1、過程工程原理實驗（乙） 專業： 姓名： 學號： 日期：2015.12.26 地點：教十2109 實驗報告課程名稱：過程工程原理實驗（乙） 指導老師： 葉向群 成績：_實驗名稱：吸收實驗 實驗類型：工程實驗 同組學生姓名： 一、實驗目的和要求（必填）二、實驗內容和原理（必填）三、主要儀器設備（必填） 四、操作方法和實驗步驟五、實驗數據記錄和處理六、實驗結果與分析（必填）七、討論、心得 填料塔吸收操作及體積吸收系數測定1 實驗目的： 1.1 了解填料吸收塔的構造并熟悉吸收塔的操作；1.2 觀察填料塔的液泛現象，測定泛點空氣塔氣速；1.3 測定填料層壓降P與空塔氣速u的關系曲線； 1.4 測定含氨空

2、氣水系統的體積吸收系數Kya。2 實驗裝置：2.1 本實驗的裝置流程圖如圖1： 2.2物系：水空氣氨氣。惰性氣體由漩渦氣泵提供,氨氣由液氮鋼瓶提供，吸收劑水采用自來水，他們的流量分別通過轉子流量計。水從塔頂噴淋至調料層與自下而上的含氮空氣進行吸收過程，溶液由塔底經過液封管流出塔外，塔底有液相取樣口，經吸收后的尾氣由塔頂排至室外，自塔頂引出適量尾氣，用化學分析法對其進行組成分析。3 基本原理： 實驗中氣體流量由轉子流量計測量。但由于實驗測量條件與轉子流量計標定條件不一定相同，故轉子流量計的讀數值必須進行校正。校正方法如下： 3.2 體積吸收系數的測定 3.2.1相平衡常數m對相平衡關系遵循亨利定

3、律的物系（一般指低濃度氣體），氣液平衡關系為： 相平衡常數m與系統總壓P和亨利系數E的關系如下： 式中：E亨利系數，Pa P系統總壓（實驗中取塔內平均壓力），Pa亨利系數E與溫度T的關系為： lg E= 11.468-1922 / T 式中：T液相溫度（實驗中取塔底液相溫度），K。根據實驗中所測的塔頂表壓及塔頂塔底壓差p，即可求得塔內平均壓力P。根據實驗中所測的塔底液相溫度T，利用式（4）、（5）便可求得相平衡常數m。 3.2.2 體積吸收常數體積吸收常數是反映填料塔性能的主要參數之一，其值也是設計填料塔的重要依據。本實驗屬于低濃氣體吸收，近似取Yy、Xx。 3.2.3被吸收的氨氣量 ,可由物

4、料衡算 (X1-X2) 式中：V惰性氣體空氣的流量，kmol/h； 進塔氣相的組成，比摩爾分率，kmol（A）/ kmol（B）； 出塔氣相（尾氣）的組成，比摩爾分率，kmol（A）/ kmol（B）； X1出塔液相組成，比摩爾分率，kmol（A）/ kmol（B）； X2=0； L吸收劑水的流量，kmol/h。3.2.3.1 進塔氣相濃度的確定 式中：氨氣的流量，kmol/h。根據轉子流量計測取得空氣和氨氣的體積流量和實際測量狀態（壓力、溫度）。應對其刻度流量進行校正而得到實際體積流量，再由氣體狀態方程得到空氣和氨氣的摩爾流量，并由式（8）即可求取進塔氣相濃度。 3.2.3.2 出塔氣相（尾

5、氣）的組成的確定用移液管移取體積為Va ml、濃度為Ma mol/l的標準硫酸溶液置于吸收瓶中，加入適量的水及2-3滴百里酚蘭（指示劑），將吸收瓶連接在抽樣尾氣管線上（如裝置圖）。當吸收塔操作穩定時，尾氣通過吸收瓶后尾氣中的氨氣被硫酸吸收，其余空氣通過濕式流量計計量。為使所取尾氣能反映塔內實際情況，在取樣分析前應使取樣管尾氣保持暢通，然后改變三通旋塞流動方向，使尾氣通過吸收瓶。 式中：氨氣的摩爾數，mol； 空氣的摩爾數，mol。尾氣樣品中氨的摩爾數可用下列方式之一測得：(i)若尾氣通入吸收瓶吸收至終點（瓶內溶液顏色由黃棕色變至黃綠色），則 10-3 mol (ii)若通入吸收瓶中的尾氣已過量

6、（瓶中溶液顏色呈藍色），可用同樣標準硫酸溶液滴定至終點（瓶中溶液呈黃綠色）。若耗去酸量為ml,則 10-3 mol 尾氣樣品中空氣摩爾數的求取尾氣樣品中的空氣量由濕式流量計讀取，并測定溫度 mol 式中：尾氣通過濕式流量計時的壓力（由室內大氣壓代替），Pa； 通過濕式流量計的空氣量，l； 通過濕式流量計的空氣溫度， K；R氣體常數，R=8314Nm/(molK)。由式（10）（11）可求得和，代人（9）即可得到，根據得到的和，由（7）即可得到。 3.2.4對數平均濃度差 4 實驗步驟： 4.1先開啟吸收劑（水）調節閥，當填料充分潤濕后，調節閥門使水流量控制在適當的數值，維持恒定； 4.2啟動風

7、機，調節風量由小到大，觀察填料塔內的流體力學狀況，并測取數據，根據液泛時空氣轉子流量計的讀數，來選擇合適的空氣流量，本實驗要求在兩至三個不同氣體流量下測定； 4.3為使進塔氣相濃度約為5%，須根據空氣的流量來估算氨氣的流量，然后打開氨氣鋼瓶，調節閥門，使氨氣流量滿足要求； 4.4水吸收氨，在很短時間內操作過程便達到穩定，故應在通氨氣之前將一切準備工作做好，在操作穩定之后，開啟三通閥，使尾氣通入吸收瓶進行尾氣組成分析。在實驗過程中，尤其是測量時，要確保空氣、氨氣和水流量的穩定； 4.5 改變氣體流量或吸收劑（水）流量重復實驗：本次實驗，控制空氣流量分別為8-8-9.6 m3/h，水流量則相對應為

8、30-36-30 l/h； 4.6 實驗完畢，關閉氨氣鋼瓶閥門、水調節閥，切斷風機電源，洗凈分析儀器等。5 實驗數據處理： 5.1 大氣壓102400Pa 室溫11.5 填料層高度40.5cm 塔徑70mm 硫酸10ml濃度0.03mol/l 液泛氣速11-12m/h 5.2 原始數據記錄：體積吸收系數實驗單位 組1-1組1-2組2-1組2-2組3-1組3-2 空氣流量計讀數m/h88889.59.5空氣溫度12.112.212.312.2512.412.4空氣表壓kPa1.221.221.151.221.871.88 氨氣流量計讀數m/h0.30.30.30.30.360.36氨氣溫度12.

9、41212.3121212.1氨氣表壓kPa1.251.251.271.281.91.92水流量計讀數L/h303036363030塔頂底壓差kPa0.410.40.410.420.570.56塔頂表壓kPa0.770.780.750.761.281.23塔底液溫11.411.511.411.511.5511.5塔頂氣相濃度分析吸收瓶加酸量mL101010101010脫氨后空氣量L4.794.815.175.434.084.03脫氨后空氣溫度121212121212 5.3數據處理：塔截面積=0.00385m2 P=P0+P表 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2V體8.12728.

10、12848.13268.12919.62539.6253G 0.35510.35500.35480.35500.42270.4227L1.6671.6671.6671.6671.6671.667V體氨氣0.30490.30460.30480.30460.36450.3645nair0.20690.20780.22330.23450.17620.1741Y10.037480.037490.037530.037520.037940.03793Y20.00290.002890.002690.002560.003410.00345X10.007370.0073680.0074150.0074450.0

11、087560.008743X2000000E293412950729341295072959129507.5P103.375103.38103.355103.34103.965103.91m0.28380.28540.28390.28550.28460.2840Ym0.012990.012970.012700.012500.013680.013730.92260.92290.92830.93180.91010.9090KYa60.6260.7462.4263.6868.4368.08KYa平均 60.68 63.05 68.255P-u數據表格以及關系曲線圖P kpa0.410.40.410.

12、420.570.56 u m/s 0.058640.058650.058680.058650.069450.06945 由圖表可知，大概的液泛點氣速為0.06945m/s.計算示例（以組1-1為例）：V體 =8*=8.1272 m3/h； G =0.3551 kmol/h；L=L0/M=999.7*30/18/1000=1.667 kmol/h； V體氨氣=0.3*=0.3049 m3/h；V氨氣=0.01331 kmol/h；nair=102.4*4.79/8.314/(273.15+12)=0.2069mol；Y1=0.01331/0.3551=0.03748；Y2=0.03*0.01*2

13、/0.2069=0.0029；X1=0.3551*(0.03748-0.0029)/1.667=0.00737；E=29341；P=（2*0.77+0.41）/2+102.4=103.375kPa，P為塔內平均壓力；m=E/P=29341/103.375/1000=0.2838；=0.01299；=1-Y2/Y1=1-0.0029/0.03748=0.9226； =60.626 結果分析、討論： 1 本次實驗分別通過改變吸收劑流量或者空氣流量+氨氣流量來討論對吸收的影響。從實驗數據處理的結果可以看出，第1組和第2組之間，空氣氨氣流量不變，增大水的流量20%，出口氣體濃度變小，體積吸收系數變大；

14、而第1組和第3組之間，水流量保持不變，增大空氣和氨氣流量20%，出口氣體濃度變大，體積吸收系數也跟著變大，且大得多。 根據氨氣易容于水的性質，理論上氨氣應該屬于氣?？刂?，而根據化工原理理論知識，氣?？刂频臅r候，增大吸收劑流量時，出口氣體濃度減小，吸收率增大，Kya 增大；當增大氣體流速時，出口氣體濃度增大， 吸收率減小，Kya 也增大，且比前者要大得多。 結論：根據實驗數據可以看出，本次實驗得到的結果相對來說是比較準確的。實驗比較理想。 2 從實驗基本數據可以看出，不論是改變吸收劑流量或是空氣流量，實驗中測得的塔底液體溫度和脫氨后空氣溫度發生變化，且者波動很小，隨著氣體或者吸收劑流量的改變，脫氨后空氣溫度也會發生變。 3 從實驗數據處理結果可以看出，當保持空氣流量不變而增大水流量時，吸收效率提升，不是很大；而相反地，保持水流量不變，增大空氣流量時，吸收效率大幅度下降。7思考題： 1 測定體積吸收系數kya和p-u有什么實際意義？曲線是描述流體力學的特性也是吸收設備主要參數，為了計算填料塔的動力消耗也需流體力學特性，確定填料塔適宜操作范圍及選擇適宜的氣液負荷。 2 實驗時，如何確定水、空氣和氨氣的流量？水的體積流量可直接從轉子流量計上讀取，再轉化為摩爾流量；空氣和氨氣的體積流量則先