1、化工原理实验,福州大学化工原理实验室 二六年九月,吸收实验,实验五 吸收实验,福州大学化工原理实验室,一 实验目的 二 实验任务 三 实验原理 四 实验流程,五 操作要点 六 浓度分析 七 报告要求 八 方案设计,吸收实验装置,一、实验目的,熟悉填料吸收塔的结构与操作方法。 掌握气相总体积传质系数 的测定方法。 通过实验了解 曲线和 对工程设计的重要意义。 要求按论文格式撰写实验报告，以培养文献资料的查阅能力和科技论文的写作能力。,二、实验任务,填料吸收塔综合型实验任务书,利用实验室现有的拉西环填料吸收塔（填料层高度、塔径均已知），完成以下流体力学性能及传质性能的测定： （1）测定喷淋量L=0
2、（干塔）时，空塔气速 与每米填料压降 之间的关系，将结果标绘在双对数坐标纸上，求出干塔曲线斜率并与理论值相比较。 （2）测定喷淋量L=40L/h（湿塔）时，空塔气速 与每米填料压降 之间的关系，将结果与干塔曲线标绘在同一张双对数坐标纸上，定出该喷淋量下的载点、,二、实验任务,泛点的位置及3个流动区域的划分，并深入探讨流体力学性能及测定流体力学性能曲线的工程意义。 （3）固定液相流量为30L/h，进塔混合气中氨气的浓度控制在 0.020.03范围内，在液泛气速以下取两个相差较大的气相流量并要求进塔氨气浓度必须一样,分别测定塔的传质能力（传质单元数NOG和回收率 ）和传质效率（传质单元高度HOG和
3、体积吸收总系数 ）。并对两次传质实验的 、 和 值进行分析比较讨论；以及对物料衡算的结果进行分析讨论。,三、实验原理 填料塔流体力学特性,测定填料塔的压降和液泛气速是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择合适的气液负荷。 气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中以 对 作图得到一条斜率为1.82的直线，如下图中所示的aa段直线。当有喷淋量时，在低气速时（c点以前）压降也比例于气速的1.82次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大。,当气体增至液泛点（图中d点，实验中可以目
4、测出）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升，此时液相完全转为连续相，气相完全转为分散相，塔内液体返混和气体的液沫夹带现象严重，传质效果极差。,三、实验原理 填料塔流体力学特性,从图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明气液两相流动的相互影响开始出现。压降气速线向上弯曲，斜率变徒（图中cd段）。,三、实验原理 填料塔流体力学特性,测定填料塔的压降和液泛气速的实验可用空气和水。在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据，直至刚出现液泛时为止。,（2）空气的空塔气速式中： 空塔气速， m3/(m2s)即m/s ；操作条件下空气的流量，m3/h；塔的直径，m。（其它符号说明略）,（1）每米填料层的压
5、降填料层压差，mmH2O； 填料层高度m。,三、实验原理 气相体积总传质系数 的测定,1、气相总体积吸收系数 的计算公式（低浓度）。,三、实验原理,式中 G 混合气体通过塔截面的摩尔流速，kmol/ (m2h)； V 空气的摩尔流量，kmol/h z 填料层高度m 以 为推动力的气相体积总传质系数，kmol/(m3h)； Y1、Y2 塔底、塔顶混合气中溶质与惰性气体的摩尔比； Y1*、Y2*平衡时的气相摩尔比。 平均浓度差,三、实验原理,2、传质系数的测定方法,由上式可见，要测定 值，应把公式右边各项分别求出。在本实验中，塔直径 、填料层高度Z为已知， V、 由测定进气中的空气量和氨量求出；
6、由滴定法测定， 中的 和 可用平衡关系式求出。下面介绍整理数据的步骤。,相关计算公式,符号说明详见实验教材,图1.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,四、实验流程,填料,喷淋头,填料塔,空气流量计,水、氨气流量计,空气、吸收液温
7、度计,水准瓶,量气管,填料塔压差,吸收瓶,空气压差,空气流量调节阀,实验流程介绍,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。,实验流程介绍,氨气流量由阀10调节,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，将塔顶尾气吸入吸收瓶14和量气管15。在吸入塔顶尾气之前，预先在吸收瓶14内放入5mL已知浓度的硫酸，用于吸收尾气中
8、的氨。吸收液的取样可用塔底6的取样口进行。填料层压降用形管压差计13测定。,五、操作要点填料塔流体力学测定操作（1）,这项操作不要开动氨气系统，仅用水和空气进行操作即可。1、测定干填料层 关系曲线：1）润湿填料。先开动供水系统（大约30l/h），然后全开空气流量调节阀 2，启动鼓风机，用阀2 调节进塔的空气流量。慢慢加大气速到接近液泛，之后再全开阀 2，关闭供水系统，目的是使填料全面润湿一次。,五、操作要点填料塔流体力学测定操作（1）,2）参数测定。用阀2 调节进塔的空气流量。按空气流量从小到大的顺序进行实验，分别读取空气转子流量计的读数、对应空气流量的压强降、空气流量计处空气温度和填料层的压
9、降 ,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 为纵坐标，标绘干填料层 u关系曲线。建议空气转子流量计的读数分别取3、5、7、9、11、13、15、17、19、21共10个数据点。,五、操作要点填料塔流体力学测定操作（2）,2、测定某喷淋量下填料层 关系曲线：将水喷淋量调节为40Lh，用上面相同的方法读取空气转子流量计的读数、对应空气流量的压强降、空气流量计处空气温度和填料层的压降P,并注意观察填料表面气液接触状况。接近液泛时，进塔气体量应缓慢增加。要注意，此时压降变化是一个随机变化过程，无稳定过程，因此读取数据和调节空气量的动作要快，否则测出的曲线会不完整。,五、操作要点,液
10、泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升，切不可使气速过分超过泛点。出现液泛现象时，仍需继续测三组数据。然后在对数坐标纸上标出液体喷淋量为40Lh下的 关系曲线，确定液泛气速并与观察到的液泛气速相比较。 建议空气转子流量计的读数按3、4、5、6的顺序递增，接近液泛时，进塔气体量可缓慢增加，比如按0.5来递增 。,1、氨气流量的确定。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的读数，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。例如，空气转子流量计的读数为5m3/h，则氨气流量计的流量读数可以设为0.1-0.15 m3/h。 2、氨气
11、系统的开动方法。事先要弄清氨气自动减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶的瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值。,五、操作要点总传质系数测定的操作,接着先关闭氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，同时注视低压氨气压力表示值，达到0.050.08（MPa），（即0.5或者0.8kgf/cm2）时即可停止。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。3、流量调节及参数测定。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的条件下操
12、作一定时间，待过程基本稳定后,开始记录各相关数据，并按下述方法分析塔顶尾气及塔底吸收液的浓度。,五、操作要点总传质系数测定的操作,1、启动鼓风机前，务必将空气流量调节阀2全开。同理，实验完毕要停机时，也要将此阀全开，待转子降下来以后再停机，如果突然停机，气流突然停止，转子就会猛然掉下，打坏流量计。2、测定干填料压强降时，塔内填料务必事先润湿一遍。3、做传质实验时，水流量不能超过40Lh，否则尾气的氨浓度极低，给尾气分析带来麻烦。4、两次传质实验所用的进气氨浓度必需一样。,五、操作要点（注意点）,六、尾气、塔底吸收液浓度分析方法,4、塔顶尾气浓度分析方法:（1）排出两个量气管内的空气，使其中水面
13、达到最上端的刻度线零点处,并关闭三通旋塞。,（2）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（如右图所示）。（3）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。,尾气浓度测定方法,（4）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变化,中和反应达到终点时（如下图所示）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，读取该量气管内的空气体积，同时启用另一个量气
14、管，让尾气继续通过吸收瓶。,尾气浓度测定方法,（5）尾气浓度 计算因为氨与硫酸中和反应式为:2NH3H2SO4(NH4)2SO4所以到达化学计量点(滴定终点)时,被滴物的摩尔数 和滴定剂的摩尔数 之比为: 21,尾气浓度的计算,式中: 分别为NH3和空气的摩尔数,mol硫酸溶液体积摩尔浓度, mol溶质L溶液硫酸溶液的体积, ml（取5ml)量气管内空气的总体积, ml标准状态时的绝对温度 273K,操作条件下大气的绝对温度 K 。,塔底吸收液浓度的分析方法,2塔底吸收液的分析方法1）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。,2）用移液管取塔底吸收液10mL置
15、于另一个三角瓶中,加入2滴甲基橙指示剂（如右图1所示）。,3）将浓度约为0.05M的硫酸置于酸滴定管内,用以滴定三角瓶,中的塔底吸收液至终点（如右图2所示）。,图1 图2,（4）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，重复上述操作，测定有关数据。（5）塔底吸收液浓度 计算：,塔底吸收液浓度的分析方法,式中: 测定塔底吸收液用硫酸的摩尔浓度, molL测定塔底吸收液用硫酸的体积, ml塔底液相样品的体积, ml（取10ml),七、实验报告要求,实验报告按小论文格式撰写。报告在实验结束二周内交。报告应包括如下几个方面：论文题目 摘要 关键词 前言 实验方法实验数据处理 实验结果与讨论 参考文献报告要有封面和任务书，这两页需打印件。原始数据记录表最好是打印件。上述部分材料以及所需的对数坐标纸可从教师提供的材料中下载。,八、实验方案设计格式,实验名称： 吸收实验 实验小组成员： 方案设计时间： 一.实验方案设计思路 二.实验所需仪器、设备 三.实验应测试的参数,四.实验步骤 五.实验注意事项,要测哪些参数，为什么？（用公式表达）,原始数据记录表（应包括符号和单位）,每组一份，在实验前交给实验指导教师。 无实验方案的小组将不能参加实验。,实验设计方案,用A4复印纸书写。 纸张左侧留2cm装订位置。,
