氨吸收實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解填料吸收裝置的基本流程及設(shè)備結(jié)構(gòu)；2.了解氣體流速與壓強(qiáng)降的關(guān)系；5.掌握填料塔水動(dòng)力性能的測(cè)量方法。2、實(shí)驗(yàn)裝置的特性測(cè)量流體力學(xué)性能是吸收實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，填料塔流體力學(xué)特性包括壓強(qiáng)降和液泛規(guī)律。計(jì)算填料塔需用動(dòng)力時(shí)，必須知道壓強(qiáng)降的大小。而確定吸收塔的氣、液負(fù)載量時(shí)，則必須了解液泛的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)用空氣與水進(jìn)行，在各種噴淋量下，逐步增大氣速，記錄必要的數(shù)據(jù)直至剛出現(xiàn)液泛時(shí)止。必須注意，不要使氣速過(guò)分超過(guò)泛點(diǎn)，避免沖跑和沖破填料。三、實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）填料塔流體力學(xué)特性的測(cè)定本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作不要開(kāi)動(dòng)氨氣系統(tǒng)，僅用水對(duì)空氣進(jìn)行操作。1.首先啟動(dòng)供水系統(tǒng)。首先打開(kāi)出水閥，然后緩慢打開(kāi)進(jìn)水閥，啟動(dòng)供水系統(tǒng)中的濾水器。注意：如果入口閥在出口閥關(guān)閉時(shí)打開(kāi)，則水過(guò)濾器可能超壓。2.開(kāi)動(dòng)空氣系統(tǒng)。開(kāi)動(dòng)時(shí)要首先全開(kāi)葉氏風(fēng)機(jī)的旁通閥，然后再啟動(dòng)葉氏風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后再通過(guò)關(guān)小旁通閥的方法調(diào)節(jié)空氣流量。否則風(fēng)機(jī)一開(kāi)動(dòng)，系統(tǒng)內(nèi)氣速突然上升可能碰壞空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)。3.緩慢增加氣體速度，使其接近溢流，充分濕潤(rùn)填料一次，然后返回預(yù)定氣體速度進(jìn)行正式測(cè)量。4.正式測(cè)量時(shí)，固定一定的噴淋量，測(cè)量填料在一定氣速下的壓降，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄表記錄數(shù)據(jù)。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停止機(jī)器。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降后，完全打開(kāi)旁通閥并停止機(jī)器。否則，如果機(jī)器突然停止，氣流突然停止，轉(zhuǎn)子將突然下降，損壞流量計(jì)。（2）傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定1.確定好操作條件(氨氣流量、空氣流量、噴淋量)，準(zhǔn)備好尾氣分析器。2.開(kāi)動(dòng)水系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)，一切準(zhǔn)備就緒后開(kāi)動(dòng)氨氣系統(tǒng)。3.啟動(dòng)氨系統(tǒng)。了解氨自動(dòng)減壓閥的結(jié)構(gòu)。啟動(dòng)時(shí)，先松開(kāi)自動(dòng)減壓閥彈簧，使自動(dòng)減壓閥關(guān)閉，再打開(kāi)氨瓶頂閥。此時(shí)，自動(dòng)減壓閥的高壓壓力表應(yīng)有指示。然后，關(guān)閉氨轉(zhuǎn)子流量計(jì)前的調(diào)節(jié)閥，然后緩慢按下減壓閥彈簧打開(kāi)閥門，觀察低壓氨壓力表，直到壓4.然后用轉(zhuǎn)子流量計(jì)前的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氨氣流量，按照設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，做好數(shù)據(jù)記錄工作。5.實(shí)驗(yàn)完畢，隨即關(guān)閉氨氣系統(tǒng)，盡可能節(jié)約氨氣，關(guān)閉氨氣系統(tǒng)的步驟和開(kāi)動(dòng)步驟相反。關(guān)閉空氣系統(tǒng)，先全開(kāi)旁通閥，待轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降下來(lái)以后再停機(jī)。（三）尾氣濃度的測(cè)定尾氣分析法在這里很難應(yīng)用它。因此，我們?nèi)匀皇褂酶哽`敏度和準(zhǔn)確度的化學(xué)方法。我們還進(jìn)行了改革，以避免滴定操作的麻煩。該儀器可直接讀取結(jié)果，簡(jiǎn)單可行。我們已經(jīng)檢查了樣品氣體的已知成分，以確認(rèn)儀器是準(zhǔn)確的。（2）儀器的工作原理請(qǐng)參看圖10，預(yù)先往吸收管（8）裝入稀硫酸作為吸收液，加入指示劑，（兩滴甲基紅）分析開(kāi)始，打開(kāi)考克（5），被測(cè)氣體通過(guò)吸收管后其中的氨被吸收而空氣則由濕式氣體流量計(jì)計(jì)量所流過(guò)的總體積，當(dāng)吸收液到達(dá)終點(diǎn)時(shí)（由紅變黃）立即關(guān)閉考克5，因?yàn)槲找菏且阎浚晃盏陌绷恳簿凸潭?，所以濕式氣體流量計(jì)所計(jì)量的空氣總體積就直接反映出被測(cè)氣的濃度（見(jiàn)例題2）吸收管安裝在透明吸收箱內(nèi)。為分析的每個(gè)氣體樣品更換一個(gè)盒子。如果添加吸收液后液位未達(dá)到劃線，應(yīng)補(bǔ)充蒸餾水，使吸收液正常循環(huán)。在測(cè)量過(guò)程中，注意控制軟木塞5的開(kāi)口。它太小，無(wú)法將吸收液夾帶到大氣中并延遲時(shí)間。要求其盡可能大，且無(wú)夾帶。（1）分析方法的選擇：成份分析現(xiàn)時(shí)最流行是色譜，但在本實(shí)驗(yàn)中，被分析的是氨和空氣混合氣，這兩種氣體導(dǎo)熱系數(shù)很接近，而尾氣中氨的濃度本來(lái)就很低，更加和空氣沒(méi)有什么區(qū)別，因此，基于導(dǎo)熱系數(shù)差異而進(jìn)行分析的色譜法（3）、儀器刻度的制作尾氣通過(guò)吸收塔。當(dāng)其中的硫酸剛剛被尾氣中的氨完全中和時(shí)，如果可通過(guò)的空氣體為：[比分子分?jǐn)?shù)（6-1v'pot1式中：V’-通過(guò)濕氣流量計(jì)測(cè)量的體積[ml]P1，T1，流經(jīng)濕氣流量計(jì)的空氣的壓力和溫度[mmHg]，[k]Po，至[760mmHg]，[273k]pm式中：vs——加入吸收管的硫酸溶液體積[ml]ns——硫酸溶液的當(dāng)量濃度注：n——是當(dāng)量濃度的單位1n=1（克當(dāng)量/升）=1[毫克當(dāng)量/毫升]方程式（6-4）的推導(dǎo)見(jiàn)附錄。組合式（6-4）、（6-3）、（6-1）：y2=22.1(c=22.1vsns=const.ns=0.04637[n]到吸收液剛中和時(shí)濕式氣體流量計(jì)示值：升尾氣的濃度是多少？解：廣州地區(qū)平均大氣壓760.4mmhg,cp1y2=22.1×0.04637?1(303)比分子分?jǐn)?shù)1.5?1000?273=22.1倍0.04637?22831o?=0.212?10-230c:Y2（30）=0.227×10v'圖11V’-濕氣流量計(jì)顯示的空氣體積[l]（4）附錄：式（6-4）的推導(dǎo)過(guò)程：式（6-4）：vo氨=22.1vsns氨的重度=0.7708[/升]或[毫克/毫升另外：1mg分子氨的重量為17.03mg1毫克分子氨在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積：[ml/Mg分子]硫酸吸收氨時(shí)反應(yīng)方程如下：2nh3+h2so4=）o4nh3的分子量=17H2SO4分子量=98h2so4的當(dāng)量=98/2=49克當(dāng)量硫酸反應(yīng)完全。也就是說(shuō)當(dāng)吸收管中的硫酸到達(dá)中和時(shí)參與反應(yīng)的氨的毫克分子數(shù)在數(shù)值上與所加入的硫酸的毫克當(dāng)量數(shù)相等。加入吸收管中的硫酸的毫克當(dāng)量數(shù)為：填料塔流體阻力實(shí)驗(yàn)記錄表實(shí)驗(yàn)設(shè)備編號(hào)：；實(shí)驗(yàn)日期：年月日?；A(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)介質(zhì)：空氣、水；填料種類：拉西壞；填料層高度：m；塔內(nèi)徑：m填料規(guī)格：12mm×12mm×1.3mm.2．操作記錄大氣壓強(qiáng)傳質(zhì)系數(shù)測(cè)量記錄氣體類型：氨和空氣混合物；吸收劑：水；填料類型：瓷環(huán)（拉希格環(huán)）；填充高度m；自由體積：；填料規(guī)格（外徑×高×壁厚）；比表面積m/m;塔內(nèi)徑m。2．操作記大氣壓八、思考題預(yù)習(xí)思考題1.簡(jiǎn)要描述本實(shí)驗(yàn)中空氣系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)空氣系統(tǒng)的關(guān)閉過(guò)程。驗(yàn)中空氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、氨系統(tǒng)的開(kāi)啟順序是什么？3．逆流操作的吸收塔，若其他條件不變，增大液相流量，氣液出口濃度如何變化？最小液汽比它是如何變化的？作業(yè)線的坡度是如何變化的？4．逆流操作的吸收塔，若其他條件不變，增大氣相中溶質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)，氣液出口濃度如何變化？最小液汽比是如何變化的？作業(yè)線的坡度是如何變化的？實(shí)驗(yàn)報(bào)告思考題吸收過(guò)程可用下列方程表示：g=kyαvp△ym式中，KYα——?dú)庀囹?qū)動(dòng)的體積吸收系數(shù)。[kmol/h·m]顯然，要知道具體某個(gè)吸收過(guò)程的吸收系數(shù)，只需設(shè)法測(cè)量出上式中其他各項(xiàng)即可求出吸收系數(shù)。上式其他各項(xiàng)的意義如下：G——單位時(shí)間內(nèi)吸收的成分[KMOL/h]v3p——填料體積[m]△ym——平均傳質(zhì)推動(dòng)力（1）G，可通過(guò)測(cè)量氣相進(jìn)出口濃度和惰性氣體流量計(jì)得到：g=v(y1—y2)（3-2）V-惰性氣體流量，[KMOL/S]Y1，Y2-入口和出口塔的氣相組成。(2)△YM計(jì)△y(y(y-y*)m=-y*）1（y-y*）式中y*表示平衡時(shí)的氣相濃度2、數(shù)據(jù)整理過(guò)程示例轉(zhuǎn)子流量計(jì)指示值：15.5（M3）采購(gòu)訂單=760p1=760q1=15.5to=273P2=760+26.4=786.4t1=273+20=293t2=273+32=305qo=14.4M/h）（2算氨流量轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值：1.18（米/時(shí)）轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)定介質(zhì)：空氣校準(zhǔn)壓力：760mmhg校準(zhǔn)溫度：20c（293k）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氨流量按附錄公式（5-8）計(jì)算，Q20=Q1r10p2p1r20t2t11=293q1=1.18p2=778.5標(biāo)定介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下重度r10=1.2928此Q20=1.45【標(biāo)準(zhǔn)米/小時(shí)】（3）計(jì)算y1、y2v=v×1.293/28.96=14.4×1.293/28.96=0.65(kmol/h)空氣分子量：28.96空氣密度：1.293（5）計(jì)算gg=v（y1-y2）=0.65×（0.099-0.00004）=0.0640[KMOL/h]（7）亨利系數(shù)當(dāng)溶液濃度不大于10%時(shí)，平衡關(guān)系服從亨利定律：以摩爾比表示：當(dāng)濃度很低時(shí)：mx（3-4）式中相平衡常數(shù)m=1+（1-m）x（絕對(duì)）（見(jiàn)圖2）P——混合氣體總壓【大氣壓】e——亨利系數(shù)【大氣壓】溫度：水溫31Cm=e/p=1.23γ水=999kg/M3M水=18塔為清水，x2=0，代入前面已計(jì)出的其他各項(xiàng)數(shù)值：x1=（y1-y2）=llvp=0.8×零點(diǎn)一×零點(diǎn)一×3.14/4=0.00774立方米體積吸收系數(shù)α=g/vp/△ym=813（kmol/h/m）解收過(guò)程可用下列方程表示：g=kyαvp△ym式中，KYα——?dú)庀囹?qū)動(dòng)的體積脫附系數(shù)。[kmol/h·m]顯然，要知道具體某個(gè)解吸過(guò)程的解吸系數(shù)，只需設(shè)法測(cè)量出上式中其他各項(xiàng)即可求出解吸系數(shù)。上式其他各項(xiàng)的意義如下：G——單位時(shí)間脫附成分[KMOL/h]VP——填料體積[M]△YM——平均傳質(zhì)驅(qū)動(dòng)力（1）g，可以通過(guò)測(cè)量氣相進(jìn)、出口濃度和隋性氣體流量計(jì)得：g=v(y1（3-5V-通過(guò)本裝置中的空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量的惰性氣體流量。，Y2—進(jìn)、出口塔氣相組成（見(jiàn)圖3）。(2)△YM計(jì)算(y*-y)1-(y*-y)2△ym=*（y-y）1ln*式中y*表示平衡時(shí)的氣相濃度2.數(shù)據(jù)整理示例Qo=14.9m/h（計(jì)算過(guò)程與吸收相同）（）Y12y1=0v=14.9×1.293/28.96=0.67（KMOL/h）空氣分子量：28.96空氣密度：1.293（4）計(jì)算解吸量gg=v（y2-y1）=0.67（0.000365-0）=0.000244[kmol/h]（5）亨利系數(shù)當(dāng)溶液濃度不超過(guò)10%時(shí)，平衡關(guān)系符合亨利定律：用摩爾比表示：1+（1-m）x當(dāng)濃度很低時(shí)：其中相平衡常數(shù)M=p——混合氣體總壓[大氣壓]（絕對(duì)）ce=1.23m=e/p=1.23l=8.33[kmol/h]y1*=mx1=1.23×0.00997=0.01226y2*=mx2=1.23×0.01=0.0123代入式（3—6）△ym=0.012填料體積vp=0.8×零點(diǎn)一一×零點(diǎn)一一×3.14/4=0.00774立方米體積解吸系數(shù)kyα=g/vp/△ym=2.63kmol/h/m3可以看出，體積脫附系數(shù)（2.