化工原理實(shí)驗(yàn)吸收實(shí)驗(yàn)

（一）

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募罢J(rèn)為1、

熟悉填料吸收塔的結(jié)構(gòu)與操作2、

觀察填料吸收塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線3、

掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kya的測(cè)定方法及影響因素分析4、

同過實(shí)驗(yàn)了解p—u曲線和傳質(zhì)系數(shù)Kya對(duì)工程設(shè)計(jì)的重要意義5、

學(xué)習(xí)對(duì)氣液連續(xù)接觸的填料塔利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問題的方法化工原理吸收實(shí)驗(yàn)（二）基本原理

1、填料塔流體力學(xué)特性氣體通過干填料層時(shí)，液體流動(dòng)引起的壓降和湍流流動(dòng)引起的壓降規(guī)律相一致。化工原理實(shí)驗(yàn)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中壓降對(duì)氣流做圖得到一條斜率為1.8—2的直（圖中a—a線）。（圖7—1填料層壓降—空塔氣速關(guān)系示意圖）aabcd而有噴淋量時(shí)，在低氣速時(shí)，（c點(diǎn)以前）壓降也比例于氣速的1.8~2次冪，但大于同一氣速下干填料的壓降（圖中bc段）。隨氣速增加，出現(xiàn)截點(diǎn)（圖中c點(diǎn)），持液量開始增大。氣壓—?dú)馑倬€向上彎曲，斜率變陡，（圖中cd

段）。測(cè)定填料塔的壓降和液泛速度，是為了計(jì)算填料塔動(dòng)力消耗和確定填料塔的適宜操作范圍，選擇合適的氣液負(fù)荷

2傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)

填料他與板式塔內(nèi)氣液兩相的接觸情況有著很大的不同。在板式塔中，兩相接觸在各塊塔板上進(jìn)行，因之接觸是不連續(xù)的。但在填料塔中，兩相接觸是連續(xù)地在填料表面上進(jìn)行，需計(jì)算的是完成一定吸收任務(wù)艘需填料高度。填料層高度計(jì)算方法有傳質(zhì)系數(shù)法、傳質(zhì)單元法以及等板高度法

總體積傳質(zhì)系數(shù)Kya是單位填料體積，單位時(shí)間吸收的溶液量。它是反映填料吸收塔性能的主要參數(shù)。是設(shè)計(jì)填料高度的重要數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)是用水吸收空氣—氨混合氣體中的氨?；旌蠚怏w中氨的濃度低。吸收所得的溶液濃度也不高。氣液兩相的平衡關(guān)系可以認(rèn)為服從亨利定律（即平衡線在x—y坐標(biāo)系為直線）。故可用對(duì)數(shù)平均濃度差法計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。相應(yīng)的傳質(zhì)方程為：所以式中其中—單位時(shí)間內(nèi)氨的吸收量（Kmol/h）

—填料層體積系數(shù)（Kmol/m·h）

—填料層體積（m）

—?dú)庀鄬?duì)數(shù)平均濃度差—?dú)怏w進(jìn)塔時(shí)的摩爾比—與出塔液體相平衡的氣相摩爾比—?dú)怏w出塔時(shí)的摩爾比

—與進(jìn)塔液體相平衡時(shí)的氣相摩爾比

（具體計(jì)算步驟參閱附錄）

(三)裝置與流程142356789101112131415161718192021222324252627282930313233自來水排入地溝空氣圖5-2XS-1吸收實(shí)驗(yàn)裝置流程圖數(shù)字表示返回返回1、氨瓶閥13、油分離器24、尾氣取樣管2、6、氨壓力表14、放凈閥25、穩(wěn)壓瓶3、氨減壓瓶15、閥門26、考克4、氨鋼瓶安全閥16、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)27、吸收盒5、溫度計(jì)17、塔頂表壓計(jì)28、濕式氣體流計(jì)7、緩沖罐18、填料支撐板29、水流量計(jì)8、膜式安全閥19、排液管30、放凈閥9、表壓計(jì)20、壓差計(jì)31、水調(diào)節(jié)閥10、轉(zhuǎn)子流量計(jì)21、填料塔32、高位水槽11、表壓計(jì)22、噴淋器33、調(diào)節(jié)閥12、溫度計(jì)23、尾氣穩(wěn)壓閥34、閥門基本數(shù)據(jù)：塔徑0.111m，填料層高0.825m填料參數(shù)：12×12×1.3(㎜)瓷拉西環(huán)

at—403(

),—0.764

實(shí)驗(yàn)流程：圖5—2

是吸收實(shí)驗(yàn)裝置流程圖。

空氣由羅茨風(fēng)機(jī)（圖中未畫）供給，進(jìn)入油分離器13，由閥15調(diào)節(jié)空氣流量，經(jīng)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)16計(jì)量，并在管路中與氨混合后進(jìn)入塔底?；旌蠚怏w在塔中經(jīng)水吸收后，尾氣從塔頂排出。出口處有尾氣穩(wěn)壓閥23，以維持一定的尾氣壓力（約90—130㎜HO）作為尾氣通過分析器27的推動(dòng)力。

來自高位水槽（靠溢流管維持一定水位）的水，經(jīng)水調(diào)節(jié)閥31，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)20計(jì)量后，進(jìn)入塔頂噴淋器噴出。塔底吸收液經(jīng)排液管流如地溝。氨氣由氨瓶4供給，開啟氨瓶閥門1，氨氣即進(jìn)入自動(dòng)減壓閥3，穩(wěn)壓在0.5—1.0㎏/cm范圍內(nèi)。氨壓力表2指示氨瓶內(nèi)部壓力，氨壓力表6指示減壓后的壓力。為了確保安全，緩沖罐上還裝有安全閥8，以保證進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的氨壓力不超過規(guī)定值（1.2㎏/cm），安全閥的排出口用所了管接到室外。由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān)，所以每個(gè)氣體流量計(jì)前均有表壓計(jì)和溫度計(jì)。為了測(cè)量塔內(nèi)壓力和填料層壓降，裝有表壓計(jì)17和壓差計(jì)20。另外還需用大氣壓力計(jì)測(cè)量大氣壓強(qiáng)。排液管19可以上下移動(dòng)，使液面控制在管子內(nèi)部而不上升到塔截面內(nèi)。尾氣分析器由吸收盒27和濕式氣體流量計(jì)28組成。吸收實(shí)驗(yàn)（四）操作要點(diǎn)

1．

流體力學(xué)性能測(cè)定（１）

測(cè)定于填料壓強(qiáng)降時(shí)，塔內(nèi)填料務(wù)必事先吹干。（２）

測(cè)定濕填料壓強(qiáng)降：ａ、測(cè)定前要進(jìn)行予液泛，使填料表面充分潤濕。ｂ、實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，進(jìn)塔氣體的速度要放慢，不然圖中泛點(diǎn)不易找到。密切觀察填料表面氣液接觸狀況，并注意填料層壓降變化程度。務(wù)必讓各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據(jù)。液泛后填料層壓降在幾乎不變氣速下上升，務(wù)必要掌握這個(gè)特點(diǎn)。稍稍增加氣量，再取一、二個(gè)點(diǎn)就可以了，并注意不要使氣速過分超過泛點(diǎn)。避免沖破和沖跑填料。（3）

要注意空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)前調(diào)節(jié)閥要緩緩開啟和關(guān)閉，以免撞碎玻璃管。２．傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：（１）氨氣減壓后進(jìn)入穩(wěn)壓罐，罐內(nèi)壓力保持０.５～１.０kg/cm之間，不得超過。并注意減壓閥使用方法。（２）

傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)條件選取

水噴密度～１０m/m－h(huán)空塔氣速０.５～０.８m/s，氨氣入塔濃度３％左右為宜。

（3）

傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作記錄必須完整無缺，由于氣速流量與氣體狀態(tài)有關(guān)，故每個(gè)氣體流量計(jì)前均裝有表壓計(jì)和溫度計(jì)。（4）尾氣組成Ｙ分析預(yù)先往分析盒中加入一定體積、當(dāng)量濃度為已知的稀硫酸作為吸收液加入２～３滴甲基紅指示劑，用蒸餾水補(bǔ)充至刻度線以保證每次硫酸濃度大致相同，避免分析誤差。分析開始：打開考克２６，被測(cè)塔頂尾氣通過分析盒后其中氨被吸收。而空氣由濕式氣體流量計(jì)２８測(cè)量?？伎耍玻堕_度要適中。當(dāng)吸收液到達(dá)終點(diǎn)時(shí)（ＰＨ４.２→６.２，由紅色變?yōu)辄S色）立即關(guān)閉考克２６。記下濕式流量計(jì)轉(zhuǎn)過的體積及空氣溫度。尾氣濃度計(jì)算公式如下：式中－氨在氣相中的摩爾比－硫酸當(dāng)量濃度

－硫酸體積［ｍｌ］［摩爾比］Ｖ－濕式氣體流量計(jì)所測(cè)得的體積［ｍｌ］

－標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度［Ｋ］

Ｔ－操作條件下的溫度［Ｋ］

(5)實(shí)驗(yàn)完畢。關(guān)閉氨氣時(shí)，務(wù)必先關(guān)氨鋼瓶總閥１，然后才能關(guān)閉減壓閥３及調(diào)節(jié)閥３４。

(6)停氨后，繼續(xù)通入空氣和水，將塔內(nèi)殘留氨洗凈。避免填料表面結(jié)垢。

（五）報(bào)告要求

1．計(jì)算于填料以及一定噴淋量下濕填料在不同空塔氣速下單位填料層高度的壓強(qiáng)降，即。并在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系作圖。找出載點(diǎn)和泛點(diǎn)。

2．計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下（一定噴淋量，一定空塔氣速）的總體積傳質(zhì)系數(shù)值及氣相總傳質(zhì)單元高度值。3．根據(jù)書上傳質(zhì)系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。孜孜不倦（六）討論題1．闡述于填料壓降線和濕填料壓降線的特征。2．比較液泛時(shí)單位高度填料層壓降和Eckert關(guān)聯(lián)圖數(shù)值是否相符。一般亂堆填料液泛時(shí)單位填料層高度的壓強(qiáng)降為多少？3．試計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下填料塔的實(shí)際液氣比L/V是最小液氣比的多少倍。4．填料吸收塔當(dāng)提高噴淋量時(shí)，對(duì)有何影響？5．填料塔結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？

*6．測(cè)定于填料壓降線時(shí)，塔內(nèi)填料表面吹得不太平，對(duì)測(cè)定結(jié)果有什么影響

（七）附錄

1．氨液相濃度5%以下的亨利系數(shù)與溫度關(guān)系

0℃10℃20℃

25℃

30℃

40℃溫度t（℃）亨利系數(shù)E（大氣壓）

0.2930.5020.7780.9471.2501.938即：返回2．總體積傳質(zhì)系數(shù)及氣相總傳質(zhì)單元高度整理步驟。1）．標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣流量

——空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值[M/h]式中——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)。[K],[mmHg]

——標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)。[K],[mmHg]

——使用狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)。[K],[mmHg]

2）．標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氨氣流量

[M/h]

式中——氨氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值[M/h]

——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度1.293Kg/M

——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氨氣密度0.7810Kg/M

若氨氣中純氨為98%，則純氨在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量為3）．惰性氣體的摩爾流量G

[mol/h]

4）．單位時(shí)間氨吸收量5）．進(jìn)氣濃度——空氣摩爾數(shù)即：6）．尾氣濃度——氨氣摩爾濃度；——空氣摩爾濃度即：式中——加入分析盒中硫酸當(dāng)量濃度[N]；——加入分析盒中硫酸溶液體積[ml]

V——濕式氣體流量計(jì)所量得的空氣體積[ml]；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣溫度[K]；