填料塔吸收实验

实验报告课程名称：过程工程原理实验甲（Ⅱ）指导老师：叶向群成绩：____________实验名称：填料塔吸收过程实验实验类型：同组学生姓名：蒋超、潘冬雪一、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、心得一、实验目的和要求1)了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。2)观察填料吸收塔的液泛现象。3)测定填料层压降P与空塔气速u的关系曲线，测定泛点空塔气速。4)测定含氨空气—水系统的体积吸收系数aK。二、实验内容和原理2.1填料层压力降P与空塔气速u的关系气体通过干填料层时（喷淋密度L=0），其压力降ΔP与空塔气速u如图2中直线所示，此直线斜率约为1.8，与气体以湍流方式通过管道时ΔP与u的关系相仿。如图2可知，当气速在L点以下时，在一定喷淋密度下，由于持液量增加而使空隙率减小，使得填料层的压降随之增加，又由于此时气体对液膜的流动无明显影响，在一定喷淋密度下，持液量不随气速变化，故其ΔP~u关系与干填料相仿。在一定喷淋密度下，气速增大至一定程度时，随气速增大，液膜增厚，即出现“拦液状态”（如图2中L点以上），此时气体通过填料层的流动阻力剧增；若气速继续加大，喷淋液的下流严重受阻，使极具的液体从填料表面扩展到整个填料层空间，谓之“液泛状态”（如图2中F点以上），此时气体的流动阻力急剧增加。图2中F点即为泛点，与之相对应的气速u称为泛点气速。专业：化学工程与工艺姓名：刘玉星学号：3140105179日期：2016-11-24地点：教十2109图2填料塔压降ΔP与空塔气速u的关系原料塔在液泛状态下操作，气液接触面积可达最大，其传质效率最高。但操作最不稳定，通常实际操作气速取泛点气速的60%~80%。2.1.1空塔气速u塔内气体的流速以其体积流量与塔截面积之比来表示，称之为空塔气速u。'Vu（1）式中：u——空塔气速，m/sV’——塔内气体体积流量，m3/sΩ——塔截面积，m2。附：气体流量计校正实验中气体流量（空气和氨气）由转子流量计测量。由于实验测量条件与转子流量计标定条件不相同，故转子流量计的读数值必须进行校正。气体转子流量计校正式如下：00TPTPQQSSNS（2）式中：SQ——气体实际流量，hm/3或hL/；NQ——气体流量计读数，hm/3或hL/00,TP——标定气体的标定状况，KTPaP293,10013.1050SSTP,——被测气体的绝对压强，绝对温度，][],[KPa2.1.2填料层压降ΔP填料层压降ΔP直接可由U型压差计（14）读取，2.2体积吸收系数aK的测定2.2.13NH的吸收量AG由物料衡算求得：2121XXLYYVGA（3）式中：AG——单位时间内3NH的吸收量，hkmol/；V——空气的流量，hkmol/；L——水的流量，hkmol/；1Y——进塔气相的组成，比摩尔分率，BkmolAkmol/；2Y——出塔气相（尾气）的组成，比摩尔分率，BkmolAkmol/；1X——出塔液相的组成，比摩尔分率，BkmolAkmol/；2X——进塔液相的组成，本实验中为清水吸收，02X。（a）进塔气相浓度1Y的确定VVYA1（4）式中：AV——氨气的摩尔流量，hkmol/（由氨气流量计读数校正转化得到）V——空气的摩尔流量，hkmol/（由空气流量计读数校正转化得到）；（b）出塔气相（尾气）组成2Y的测定方法用移液管移取mlVa浓度为)/(LmolMa的标准42SOH溶液置于洗气瓶中，加入适量去离子水及3~5滴溴百里酚兰，如装置图所示连接在取样尾气管线上。当吸收塔操作稳定时，改变三通旋塞流动方向，使部分塔顶尾气通过洗气瓶，尾气中的氨气被42SOH吸收，空气从洗气瓶逸出进入湿式流量计计量。当瓶内溶液颜色由黄色（酸性）变至绿色（中性）时，表明尾气吸收至终点，迅速改变三通旋塞流动方向，即切断气体进入洗气瓶，否则溶液颜色将变成蓝色（碱性）。airNHnnY32（5）式中：3NHn——氨气的摩尔数，mol；由硫酸量得到31023aaNHVMn（6）式中：aV——标准42SOH溶液体积，mlaM——标准42SOH溶液浓度，Lmol/airn——空气的摩尔数，mol。由湿式流量计读数差值获得空气体积量V0，并测其温度T0。000RTVPnair（7）式中：0P——通过湿式流量计的空气压力（可取室内大气压），Pa；0V——通过湿式流量计的空气体积，3m；0T——通过湿式流量计的空气温度，K；R——气体常数，KmolmPaR/83143。2.2.2相平衡常数m相平衡关系遵循亨利定律的物系（一般指低浓度气体），气液平衡关系式为：mxy*（8）相平衡常数m与系统总压P和亨利系数E的关系如下：PEm（9）式中：E——亨利系数，Pa；P——系统总压（实验中取塔内平均压力），Pa；根据实验中所测得的塔顶表压及塔顶塔底压差P，即可求得塔内平均压力P。本实验体系亨利系数E与温度T的关系为：TE/1922468.11lg（10）式中：T——液相温度（实验中取塔底液相温度），K。2.2.3对数平均浓度差mY2121lnYYYYYm（11）其中11*111mXYYYY22*222mXYYYY式中：*1Y、*2Y——与液相浓度1X、2X相对应的气相平衡浓度，BkmolAkmol/。2.2.4气相体积吸收系数aK气相体积吸收系数aK是反映填料吸收塔性能的主要参数之一，其值也是设计填料塔的重要依据。本实验中属于低浓度气体吸收，近似取xXyY,。则mAyYhGaK（12）式中：aK——气相体积吸收系数，hmkmol3/；a——单位体积填料层所提供的有效传质面积，32/mm；AG——单位时间内3NH的吸收量，hkmol/；——塔截面积，2m；h——填料层高度，m；mY——气相传质推动力，气相对数平均浓度差。三、实验装置1、本实验装置的流程示意图如下图1所示。主体设备是内径为70毫米的吸收塔，塔内装10×9×1的陶瓷拉西环填料。2、物系是水-空气-氨气，惰性气体空气由漩涡气泵送出后，用转子流量计测其流量；氨气由液氨钢瓶供应，经转子流量计测量其流量；吸收剂水由转子流量计测其流量。水从塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经液封管流出塔外，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。1-填料吸收塔；2-旋涡气泵；3-流量计（水）；4-流量计（空气）；5-流量计（氨气）；6-液氨钢瓶；7-氨压力表；8-氨气减压阀；9-氨气缓冲罐；10-湿式流量计；11-洗气瓶；12-三通旋塞；13,14,15,16-U型差压计；17,18,19,20-温度计；21-液面计图1填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图、四、操作方法和实验步骤4.1测定P~u实验1)在水喷淋密度为零的情况下，启动风机，由小到大调节空气流量（需合理分配流量），记录不同空气流量下的实验数据。2)开启吸收剂（水）调节阀，水进入填料塔润湿物料。将水流量调至设定值，由小到大调节空气流量（需预先合理分配流量），记录不同空气流量下的实验数据，同时观察塔内现象（液泛），获得在该水流量下的液泛气速（液泛点）。4.2测定体积吸收系数aK实验1)开启吸收剂（水）调节阀，将水喷淋密度调至设定值，2)启动风机，调节流量使空气转子流量计示数稳定在设定值，3)打开氨气钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀，使其压力稳定在0.1~0.2MPa左右（此操作由教师完成）4)调节氨气转子流量计的流量，使其读数稳定在设定值，5)水吸收氨属于快速吸收，在很短的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，在操作稳定后，开启三通旋塞，使气体通入吸收瓶，进行塔顶气相组成分析。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，记录各流量计，温度计、U形差压计的读数及分析塔顶气相组成的数据（分工操作，同步完成）。6)改变操作条件（水流量），重复步骤5，7)再次改变操作条件（空气和氨气流量），重复步骤5，8)实验完毕，首先关闭氨气转子流量计，等待几分钟后再关闭空气和水转子流量计，再关闭风机电源开关，清理实验仪器。五、实验数据记录和处理（一）实验数据记录大气压：102.97×10³Pa填料塔直径：70mm填料层高度：39.4cm标准酸浓度：0.03mol/LⅠ水流量：0L/h记录表Ⅰ序号空气流量塔顶底压差塔顶表压读数温度表压单位m³/h℃kPakPakPa13.020.00.1500.0350.11524.219.50.2700.0500.22035.819.50.5300.0850.44548.120.01.0200.1350.860511.320.81.9850.7401.750615.722.64.1450.4353.630Ⅱ水流量：30L/h记录表Ⅱ序号空气流量塔顶底压差塔顶表压塔底液温读数温度表压单位m³/h℃kPakPakPa℃14.021.00.3100.1400.20513.824.620.80.4050.1600.27513.935.320.80.5300.1900.36013.946.120.90.7100.2050.50013.957.021.20.9450.2900.69513.968.122.01.2550.3750.87513.979.322.61.6450.4851.13513.9810.723.52.2300.6501.54513.9912.325.03.1351.0502.03513.91014.226.05.1901.6552.90014.0Ⅲ体积吸收系数实验记录表Ⅲ序号空气流量氨气流量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读数温度表压读数温度表压硫酸体积空气体积空气温度单位m³/h℃kPaL/h℃kPaL/hkPakPa℃mldm³℃18.024.81.24540012.21.305300.4200.87017.810.002.4413.625.01.25540012.21.305300.4250.84017.810.002.3813.628.025.01.23040012.41.330360.4350.85517.810.003.0113.024.81.28540012.41.335360.3950.86017.810.003.0313.039.625.21.82048012.41.875360.5701.23019.010.001.6613.025.21.83048012.41.870360.5851.24019.010.001.4713.0（二）实验数据处理：1.流量校正：①对于液体的流量校正，转子流量计用20℃、1atm下的水标定，尽管实验中水的温度和压力与标况下的不同，但是对于实验引起的误差不大，故实验中忽略其影响。②对于气体的流量校正，校正公式为，00TPTPPTQQSSNS气体流量校正示例如下：（以L=30L/h的第一组数据为例）空气流量：QN=4.0m³/h空气温度：T空=21.0+273.15=294.15K空气表压：0.310kPa塔顶底压差：0.140kPa塔顶表压：0.205kPa塔底液温：T塔=13.8+273.15=286.95KP空=102.97+0.310=103.280kPaP塔=塔顶表压+1/2塔顶底压差+大气压=0.205+0.5*0.140+102.97=103.245计算如下：第一次流量校正:969.3293*28.10315.294*3.101*40空空01TPTPQQN第二次流量校正:Q=Q1*（P空*T塔）/(P塔*T空)=3.969*（103.280*286.95）/(103.245*294.15)=3.873m³/h则u=Q/Ω=3.873/(3600*0.035