1、填料吸收塔实验一、实验目的1、熟悉填料吸收塔的构造和操作2、测定气体通过干湿填料塔的压力降，进一步了解填料塔的流体力学特性。3、测定填料吸收塔的吸收传质系数。二. 设备主要技术数据及其附件:1.设备参数:(1) 鼓风机: XGB 型旋涡气泵,型号 2,最大压力 1176Kpa，最大流量 75m3h (2) 填料塔: 玻璃管,内装 10101.5 瓷拉西环, 填料层高度 Z0.4m,填料塔内径 D0.075m(3) 液氨瓶 1 个、氨气减压阀 1 个（用户自备）2. 流量测量:(1) 空气转子流量计: 型号: LZB-25 流量范围: 2.525m 3h 精度: 2.5(2) 水转子流量计: 型
2、号: LZB-6 流量范围: 660Lh 精度: 2.5 (3) 氨转子流量计: 型号: LZB-6 流量范围: 0.060.6m 3h 精度: 2.53.浓度测量:塔底吸收液浓度分析: 定量化学分析仪一套。 （用户自备） ；塔顶尾气浓度分析: 吸收瓶, 量气管, 水准瓶一套。4.温度测量:转换开关 0-空气温度、1-氨气温度、2-吸收液温度三.实验装置的基本情况：图一、填料吸收塔实验装置流程示意图1-鼓风机、2-空气流量调节阀、3-空气转子流量计、4-空气温度、5-液封管、6-吸收液取样口、7-填料吸收塔、8-氨瓶阀门、9-氨转子流量计、10-氨流量调节阀、11-水转子流量计、12-水流量调
3、节阀、13-U 型管压差计、14-吸收瓶、15-量气管、16-水准瓶、17-氨气瓶、18-氨气温度、20-吸收液温度、21-空气进入流量计处压力实验流程示意图见图一,空气由鼓风机 1 送入空气转子流量计 3 计量,空气通过流量计处的温度由温度计 4 测量,空气流量由放空阀 2 调节,氨气由氨瓶送出,经过氨瓶总阀 8 进入氨气转子流量计 9 计量,氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。其流量由阀 10 调节 5,然后进入空气管道与空气混合后进入吸收塔 7 的底部,水由自来水管经水转子流量计 11,水的流量由阀 12 调节,然后进入塔顶。分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶 16 的位置,将塔顶
4、尾气吸入吸收瓶 14 和量气管 15。在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶 14 内放入 5mL 已知浓度的硫酸作为吸收尾气中氨之用。吸收液的取样可用塔底 6 取样口进行。填料层压降用形管压差计 13 测定。四. 实验方法及步骤:1. 测量干填料层(PZ)u 关系曲线:先全开调节阀 2,后启动鼓风机,用阀 2 调节进塔的空气流量,按空气流量从小到大的顺序读取填料层压降P,转子流量计读数和流量计处空气温度,然后在对数坐标纸上以空塔气速 u 为横坐标,以单位高度的压降 PZ 为纵坐标,标绘干填料层 (PZ)u 关系曲线(见图二).2. 测量某喷淋量下填料层(PZ)u 关系曲线:用水喷淋量为 40Lh
5、时,用上面相同方法读取填料层压降P,转子流量计读数和流量计处空气温度并注意观察塔内的操作现象, 一旦看到液泛现象时记下对应的空气转子流量计读数。在对数坐标纸上标出液体喷淋量为 40Lh 下(Pz)u关系曲线(见图二),确定液泛气速并与观察的液泛气速相比较。(1)选泽适宜的空气流量和水流量(建议水流量为 30Lh)根据空气转子流量计读数为保证混合气体中氨组分为 0.02-0.03 左右摩尔比，计算出氨气流量计流量读数。(2)先调节好空气流量和水流量,打开氨气瓶总阀 8 调节氨流量,使其达到需要值,在空气,氨气和水的流量不变条件下操作一定时间过程基本稳定后,记录各流量计读数和温度,记录塔底排出液的
6、温度,并分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。(3)尾气分析方法:a.排出两个量气管内空气,使其中水面达到最上端的刻度线零点处,并关闭三通旋塞。b.用移液管向吸收瓶内装入 5mL 浓度为 0.005左右的硫酸并加入 12 滴甲基橙指示液。c.将水准瓶移至下方的实验架上,缓慢地旋转三通旋塞,让塔顶尾气通过吸收瓶,旋塞的开度不宜过大,以能使吸收瓶内液体以适宜的速度不断循环流动为限。从尾气开始通入吸收瓶起就必需始终观察瓶内液体的颜色,中和反应达到终点时立即关闭三通旋塞,在量气管内水面与水准瓶内水面齐平的条件下读取量气管内空气的体积。若某量气管内已充满空气,但吸收瓶内未达到终点,可关闭对应的三通旋塞,读取该
7、量气管内的空气体积,同时启用另一个量气管,继续让尾气通过吸收瓶。d.用下式计算尾气浓度 Y2因为氨与硫酸中和反应式为: 2NH 3H 2SO4(NH 4)2SO4所以到达化学计量点(滴定终点)时,被滴物的摩尔数 nNH3和滴定剂的摩尔数 nH2SO4 之比为: n NH3n H2SO421nNH32n H2SO42M H2SO4 H2SO4Y2 空 气NH34.20(42）量 气 管量 气 管 TVSOM式中: n NH3,N 空气 分别为 NH3 和空气的摩尔系数,MH2SO4硫酸溶液体积摩尔浓度, mol 溶质l 溶液 H2SO4硫酸溶液的体积, l 量气管 量气管内空气的总体积, lT0
8、标准状态时绝对温度 273K,T操作条件下的空气绝对温度 K 。(4)塔底吸收液的分析方法:a.当尾气分析吸收瓶达中点后即用三角瓶接取塔底吸收液样品,约 200mL 并加盖。b.用移液管取塔底溶液 10mL 置于另一个三角瓶中,加入 2 滴甲基橙指示剂。c.将浓度约为 0.05M 的硫酸置于酸滴定管内,用以滴定三角瓶中的塔底溶液至终点。(5)水喷淋量保持不变,加大或减小空气流量,相应地改变氨流量,使混合气中的氨浓度与第一次传质实验时相同,从复上述操作,测定有关数据。五. 使用实验设备应注意的事项:1.启动鼓风机前,务必先全开放空阀 2。 2.做传质实验时,水流量不能超过 40Lh,否则尾气的氨
9、浓度极低,给尾气分析带来麻烦。3.两次传质实验所用的进气氨浓度必需一样。六. 附录 附图1.实验数据的计算及结果(1)填料塔流体力学性能测定(以干填料时,第一套第 2 组数据为例)由形管压差计读得P5.0mmH 2O pZ5.00.412.5mmH 2Om 由空气转子流量计读得 5m3h 和转子流量计处空气的温度 16.87由校正公式得：h 4.95 m3h )2073(tV)207(.19.5空塔气速 u 0.31 ms2D4/360V2075.4/3609在对数坐标纸上以 u 为横标,PZ 为纵标作图,标绘PZu 关系曲线见图二。(2)传质实验(以第一套第二组数据为例)空气转子流量计读数为
10、 V=10（m 3h） 、温度 t=25 空气实际流量为h 10.3（m 3h）)2073(tV)207(.41氨气转子流量计读数为 V=0.25（m 3h）温度 t=19.2氨气实际流量为h （N3H） 0.326（m 3h） )207(3HNairt )2073(.0.19415.塔底气相浓度 1 0.032空 气 流 量氨 气 流 量 3.16塔顶气相浓度 2 0.00334量量 气 管 T/V4M0SO24229/734154.5084.2塔底液相浓度 X1 0.333 kmol/m3溶3HN42100.92.液X1 5.9910 -3 8/0.已知吸收液温度为 19.3,查图五得 0
11、.753 1*X 10.7535.9910 -3 0.00452 2*X 20 1 1 1* 0.0324.5210 -3 0.0315 2 2 2* 2 0.00390平均浓度差 m 0.0114 039./15.ln/ln21Y气相总传质单元数 N OG =2.4924.0m气相总传质单元高度 H OG 0.1609.OGNZ空气的摩尔流量 0.409 kol/h2374.2104.2To空 气 流 量气相总体积吸收系数 577 kol/( 3h) 5.6.OGaHVYK回收率 0.89032.12YA2.实验结果列表(1)干填料时PZu 关系测定表 1(1)第一套干填料时P/zu 关系测
12、定第 1 套 L=0 填料层高度 Z=0.4m 塔径 D=0.075m序号填料层压强降mmH2O单位高度填料层压强降mmH2O/m空气转子流量计读数m3/h空气流量计处空气温度对应空气流量m3/h空塔气速m/s1 3.0 7.5 4.0 19.0 3.96 0.252 5.0 12.5 5.0 19.2 4.95 0.313 8.0 20.0 7.0 19.4 6.93 0.444 16.0 40.0 9.0 19.6 8.91 0.565 24.0 60.0 11.0 19.9 10.89 0.686 35.0 87.5 13.0 20.2 12.87 0.817 47.0 117.5 15
13、.0 20.5 14.85 0.938 59.0 147.5 17.0 20.8 16.84 1.069 74.0 185.0 19.0 21.2 18.82 1.1810 87.0 217.5 21.0 21.8 20.82 1.3111 108.0 270.0 23.0 22.1 22.80 1.4312 128.0 320.0 25.0 22.6 24.79 1.56(2)喷淋量为 30lh 时:PZ u 关系测定:表 2(1)第一套湿填料时P/zu 关系测定第 1 套 L=30 填料层高度 Z=0.4m 塔径D=0.075m序号填料层压强降mmH2O单位高度填料层压强降mmH2O/m空
14、气转子流量计读数m3/h空气流量计处空气温度对应空气流量m3/h空塔气速m/s塔内操作现象1 4.0 10.0 4.0 24.7 4.00 0.25 流动正常2 6.0 15.0 5.0 24.6 4.99 0.31 流动正常3 9.0 22.5 6.0 24.7 5.99 0.38 流动正常4 11.0 27.5 7.0 24.7 6.99 0.44 流动正常5 14.0 35.0 8.0 24.7 7.98 0.50 流动正常6 19.0 47.5 9.0 24.7 8.98 0.56 流动正常7 23.0 57.5 10.0 24.7 9.97 0.63 流动正常8 29.0 72.5
15、11.0 25.0 10.97 0.69 流动正常9 35.0 87.5 12.0 25.1 11.97 0.75 流动正常11 41.0 102.5 13.0 25.2 12.96 0.82 液 泛12 51.0 127.5 13.5 25.3 13.45 0.85 严重液泛13 62.0 155.0 14.0 25.4 13.94 0.88 严重液泛3.传质实验数据:表 3(1)第一套填料吸收塔传质实验数据表(一)被吸收的气体混合物: 空气+氨混合气; 吸收剂:水; 填料种类: 瓷拉西环填料尺寸:10101.5; 填料层高度:0.4; 塔内径:75实 验 项 目 1 2空气转子流量计读数
16、m 3/h 4.0 10.0转子流量计处空气温度 24.1 25.0空气流量 流量计处空气的体积流量 m 3h 4.0 10.3氨转子流量计读数 m 3h 0.125 0.25转子流量计处氨温度 19.2 19.2氨气流量 流量计处氨的体积流量 m 3h 0.163 0.326水流量水转子流量计读数 l/h32.0 32.0测定用硫酸的浓度 moll 0.005784 0.005784测定用硫酸的体积 l 5 5量气管内空气的总体积 l 770 415塔顶Y2的测定 量气管内空气的温度 19.2 19.2滴定用硫酸的浓度 moll 0.04912 0.04912滴定用硫酸的体积 l 19.30
17、 33.90塔底X1的测定 样品的体积 l 10 10塔底液相的温度 18.7 19.3相平衡 相平衡常数 0.732924 0.753984表 4(1)第一套填料吸收塔传质实验数据表(二)实 验 项 目 1 2塔底气相浓度 1 kmoI 氨kmoI 空气 0.040 0.032塔顶气相浓度 2 kmoI 氨kmoI 空气 0.00180 0.00334塔底液相浓度 1 kmoI 氨kmoI 水 0.00341 0.00599 1* kmoI 氨kmoI 空气 0.00250 0.00452平均浓度差 m kmoI 氨kmoI 空气 0.01187 0.01136气相总传质单元数 N OG 3.26 2.49气相总传质单元高度 H OG 0.123 0.160空气的摩尔流量 koIh 0.164 0.409气相总体积吸收系数 Ya koI 氨(m3 .h) 303 577回收率 A 0.96 0.89 H 2 - 00.20.40.60.811.21.40 5 10 15 20 25 3 3 t
