底为什么必须有液封装置，液封装置是如何设计的? 5. 从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量和吸收剂温度对吸收过程的影响? 6. 对填料塔的支承装置有什么要求? 7. 为了有效润湿填料
13、，保证操作过程中气液两相良好接触，在填料塔内应设置哪些装置? 附录： 孔板流量计的计算公式及参数 1、孔板流量计的计算公式： 空气：V=A1RA2 水： V=B1RB2 氨气：V=C1RC2 V：流量，m3/h； R：孔板压差，kpa； 2、孔板流量计参数： 1#塔 2#塔 A1 20.96 21.01 A2 0.488 0.484 B1 67.67 50.59 B2 0.482 0.470 C1 0.488 0.463 C2 0.476 0.479 七、原始数据记录与处理结果 表一 填料塔压降记录表格 基本数据：实验介质：空气、水 填料种类：拉西环 填料层厚度： 水温： 塔内径： 大气压强：
14、 填料规格： 空气流量 流量计 示值 1 2 L=O 3 4 5 1 2 L1 3 4 5 1 2 L2 3 4 5 流 量 计 标 定 状 态 T= K、P= mmHg 流量计前表压 填料层 塔内压强降流量 现象 温度 3表二 传质系数测定记录表 1、基本数据：气体种类：氨、空气混合气 吸收剂：水 填料种类：瓷环 填料装填高度： 米；填料规格： 2、操作记录：大气压强_ 序 项 号 空 气 流 量 氨 气 流 量 水流量 尾气 浓度 目 1 2 3 4 5 6 流量计计前表压强 流量计前温度 3流量计指示值 3按操作状态计的流量 3按标准状态计的流量 流量计计前表压强 流量计温度 3流量计指示值 3按操作状态计的流量 3按标准状态计的流量 温度 流量计示值 硫酸浓度： 湿式气体流量计读数(L) _ 硫酸用量：_ml 硫酸浓度 吸收液体积 10 10 10 10 10 10 1 吸收 液浓度 硫酸体积 2 3 平均值 吸收液浓度 塔内 压强 塔顶表压强 塔顶、塔底压差 塔内平均压强
