化工原理實(shí)驗(yàn)-填料吸收實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)六填料塔流體力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解填料塔的構(gòu)造、流程及操作2、了解填料塔的流體力學(xué)性能。3、學(xué)習(xí)填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測(cè)定方法。4、掌握以Y為推動(dòng)力的總體積吸收系數(shù)KYa的測(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）、填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定1、測(cè)量干填料層（ΔP/Z）－ｕ關(guān)系曲線2、測(cè)量某噴淋量下填料層（ΔP/Z）－ｕ關(guān)系曲線：選擇液相流量，在該液相流量下于最小和最大氣體流量之間選擇不同的值測(cè)定塔的壓降，得到塔壓降與空塔氣速的關(guān)系，確定出液泛氣速。（二）傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：固定液相流量和入塔混合氣氨的濃度，在液泛速度以下取兩個(gè)相差較大的氣相流量，分別測(cè)量塔的傳質(zhì)能力（傳質(zhì)單元數(shù)和回收率）和傳質(zhì)效率（傳質(zhì)單元高度和總體積吸收系數(shù)）。三、實(shí)驗(yàn)裝置（一）、實(shí)驗(yàn)裝置流程及示意圖空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)，空氣通過(guò)流量計(jì)處的溫度由溫度計(jì)測(cè)量，空氣流量由放空閥調(diào)節(jié)。氨氣由氨瓶送出，經(jīng)過(guò)氨瓶總閥進(jìn)入氨氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)，氨流量由流量計(jì)調(diào)節(jié),氨氣通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)處溫度由實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣溫度代替。氨氣進(jìn)入空氣管道與空氣混合后進(jìn)入吸收塔底部。水由自來(lái)水管經(jīng)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)入塔頂，水的流量由水轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)。分析塔頂尾氣濃度時(shí)靠降低水準(zhǔn)瓶的位置,將塔頂尾氣吸入吸收瓶和量氣管。在吸入塔頂尾氣之前,予先在吸收瓶?jī)?nèi)放入5mL已知濃度的硫酸用于吸收尾氣中氨。塔底吸收液可用三角瓶于塔底取樣口取樣。填料層壓降用U形管壓差計(jì)測(cè)定。圖1填料吸收塔實(shí)驗(yàn)流程示意圖（第一套）圖2填料吸收塔實(shí)驗(yàn)流程示意圖（第二套）1-鼓風(fēng)機(jī)；2-空氣流量調(diào)節(jié)閥；3-空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4-空氣溫度；5-液封管；6-吸收液取樣口；7-填料吸收塔；8-氨瓶閥門(mén)；9-氨轉(zhuǎn)子流量計(jì)；10-氨流量調(diào)節(jié)閥；11-水轉(zhuǎn)子流量計(jì)；12-水流量調(diào)節(jié)閥；13-U型管壓差計(jì)；14-吸收瓶；15-量氣管；16-水準(zhǔn)瓶；17-氨氣瓶；18-氨氣溫度；20-吸收液溫度；21-空氣進(jìn)入流量計(jì)處壓力。（2）、設(shè)備參數(shù):(1)鼓風(fēng)機(jī)：XGB型漩渦氣泵；最大壓力1176Kpa；最大流量75m3(2)填料塔：材質(zhì)為硼酸玻璃管,內(nèi)裝10×10×1.5瓷拉西環(huán),填料層高度Z=0.4m,填料塔內(nèi)徑D=0.075m(3)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì):型號(hào):LZB--25流量范圍:2.5-25m3（4）水轉(zhuǎn)子流量計(jì):型號(hào):LZB--6流量范圍:6-60L/h精度:2.5%（5）氨轉(zhuǎn)子流量計(jì):型號(hào):LZB--6流量范圍:0.06-0.6m3四、試劑1、硫酸溶液：約為0.005mol。用于塔頂尾氣吸收。實(shí)際濃度以標(biāo)定值為準(zhǔn)。2、硫酸溶液：約為0.05mol。用于滴定塔底吸收液。實(shí)際濃度以標(biāo)定值為準(zhǔn)。3、甲基紅指示劑五、實(shí)驗(yàn)方法及操作（一）、填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定1、測(cè)量干填料層（ΔP/Z）－ｕ關(guān)系曲線：先全開(kāi)調(diào)節(jié)閥2，后啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。用閥2調(diào)節(jié)進(jìn)塔的空氣流量，按空氣流量從小到大的順序讀取填料層壓降ΔP(第二套裝置還要讀取對(duì)應(yīng)的空氣流量壓強(qiáng)降)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)和流量計(jì)處空氣溫度。然后在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速ｕ為橫坐標(biāo)，以單位高度的壓降ΔP/Z為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪干填料層（ΔP/Z）－ｕ關(guān)系曲線。2、測(cè)量某噴淋量下填料層（ΔP/Z）－ｕ關(guān)系曲線：當(dāng)水噴淋量為40L/h時(shí)，用上面相同方法讀取填料層壓降ΔP、轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)和流量計(jì)處空氣溫度，并注意觀察塔內(nèi)的操作現(xiàn)象，一旦看到液泛現(xiàn)象時(shí)記下對(duì)應(yīng)的空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出液體噴淋量為40L/h下的（ΔP/Z）－ｕ曲線，確定液泛氣速并與觀察的液泛氣速比較。（二）、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)1）吸收過(guò)程(1)、選擇適宜的空氣流量和水流量（建議水流量為30L/h）根據(jù)空氣流量計(jì)算出進(jìn)塔的氨氣流量使混合氣體中氨組分為0.02－0.03左右摩爾比。(2)、先調(diào)節(jié)好空氣流量和水流量，打開(kāi)氨氣瓶總閥8(開(kāi)度不易過(guò)大，以滿(mǎn)足氨流量為準(zhǔn))，用氨轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)氨流量，使其達(dá)到需要值，在空氣、氨氣和水的流量不變條件下，操作一定時(shí)間，系統(tǒng)基本穩(wěn)定后，記錄各流量計(jì)讀數(shù)和溫度，記錄塔底排出液的溫度，并分析塔頂尾氣及塔底吸收液的濃度。（3）加大或減少空氣流量，相應(yīng)地改變氨流量，使混合氣體中氨的濃度與第一次實(shí)驗(yàn)相同，水流量與第一次實(shí)驗(yàn)也應(yīng)相同，重復(fù)上述操作，測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)。（4）實(shí)驗(yàn)完畢后，關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，并將所有儀器復(fù)原。2）尾氣分析方法：a、排出兩個(gè)量氣管內(nèi)空氣，使其中水面達(dá)到最上端的刻度線零點(diǎn)處，并關(guān)閉三通旋塞。b、用移液管向吸收瓶?jī)?nèi)裝入2ml濃度約為0.005M左右的硫酸及3ml蒸餾水并加入1－2滴甲基紅指示液。c、將水準(zhǔn)瓶移至下方的實(shí)驗(yàn)架上，緩慢地旋轉(zhuǎn)三通旋塞，讓塔頂尾氣通過(guò)吸收瓶，旋塞的開(kāi)度不宜過(guò)大，以能使吸收瓶?jī)?nèi)液體以適宜的速度不斷循環(huán)流動(dòng)為限。從尾氣開(kāi)始通入吸收瓶起就必需始終觀察瓶?jī)?nèi)液體的顏色，中和反應(yīng)達(dá)到終點(diǎn)時(shí)立即關(guān)閉三通旋塞，在量氣管內(nèi)水面與水準(zhǔn)瓶?jī)?nèi)水面齊平的條件下讀取量氣管內(nèi)空氣的體積。若某量氣管內(nèi)已充滿(mǎn)空氣，但吸收瓶?jī)?nèi)未達(dá)到終點(diǎn)，可關(guān)閉對(duì)應(yīng)的三通旋塞，讀取該量氣管內(nèi)的空氣體積，同時(shí)啟用另一個(gè)量氣管，繼續(xù)讓尾氣通過(guò)吸收瓶。塔頂尾氣滴定至少進(jìn)行2次,并取2次滴定量氣管內(nèi)體積讀數(shù)的平均值用于計(jì)算。d、用下式計(jì)算尾氣濃度Y2因?yàn)榘迸c硫酸中和反應(yīng)式為：2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4所以要達(dá)到化學(xué)計(jì)量點(diǎn)(滴定終點(diǎn))時(shí),被滴定的摩爾數(shù)nNH3、滴定劑的摩爾數(shù)nH2SO4之比為：nNH3：nH2SO4=2：1nNH3=nH2SO4=2MH2SO4·VH2SO4Y2

式中符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)試驗(yàn)原理部分.3）塔底吸收液的分析方法:a、當(dāng)尾氣分析吸收瓶達(dá)終點(diǎn)后，即用錐形瓶接取塔底吸收液樣品，約200ml并加蓋。b、用移液管吸取塔底溶液10ml置于另一個(gè)錐形瓶中，加水50ml，加入2滴甲基紅指示劑。c、將濃度約為0.05mol的硫酸置于酸滴定管內(nèi)，用以滴定錐形瓶中的塔底溶液至終點(diǎn)。塔底吸收液的滴定分析至少進(jìn)行2次，并取2次滴定時(shí)所消耗硫酸體積的平均值用于計(jì)算。六、數(shù)據(jù)處理1、干填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定（干填料時(shí)）由U形管壓差計(jì)讀得ΔP，計(jì)算單位填料層高度上的壓降ΔP/Z，塔中空氣流速(空塔氣速)為 因?yàn)榭諝饬髁坑?jì)處溫度不是20℃，需要對(duì)讀數(shù)進(jìn)行校正，空氣實(shí)際體積流量Vn第一套裝置空氣實(shí)際流量 (m3/h)第二套裝置空氣實(shí)際流量 (m3/h)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以ｕ為橫坐標(biāo)，ΔP/Z為縱標(biāo)坐圖，標(biāo)繪ΔP/Z~ｕ關(guān)系曲線。2、濕填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定在一定的液體噴林密度下進(jìn)行試驗(yàn),測(cè)定液體在塔截面上的噴林密度,其他試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理的方法及要求與干填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定時(shí)相同。噴淋密度U=3、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)（1）空氣實(shí)際流量第一套裝置空氣實(shí)際流量 （m3/h）第二套裝置空氣實(shí)際流量 （m3/h）（2）氨氣實(shí)際流量為：（m3/h）a)塔底氣相濃度Y1=(kmol氨氣/kmol空氣)注意空氣流量、氨氣流量的單位相同.；b)塔頂氣相濃度Y2=(kmol氨氣/kmol空氣)式中:MH2SO4------滴定所用標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液的摩爾濃度，mol/l；VH2SO4------滴定時(shí)所消耗標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液的體積，L；V量氣管-----滴定時(shí)量氣管中的體積變化值，L；T量------操作條件下量氣管中的絕對(duì)溫度，K；T0------標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)絕對(duì)溫度，T0=273.2K；22.4-----氣體在標(biāo)準(zhǔn)情況下的常數(shù)，22.4L／molc)塔底液相濃度X1=(kmol氨氣/kmol水)式中:VNH3-----為滴定所準(zhǔn)確吸取的塔底流出液的體積，ml；MH2SO4------滴定所用標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液的摩爾濃度,mol/l；VH2SO4------滴定所用標(biāo)準(zhǔn)硫酸溶液的體積,ml；d)求△Ym平衡濃度：Y1*＝mX1平衡濃度：Y2*＝mX2ΔY1=Y1-Y1*ΔY2=Y2-Y2*平均濃度差ΔYm=(△Y1-△Y2)/㏑(△Y1/△Y2)（kmol氨氣/kmol空氣）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NoG=(Y1-Y2)/△Ym氣相總傳質(zhì)單元高度（m）空氣的摩爾流量(kmol/s)塔的橫截面積(m2)氣相總體積吸收系數(shù)〔kmol/(m3．S)〕回收率附：相平衡常數(shù)m與溫度T關(guān)系曲線本實(shí)驗(yàn)為低濃度吸收，當(dāng)操作溫度壓力一定時(shí)，m為常數(shù)。液相濃度在5％以下時(shí)，系統(tǒng)的相平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下：溫度/℃01020253040m0.2930.5020.7780.9341.251.938七、注意事項(xiàng)：（1）、啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)前，務(wù)必先全開(kāi)放空閥2。（2）、做傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，水流量不能超過(guò)40L/h，否則尾氣的氨濃度極低，給尾氣分析帶來(lái)麻煩。（3）在進(jìn)行平行滴定時(shí)，必須保持系統(tǒng)中各流量穩(wěn)定。八、計(jì)算實(shí)例表一、干填料時(shí)（△P/Z）—u關(guān)系測(cè)定數(shù)據(jù)處理表設(shè)備編號(hào)1#噴淋量（升）L=0填料層高度（m）Z=0.4塔徑（m）D=0.075序號(hào)填料層壓強(qiáng)降△P（mmH2O）單位高度填料層壓強(qiáng)降△P/Z（mmH2O/m）空氣流量計(jì)讀數(shù)V（m3/h）空氣流量計(jì)處空氣溫度t℃實(shí)際空氣流量Vn（m3/h）空塔氣速u(mài)（m/s）16.015.0517.54.980.31215.037.5817.57.970.50323.057.510189.970.63432.080.01218.511.970.75543.0107.5141913.980.88654.0135.01619.515.991.01768.0170.0182018.001.13884.0210.02020.520.021.269100.0250.0222122.041.3910130.0325.0252225.091.58計(jì)算實(shí)例：以第一組數(shù)據(jù)為例。一、計(jì)算干填料塔流體力學(xué)性能△P=6.0△P/Z=6.0/0.4=15.0?？账馑伲╩/s）其中：D—塔徑（m)0.075Vn—空氣實(shí)際體積流量m3/ht—空氣流量計(jì)處空氣溫度℃17.5二、在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪制干填料塔△P/Z—u曲線。見(jiàn)下圖三、同理，完成濕填料塔流體力學(xué)性能計(jì)算及繪圖。表二、濕填料時(shí)（△P/Z）—u關(guān)系測(cè)定數(shù)據(jù)處理表設(shè)備編號(hào)1#噴淋量L=40填料層高度（m）Z=0.4塔徑（m）D=0.075序號(hào)填料層壓強(qiáng)降△P（mmH2O）單位高度填料層壓強(qiáng)降△P/Z（mmH2O/m）空氣流量計(jì)讀數(shù)V（m3/h）空氣流量計(jì)處空氣溫度t℃實(shí)際空氣流量Vn（m3/h）空塔氣速u(mài)（m/s）塔內(nèi)操作現(xiàn)象111.027.55.021.55.010.32流動(dòng)正常213.032.56.021.56.020.38流動(dòng)正常315.037.57.021.57.020.44流動(dòng)正常419.047.58.021.58.020.50流動(dòng)正常524.060.09.021.59.020.57流動(dòng)正常632.080.010.022.010.030.63流動(dòng)正常742.0105.011.022.011.040.69流動(dòng)正常864.0160.012.022.012.040.76塔內(nèi)積液991.0227.513.022.513.060.82液泛10148.0370.013.923.013.970.88嚴(yán)重液泛11179.0447.514.624.014.700.92嚴(yán)重液泛12248.0620.015.125.015.230.96嚴(yán)重液泛實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、填料塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)表三、填料塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表設(shè)備編號(hào)1#被吸收的氣體混合物：空氣＋氨氣；吸收劑：水；填料種類(lèi)：瓷拉西環(huán)；填料尺寸：10×10×1.5mm；填料層高度：0.4m；塔內(nèi)徑：75mm實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目12空氣流量空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)(m3/h)8.012.0轉(zhuǎn)子流量計(jì)處空氣溫度（℃）22.025.0空氣的實(shí)際體積流量(m3/h)8.012.1氨氣流量氨轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)(m3/h)0.1850.278轉(zhuǎn)子流量計(jì)處氨溫度（℃）1616氨的實(shí)際體積流量(m3/h)0.2410.362水流量水轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)(L/h)3030水溫度(℃)水流量(L/h)3030塔頂Y2的測(cè)定測(cè)定用硫酸的濃度M(mol/l)0.005110.00511測(cè)定用硫酸的體積(ml)55滴定時(shí)量氣管內(nèi)空氣的總體積(ml)557449量氣管內(nèi)空氣的溫度(℃)1616塔底X1測(cè)定滴定用硫酸的濃度(mol/l)0.05030.0503滴定用硫酸的體積(ml)29.6246.2樣品的體積(ml)1010相平衡塔底液相的溫度(℃)1717相平衡常數(shù)m0.6540.654以第二組數(shù)據(jù)為例空氣實(shí)際體積流量:氨氣實(shí)際流量：查表P327，ρ氨氣0℃=0.771，ρ空氣0表四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果表實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目12塔底氣相濃度Y1（Kmol氨/kmol空氣）0.030.03塔頂氣相濃度Y2（Kmol氨/kmol空氣）0.002180.00270塔底液相濃度X1（Kmol氨/kmol水）0.005360.00837Y1*（Kmol氨/kmol空氣）0.003510.00547Y2*（Kmol氨/kmol空氣）0.000000.00000ΔY1（Kmol氨/kmol空氣）0.026540.02448ΔY2（Kmol氨/kmol空氣）0.002180.00270平均濃度差△Ym（Kmol氨/kmol空氣）0.009740.00988氣相總傳質(zhì)單元數(shù)NOG2.862.76氣相總傳質(zhì)單元高度HOG（m）0.1400.145空氣的摩爾流量V（Kmol/h）0.3310.491氣相總體積吸收系數(shù)Kya