填料塔吸收过程实验

1|实验报告课程名称：化工原理实验指导老师：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：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1.了解填料吸收塔的基本结构，熟悉吸收实验装置的基本流程，搞清楚每一个附属设备的作用和设计意图。2.掌握测定含氨空气-水系统的体积吸收系数KYa的方法。3.熟悉分析尾气浓度的方法。4.掌握气液体积转子流量计使用方法和安装要求,湿式流量计的使用方法和连接要求。二、实验装置填料塔吸收操作及体积吸收系数的测定实验装置流程示意图如图1所示。本实验装置的主要设备有填料塔1、漩涡泵2、空气转子流量计3、四个U形管压差计（13、14、15、16）、氨气钢瓶4、氨气压力表5、氨气减压阀6、氨气稳压罐6、氨气转子流量计8、水转子流量计9、吸收瓶10、湿式流量计11、三通旋塞12、温度计17、18、19。本实验物系为水－空气－氨气，由漩涡气泵产生的空气从液氨钢瓶经过减压阀后的氨气混合后进入调料塔底部。吸收剂水从塔顶喷淋而下，从塔底经液封装置排出。气液在填料层内接触、传质，经吸收后的尾气从塔顶排出，很少量的一小部分尾气通过三通阀引进洗气瓶，洗气瓶被装有已知浓度和一定能够体积量的稀硫酸，尾气与稀硫酸进行中和反应，经吸收后的尾气通过湿式流量计后放空，从湿式流量计可以测出此小部分尾气经过洗气瓶的空气流量。图1填料塔吸收过程实验装置流程示意图专业：化学工程与工艺姓名：学号：日期：地点：装订线化工原理实验2|三、实验原理1.气体体积流量校正当被测介质是气体，其校正公式为：00000NNsPTQQQPT式中Q——实际气体体积流量，m3/h；QN——操作条件下转子流量计中读得的气体流量，m3/h；ρ0——标定条件下空气的密度，kg/m3；ρs0——被测气体在标定条件下的密度，kg/m3；ρ——指实际测量条件下被测气体的密度，kg/m3；P0——标定条件的绝对压力，101325Pa；T0——标定条件的绝对温度，293.15K；P——实际操作条件下的被测气体的绝对压强，Pa；T——实际操作条件下的被测气体的绝对温度，K。2.相平衡常数塔内平均压力22ppppp顶底顶亨利系数lg11.4681922/ET式中E——亨利系数，Pa；T——塔内液相平均温度，K。相平衡常数Emp3.吸收塔内NH3被水吸收的量GA对整个吸收塔进行物料衡算：1212AGVYYLXX式中V——空气的摩尔流量，kmol/h；L——吸收剂水的摩尔流量，kmol/h；X1、X2——出、进塔液相组成的比摩尔分数，kmolNH3/kmolAIR；Y1、Y2——出、进塔气相组成的比摩尔分数，kmolNH3/kmolAIR。4.进塔气体浓度Y1的确定31NHAIRnYn化工原理实验3|式中nNH3——进塔混合气体中氨气的物质的量，kmol；nAir——进塔混合气体中空气的物质的量，kmol。5.出塔气体（尾气）组成Y2的确定32NHAIRnYn3000210aaMVPVRT式中Y2——出塔气体的比摩尔浓度，kmolNH3/kmolAIR；Ma——硫酸的摩尔浓度，mol/L；Va——所用硫酸体积，ml；P0、V0、T0——尾气经洗气瓶吸收后，通过湿式流量计空气的压力（Pa）、体积（L）、温度（K）；R——气体常数。6.出塔液相组成X1的确定因出塔液是清水，X2＝0121()VYYXL7.总传质推动力的确定)]/()ln[()()(22112211mXYmXYmXYmXYYm8.总体积传质吸收系数KYa的计算AYamGKhY式中KYa——总体积传质系数，kmol/m3•h；GA——溶质被吸收的量，kmol/h；Ω——吸收塔的截面积，m2；h——填料塔的高度，m。四、实验步骤1.打开氨气罐阀门，调节空气转子流量计，氨气转子流量计和水转子流量计使其分别为9m3/h、400L/h、30L/h；2.读取并记录各处温度计读数，记录U形管两侧液柱高度差；3.读取并记录脱氨后空气量和温度；4.调节空气转子流量计，氨气转子流量计和水转子流量计使其分别为9m3/h、400L/h、35L/h重复步骤2、3；5.调节空气转子流量计，氨气转子流量计和水转子流量计使其分别为10m3/h、480L/h、30L/h重复步骤化工原理实验4|2、36.实验完成，关闭氨气罐，关闭泵，收拾实验台五、实验数据记录及处理1.原始数据记录表1原始数据记录表大气压763.0（mmHg），填料层高度40（cm），标准酸浓度0.0254（mol/L）次序项目123空气流量转子流量计读数(m3/h)8.908.9010.00空气温度(℃)23.221.127.8空气压力(cmCCl4)1.0701.0751.375氨气流量转子流量计读数(l/h)400384480氨气温度(℃)20.020.420.6氨气压力(cmCCl4)1.3151.2971.292水转子流量计读数(l/h)303530塔顶底压差(cmH2O)0.4250.4280.473塔顶表压(cmH2O)1.2861.3201.646塔底液温(℃)21.521.022.7吸收瓶加酸量(ml)101010脱氨后空气量(l)2.5704.0402.015脱氨后空气温度(℃)17.918.218.22.数据处理下面列出了第一组数据的处理方法和过程，第二和第三组数据按同样的方法处理。a)空气体积流量校正3000000101325296.101890.4293.15358.908.92/NNsPTPTQQQmhPTPTb)氨气体积流量校正标定条件下空气的密度ρ0=1.205kg/m3，氨气在标定条件下的密度ρs0=0.714kg/m3。00001.20510132520.7193.154004101531293.15519/NsPTQQlhPTc)相平衡常数大气压P=763.0×133.32=101723Pa塔内平均压力化工原理实验5|0.42598.07(1.28698.07101723)101870222pppppPa顶底顶亨利系数(11.4681922/)(11.4681922/(21.5273.15))101088106TE相平衡常数881060.86489101870Empd)进塔气体浓度Y1的确定310.5190.714/170.05888.921.205/29NHAIRnYne)出塔气体（尾气）组成Y2的确定333200021020.025410100.004701017232.5708314(17.9273.15)NHaaAIRnMVYPVnRTf)出塔液相组成X1的确定因出塔液是清水，X2＝08.921.2051000/29370.6/Vmolh301000/181666.7/Lmolh121370.60.05880.00470()0.01201666.7VYYXLg)总传质推动力的确定11221122()()ln[()/()]0.05880.864890.01200.004700.8648900.0187ln0.05880.864890.0120/0.004700.864890mYmXYmXYYmXYmXh)吸收塔内NH3被水吸收的量GA12370.60.05880.0047020.05/AGVYYmolhi)总体积传质吸收系数KYa的计算化工原理实验6|33220.0510341.5/0.10.400.01872AYamGKkmolmhhY实验数据处理结果如表2所示。表2数据处理结果次序项目123校正后空气流量(m3/h)8.928.8910.1校正后氨气流量(l/h)519499624塔内平均压力P(Pa)101870101874101908亨利系数E881068588593641相平衡常数m0.864890.843060.91888进塔气体浓度Y10.05880.05670.0624出塔气体浓度Y20.004700.002990.00600进塔液体X2000空气摩尔流量V(mol/h)370.6369.4419.7吸收剂水的摩尔流量L(mol/h)1666.71944.41666.7出塔液体X10.01200.01020.0142ΔYm0.01870.01620.0206溶质被吸收量GA(mol/h)20.0519.8423.67总体积传质吸收系数KYa(kmol/m3·h)341.5350.0365.9六、实验结果分析从实验结果可得，液体流率增加20%后，总体积传质吸收系数KYa增加了9.5，气体流率增加20%后，KYa增加了24.4，这说明吸收过程的总传质系数主要受气相流率的影响，增加气体流率可降低气相阻力，加快吸收过程，吸收过程属于气相阻力控制，这与实际相符。七、思考题1.混合气体经过填料塔吸收后，塔顶尾气浓度怎样测定？尾气中含有少量的氨，呈弱碱性，可通入浓度已标定，体积数一定的酸进行中和，测出尾气中氨气的浓度2.经过填料塔吸收后，从塔底出来的液相浓度可用哪几种方法测得？哪一种最准确？可用酸碱中和滴定法，也可用物料守恒公式计算。用酸碱滴定法更准确。3.在尾气分析中，从湿式流量计读得的体积数表示的是什么体积？尾气中空气的体积。4.用清水吸收混合气中的氨，其推动力是什么？属于什么控制？其阻力主要集中在哪一相？氨气易溶于水，由于kykx，所以Ky≈ky，传质阻力集中在气相，属于气相阻力控制（气膜控制）。在气膜控制条件下，以气相摩尔分率差表示的分传质推动力（y-yi）接近于总推动力（y-y*），总推化工原理实验7|动力主要用于克服气相阻力。5.填料吸收塔内发生的液泛现象与哪些因素有关？在一定液体流量下，气体流量增大，液膜所受的阻力也增大，液膜平均流速减小而液膜增厚。当气速增大至泛点时，会出现恶性循环，液相转为连续相，气体转为分散相，以气泡形式穿过液层，出现液泛现象。液泛现象与气相流率、液相流率、填料因子、密度校正系数、液相黏度等因素有关。6.哪些操作条件会影响本实验系统的稳定性？实验稳定性主要取决于气相压力。