1、化工原理实验（精馏、吸收 、萃取）（总分100分） 一 选择题（每空2分，共30分）1 某填料塔用水吸收空气中的氨气，当液体流量和进塔气体的浓度不变时，增大混合气体的流量，此时仍能进行正常操作，则尾气中氨气的浓度_A_A增大 B 减少 C 不变 D 不确定2 精馏实验开工时采用哪种回流比？ C A 最小回流比 B某个确定的回流比 C 全回流 D 以上各条均可3在精馏实验中，图解法求理论板时，与下列哪个参数量无关？ B A R B F C q D xD4精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D A 液相中易挥发组分进入汽相 B 汽相中难挥发
2、组分进入液相C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多 D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生5当吸收质在液相中的溶解度甚大时，吸收过程主要受 A 控制，此时，总吸收系数K Y近似等于 D A 气膜 B k X C 气液膜同时 D k Y E 液膜 F K X 6当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线向平衡线靠近，为达到给定的分离要求，所需的理论板数 A A 逐渐增多 B 逐渐减少 C不变 7全回流时，y-x图上精馏塔的操作线位置 B A 在对角线与平衡线之间 B 与对角线重合 C 在对角线之下8进行萃取操作时应使： C A分配系数大于1
3、B分配系数小于1 C选择性系数大于1 D选择性系数小于1 9 一般情况下，稀释剂B组分的分配系数 k值： B A大于1 B小于1 C等于 1 D难以判断，都有可能 10萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M位于： C A溶解度曲线之上方区 B溶解度曲线上 C溶解度曲线之下方区 D座标线上 11萃取是利用各组分间的 C 差异来分离液体混合液的。A挥发度 B离散度 C溶解度 D密度。12通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，完成一定的分率 D 。A 回收率趋向最高 B 吸收推动力趋向最大C 操作最为经济 D 填料层高度趋向无穷大 13为使脱吸操作易于进行，通常可采用 A 或 C 。A
4、升温 B 加压 C 减压 D 降温 二 填空题 （每空2分，共30分）1吸收实验中尾气浓度采用尾气分析装置测定，它主要由取样管、 吸收盒 和 湿式体积流量计 组成的，吸收剂为 稀硫酸 ，指示剂为 甲基红 。2萃取操作依据： 溶解度差异 。萃取操作中选择溶剂主要原则： 较强溶解能力_， 较高选择性_和 易于回收_。 3填料应具有较 大_的 比表面积 以增大塔内传质面积。4精馏操作的依据是_混合液中各组分的挥发度差异_。实现精馏操作的必要条件包括 塔顶液相回流 和 塔底上升气流 。5在精馏实验过程中，由塔底往上至塔顶，其温度会 逐渐降低 ；而易发挥组分的含量会 增加 。 三 简答题（每题5分，共4
5、0分）1要提高填料塔的吸收效果，应如何选择填料？答：比表面积大的；有尽可能大的空隙率的填料；填料因子中值小的。2填料塔的液泛和哪些因素有关？答：填料塔的液泛和填料的形状、大小以及气液两相的流量、性质等因素有关。3如果在精馏实验过程中，实验室里有较浓的乙醇气味，试分析原因？答：原因可能是：塔顶冷凝器的冷却量不够，塔顶上升的乙醇蒸汽没有被完全冷却下来，散失于空气中。4吸收实验中，风机为什么要用旁通阀调节流量？答：因为如果不用旁通阀，在启动风机后，风机一开动将使系统内气速突然上升，可能破坏空气转子流量计。所以要在风机启动后再通过关小旁通阀的方法调节空气流量。5在填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液
6、封装置如何设计的？答：塔底的液封主要为了避免塔内气体介质的逸出，稳定塔内操作压力，保持液面高度。 U形管型液封装置是利用U形管内充满液体，依靠U形管的液封高度阻止设备系统内物料排放时不带出气体，并维持系统内一定压力。液封罐型液封是通过插入管维持设备系统内一定压力，从而防止空气进入系统内或介质外泄。6结合实验说明影响精馏操作稳定的因素有哪些？答:主要因素包括操作压力、进料组成和热状况、塔顶回流、全塔的物料平衡和稳定、冷凝器和再沸器的传热性能，设备散热情况等7对于气液传质的塔设备，气液负荷都有一定的范围，否则会发生液泛等不正常操作现象。对于逆流操作的萃取塔，是否也会发生液泛？ 答：与气液传质的塔设
7、备一样，在逆流操作的萃取塔中，分散相和连续相的负荷不能任意增大。流量过大，会引起两相接触时间减少，降低萃取效率；同时两相流速的增大还将引起流动阻力的增加，当速度增大至某一极限值时，一相会因流动阻力的增加而被另一相夹带到自身入口端流出塔外，此时萃取塔即发生了液泛现象。液泛时塔内的正常萃取操作被破坏，实际操作速度应低于液泛速度。8 本实验为什么不宜用水作为分散相？答：由于分散相液滴在连续相中的沉降速度与连续相的粘主度有很大关系，为了减小塔径，提高两相分离效果，通常将粘度大的一相作为分散相。从成本安全考虑，应将成本高，易燃易爆物料作为分散相。从溶液对萃取塔润湿的难易程度考虑，水比煤油的润湿性好。四、
8、实验报告填料吸收塔吸收系数的测定一 实验目的1 熟悉了解吸收塔的结构及操作方法；2 观察气液在塔内的流体力学特性；3 测定在一定操作条件下的总体积吸收系数。二 实验原理吸收过程是依据气相中各溶质组分在液相中的溶解度不同而分离气体混合物的单元操作。填料吸收塔一般由以下几部分构成：圆筒壳体、液体分布装置、液体支撑板、填料、再分布器、捕沫装置、进、出口接管等等。常见的大颗粒填料有拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍环、矩鞍环等等。填料的材质可以是金属、塑料、陶瓷等。规整填料是由许多具有相同几何形状的填料单元体组成，以整砌的方式装填在塔内。常见的规整填料有丝网波纹填料。1 填料吸收塔的流体力学特性气体通过干填
9、料层流动时，干填料的 P/Zu关系是直线，其斜率为1.82.0，与管内湍流流动关系相似。当有一定的喷淋量时（图中曲线1、2、3对应的液体喷淋量依次增大），由于液体占据空隙中部分自由截面积，气体所受阻力增大，因此，在相同流速下气体通过填料层的压降增大，故 P/Zu关系曲线都在0（ L0 = 0）线上方，如1、2、3所示。1、2、3曲线在气速很小时仍与0（ L0=0）线相似。液体向下流动未受到气体阻碍，当气体速度增大到A(折点)后，气体的曳力使填料持液量增加，而使气体压降增加，液体向下流动开始受阻，此种现象称为载液，A点称为载点，气速升到 B点，气体对液体的阻力使液体停止下流，液体充满空隙，气体以
10、气泡形式通过液体层，此时压降上升很快，并出现波动，关系曲线几乎垂直。此时，即为液泛现象。填料塔流体力学特性测定为确定塔的气液负荷及输送机械的功率提供依据。填料层的P/Zu 关系2 传质系数的测定反映填料吸收塔性能的主要参数之一是传质系数。本实验是用水吸收空气氨混合气中少量的氨。氨为易溶气体，操作属于气膜控制，在其他条件不变情况下，随着空塔气速在一定范围内的增加，传质系数也相应变大。当空塔气速达某一值时，将会出现液泛现象，此时塔的正常操作被破坏。所以适宜的空塔气速应控制在液泛速度之下。本实验所用的混合气体中氨的浓度很低(5%)，吸收所得溶液浓度也不高，气、液两相的平衡关系服从亨利定律，故相应的K
11、 ya的计算式可由下式推导出：12OG0Ydd*ZVHNKaOGH12OGYN12Ym()aZ式中： Z 填料层高度，m；V 空气流量，kmol/h；Y1 塔底气相浓度， NH3/空气，kmol/kmol；Y2 塔顶气相浓度， NH3/空气，kmol/kmol； HOG 气相总传质单元高度，m；NOG 气相总传质单元数；KYa 气相总体积吸收系数，kmol/m 3s； 填料塔横截面积，m 2；Ym 塔内气相平均总推动力。（1） 空气流量标准状态的空气流量q v0空 用下式计算：qv0空 =qv空 012TP式中： q v空 转子流量计示值，m 3/h；T1，P 1 标定状态下空气温度（K）和压
12、强（Pa ）；T0，P 0 标准状态下空气温度（K）和压强（ Pa）；T2，P 2 使用状态下空气的温度（K）和压强（ Pa）。(2) 氨气流量标准状态下氨气流量 用下式计算：3v0NHq3312v0NH0TPq式中： 转子流量计示值，m 3/h；3T1，P 1 标定状态下空气温度（K）和压强（Pa ）；T0，P 0 标准状态下空气温度（K）和压强（ Pa）；T2，P 2 使用状态下氨气的温度（K）和压强（ Pa）；01、 02 分别为标准状态下的空气密度 (kg/m3)和氨气密度(kg/m 3)。若氨气中含纯氨为99.9，则纯氨气在标准状态下的流量 。33v0NHv0=9.%q（3） 进气浓
13、度 Y 133v0NHnq空 空（4） 尾气浓度 Y 2Y2= WV尾气通过吸收盒，除去氨后的空气体积为 (L)（标准状态），被吸收氨的WV体积为 (L)（标准状态），计算 Y2时，将湿式气体流量计测得空气体积V i换算为标准状态下的空气体积 。换算式为：Wi0iPTV式中： V i 湿式气体流量计所测得的空气体积，L；Pi， Ti 空气流经湿式气体流量计时的压强（Pa）和温度（K ）；P0，T 0 标准状态下空气的压强（Pa）和温度（K ）。氨的体积根据加入吸收盒的硫酸溶液体积和浓度用下面公式计算：=22.4VSMS2 W式中： V S加入吸收盒中硫酸溶液体积， L；MS硫酸的摩尔浓度，mo
14、l/L ；NH3在标准状态下的体积为22.4，L/mol。（5） Y m的计算12lnY Y1=Y1-Y1* Y1*=mX1= EXPY2=Y2-Y2* Y2*=mX2=式中： Y 1 塔底气相浓度 ，NH 3/空气，kmol/kmol；Y2 塔顶气相浓度 ，NH 3/空气，kmol/kmol； Y1* 与X 1相平衡的气相浓度，NH 3/空气，kmol/kmol；Y2* 与X 2相平衡的气相浓度，NH 3/空气，kmol/kmol。平衡关系EmP本实验亨利系数与温度关系可用下式计算：20T E=(T-20)4782.54+78830.85Pa10 T20 E=(T -10)2796.57+5
15、0865.15Pa0T10 E=T 2117.69+29688.225Pa式中： m 相平衡常数；E 亨利系数，Pa；P 混合气体总压，Pa，P = 大气压+塔顶表压+填料层压降/2 ；T溶剂进出温度平均值，。 塔底液相浓度 X1的计算根据物料衡算。212()()VYL式中： V 空气流量，kmol/h； L 液体喷淋量，kmol/h ； Y1，Y 2 塔底 、 塔顶气相浓度，NH 3/空气，kmol/kmol； X1，X 2 塔底 、 塔顶液相浓度，NH 3/水，kmol/kmol。进塔溶剂为清水 X 2=0，所以：112()AGVYLL用下式进行计算：M水 水 水式中： V 水 水的流量，
16、m 3/h； 水 水的密度，kg/m 3；M水 水的相对分子质量。三 实验装置本实验装置如图所示，空气由气泵供给，气体经稳压罐进入转子流量计，计量后进入总管，氨气由氨瓶经氨稳压罐后进入总管与空气混合，再进入塔底（有机玻璃管塔体）经水吸收后排出，出口处有尾气调节阀维持一定的尾气压力，作为尾气通过湿式流量计的推动力。水经过转子流量计送至塔顶，均匀喷向填料层，吸收后的溶液经塔底液封管排出塔外。氨经氨瓶上减压阀将输出氨气压力稳定在0.04MPa（表压）范围内。气体流量与气体状态有关，每个气体流量计前均装有压力表和温度计。四 实验方法与注意事项1 把进水阀打开，调节水量至某一适宜值。2启动气泵。启动气泵
17、前，先将旁路阀开至最大开度，然后启动气泵。否则气泵开动，由于系统内气速突然上升可能碰坏空气转子流量计以及使U 型压差计中的指示液喷出。3调节旁路阀，使空气的流量由小变大，直至填料塔接近液泛为止，然后减小空气流量。此目的是使填料全面润湿一次。4 打开氨流量计，送入适量的氨，使混合气体中氨的浓度在5以下。5准备、联接好尾气吸收盒。用蒸馏水少许洗净吸收盒，然后在吸收盒中加入一定浓度一定体积（取1ml）的稀硫酸，再加入蒸馏水至刻度线处，最后滴入指示剂(甲基红)之后将吸收盒连入管路。打开取样管阀以前，先记录湿式空气流量计初示值。分析时开启阀门，让尾气通过吸收盒，注意旋塞开度应适当，使气泡均匀上升，以免硫酸被气泡带走，造成反应不完全。被测气体通过吸收盒后，其中的氨气被吸收，而剩下的惰性气体（空气）通过湿式气体流量计并测定它的体积，当吸收液到达终点时（指示剂由红色变为黄色）立即关闭阀门，读取湿式气体流量计终示值。6 当空气、氨、水三者的流量达到稳定后，并同时记录有关数据。7 改变空气的流量（氨气、水的流量不变）重复步骤5、6。8实验结束，先关闭氨瓶上的阀门，待稳压罐内的氨气全部排净后，关闭氨气阀门。将旁路阀全开，切断气泵电源。最后关闭进水阀。五 数据处理要求计算K Ya与H OG并列出一组数据的计算过程和结论。填料吸收塔实验流图图
