化工原理吸收实验

时间:2024.3.27

吸收实验

一、实验目的

1、了解填料塔的构造并学习操作方法;

2、测定填料塔体积吸收系数KYa。

二、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)、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。若气相中氨的浓度较小,则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律,吸收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:

                                        (1)

式中:NA——被吸收的氨量[kmolNH3/h];

——塔的截面积[m2]

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/m3·h]

被吸收氨量的计算,对全塔进行物料衡算(见图2-2-7-2):

                                (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]

X1,X2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolNH3/kmolH20]

由式(1)和式(2)联解得:

                                           (3)

为求得KYa必须先求出Y1、Y2Ym之值。

1、Y1值的计算:

                                                 (4)

式中:V01——氨气换算为标态下的流量[m3/h]

V02——空气换算为标态下的流量[m3/h]

0.98——氨气中含纯NH3分数

对氨气:

                                     (5)

式中:V1——氯气流量计上的读数[m3/h]

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]

——标准状态下氨气的密度(=0.769kg/m3

——标准状态下空气的密度(=1.293kg/m3

对空气:

                                         (6)

式中:V2——空气流量计读数[m3/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:

                                          (7)

通过吸收瓶空气化为标准状态体积为:

                                          (8)

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:

                                                    (9)

3、塔底X1~Y*1的确定

由式(2)知:,若X2=0,则得:

                                            (10)

X1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],则:

                                         (11)

又根据亨利定律知,与塔底X1成平衡的气相浓度Y1*为:

                                                (12)

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:

液相浓度5%以下的E

表2-2-7-1

或用下式计算:

                                        (13)

4、塔顶的X2~Y2*的确定

因用水为吸收剂,故X2=0 ,所以Y2*=0

5、  吸收平均推动力ΔYm

                            (14)

6、吸收效率η                           (15)

三、 设备流程简介

  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、分离水三角瓶   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

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。

 四、实验步骤

(一)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,慢慢打开阀11使风量由零至最大,同时观察压差计15的读数变化。

2、在吸收瓶内置入已知浓度的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。

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,打开氨瓶上的总阀,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,慢慢打开调节阀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、尾气分析方法是打开取样旋塞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。

五.原始数据记录表

六、数据处理表及图

七、举例计算

  以第一组数据作为举例计算:

 

                                                                                                                                                                                

五、结果讨论

 这次实验做的还是蛮成功的。对比这两组实验,可以看出:当氨气流量减小的时候,塔底气相浓度和塔顶气相浓度均减小,平均推动力也减小,气相体积吸收系数略增大。总结了实验误差的主要来源:1、在实验过程中,调节的转子流量计不停地在上下浮动,导致实验的流速不稳定,造成试验误差;2、在读数时,人为因素造成实验误差;

六、思考题

1、影响传质系数的因素有哪些?

   答:吸收剂用量、吸收剂的平均浓度差、操作压力和温度。

2、影响吸收操作稳定性的因素有哪些?

   答:空气的流速、氨气的压强和吸收剂(水)的流率。

3、填料的作用是什么?

   答:填料的作用是给通过的气液两相提供足够大的接触面积,保证两相充分接触。

4、填料吸收塔塔底为什么要有密封装置?

   答:液封的目的是保证塔内的操作压强。


第二篇:化工原理氧吸收与解吸实验


V( O2) m3/hQ (H2O)m3/h空气温度t/℃水温度t/℃孔板压降p1/空气压力p/k填料塔压降△p/Vs m3/h

0.291000.281000.281000.281500.281490.281520.281530.28

153

25.31625.71625.816.12016.120.416.320.416.320.516.320.5

16.3

0.270.330.270.320.270.330.851.190.861.210.871.210.871.20.87

1.21

0.4100.3100.3610

0.85200.8620.40.8720.40.8720.50.87

20.5

富氧贫氧富氧温度贫氧温度E1

16.997.8816.0333316.033333774782.16717.177.89富氧浓度贫氧浓度

17.297.917.157.89X1

9.64688E-06

13.718.07

14.538.1

14.328.17

14.538.05

14.518.06E2△p3774781.9190.353333333X2△Xm4.43813E-06#NUM!

p0

101.4766667m137198.52348m2Xe137198.521035.64539E-06(X1-Xe1)/(X2-Xe2)ln(X1-Xe1)/(X2-Xe2)(X1-Xe1)-(X2-Xe2)L

#NUM!5.20875E-060.555555556

Xe2

5.6454E-06Ga

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