吸收实验

一、实验目的

1、了解填料塔的构造并学习操作方法；

2、测定填料塔体积吸收系数KYa。

二、实验原理

对填料吸收塔的要求，既希望它的传质效率高，又希望它的压降低以省能耗。但两者往往是矛盾的，故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。

   

           

（一）、吸收系数与吸收效率

本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水，故此操作属气膜控制。若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。其吸收速率方程可用下式表示：

                                        （1）

式中：NA——被吸收的氨量[kmolNH3/h]；

——塔的截面积[m2]

H——填料层高度[m]

Ym——气相对数平均推动力

KYa——气相体积吸收系数[kmolNH3/m3·h]

被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算（见图2-2-7-2）：

                                （2）

式中：V——空气的流量[kmol空气/h]

L——吸收剂（水）的流量[kmolH20/h]

Y1——塔底气相浓度[kmolNH3/kmol空气]

Y2——塔顶气相浓度[kmolNH3/kmol空气]

X1，X2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolNH3/kmolH20]

由式（1）和式（2）联解得：

                                           （3）

为求得KYa必须先求出Y1、Y2和Ym之值。

1、Y1值的计算：

                                                 （4）

式中：V01——氨气换算为标态下的流量[m3/h]

V02——空气换算为标态下的流量[m3/h]

0.98——氨气中含纯NH3分数

对氨气：

                                     （5）

式中：V1——氯气流量计上的读数[m3/h]

T。，P。——标准状态下氨气的温度[K]和压强[mmHg]

T1，P1——氨气流量计上标明的温度[K]和压强[mmHg]

T2，P2——实验所用氨气的温度[K]和压强[mmHg]

——标准状态下氨气的密度（=0.769kg/m3）

——标准状态下空气的密度（=1.293kg/m3）

对空气：

                                         （6）

式中：V2——空气流量计读数[m3/h]

T。，P。——标准状态下空气的温度[K]和压强[mmHg]

T3，P3——空气流量计上标明的温度[K]和压强[mmHg]

T4，P4——实验所用空气的温度[K]和压强[mmHg]

Y1也可用取样分析法确定（略）。

2、Y2值分析计算

在吸收瓶内注入浓度为NS的H2SO4VS[ml]，把塔顶尾气通入吸收瓶中。设从吸收瓶出口的空气体积为V4[ml]时瓶内H2SO4Vs即被NH3中和完毕，那么进入吸收瓶的NH3体积Vo3可用下式计算：

                                          （7）

通过吸收瓶空气化为标准状态体积为：

                                          （8）

式中：V4——通过吸收瓶空气体积[ml]，由湿式气量计读取

T。，P。——标准状态下空气的温度[K]和压强[mmHg]

T5，P5——通过吸收瓶后空气的温度[K]和压强[mmHg]

故塔顶气相浓度为：

                                                    （9）

3、塔底X1~Y*1的确定

由式（2）知：，若X2=0，则得：

                                            （10）

X1值亦可从塔底取氨水分析而得。设取氨水VN`[ml]，用浓度为NS`的H2SO4来滴定，中和后用量为VS`[ml]，则：

                                         （11）

又根据亨利定律知，与塔底X1成平衡的气相浓度Y1*为：

                                                （12）

式中：P——塔底操作压强绝对大气压（atm）

E——亨利系数大气压，可查下表取得：

液相浓度5%以下的E值

表2-2-7-1

或用下式计算：

                                        （13）

4、塔顶的X2~Y2*的确定

因用水为吸收剂，故X2=0 ，所以Y2*=0

5、  吸收平均推动力ΔYm

                            （14）

6、吸收效率η                           （15）

三、 设备流程简介

 

1、氨瓶       2、减压阀      3、氨缓冲罐      4、氨气调节阀       5、氨表压计

6、氨转子流量计  7、叶氏风机   8、空气旁路阀   9、空气缓冲罐   10、空气表压计 

11、空气调节阀   12、空气转子流量计   13、吸收塔      14、塔顶表压计  

 15、塔压降压差计   16、水调节阀   17、水转子流量计   18、尾气调节阀 

 19、取样旋塞   20、分离水三角瓶   21、吸收瓶     22、湿式气量计     23、温度计

图2-2-7-3    吸收装置流程图

吸收装置如图2-2-7-3所示，塔径为110（mm），塔内填料有一套为塑料阶梯环，其它为瓷拉西环，均为乱堆。填料层高为600—700（mm）（请自量准确）。氨气由氨瓶1顶部针形阀放出，经减压阀2到达缓冲缺罐3，用阀4调节流量，经温度计23，表压计5和流量计6分别测量温度、压力和流量后到达混合管。空气经风机7压送至缓冲罐9，由旁路阀8和调节阀11调节风量，经温度计23，表压计10和流量计12分别测量温度、压力和流量后到达混合管与氨气混合，后被送进吸收塔13的下部，通过填料层缝隙向上流动。吸收剂（水）由阀16调节，经流量计17测定流量后从塔顶喷洒而下。在填料层内，下流的水滴与上流的混合气接触，氨被水吸收变氨水从塔底排出，氨水温度由温度计23测定，塔顶表压和填料层压降由压差计14和15测定。从塔顶排出含有微量氨的空气成为尾气从阀18排出大气中，分析尾气含氨量是用旋塞19取样，先从三角瓶20除去水分，后经吸收瓶21分析氨，气量计22计量取出空气量。

 四、实验步骤

（一）测吸收系数步骤

1、全开旁路阀8，关闭空气流量调节阀11，启动风机7，慢慢打开阀11使风量由零至最大，同时观察压差计15的读数变化。

2、在吸收瓶内置入已知浓度的H2SO41ml及2滴甲基红，加适量蒸馏水摇匀后装于尾气分析管路上。关闭取样旋塞19，记下湿式气量计原始读数。

3、将水流量计17及空气流量计12（采用旁路调节法）调到指定读数。

4、关闭氨气缓冲罐上的氨气流量调节阀4，松开减压阀旋钮，打开氨瓶上的总阀，然后，慢慢拧紧减压阀旋钮把氨气引进缓冲罐3，待罐上压力表读数达0.05MP左右时，停止转动减压阀旋钮，慢慢打开调节阀4，把氨气送进混合管。

5、待塔的操作稳定后（不液泛，不干塔，各仪表读数稳定），记录各仪表读数，同时进行塔顶尾气分析。

6、尾气分析方法是打开取样旋塞19，使尾气成泡状通过吸收瓶液层，至瓶内液体的红色变淡黄色为止，即关闭旋塞，记下气量计读数。（8分）

7、保持空气和水流量不变，改变氨气流量，重复上述操作一次。

8、实验完毕，先关氨瓶上的总阀，待氨气缓冲罐上压力表读数为0后，再关闭氨气缓冲罐上的氨气流量调节阀4，然后，全开旁路阀8，同时关闭空气流量调节阀11，最后停风机和关水阀，清洗吸收瓶。

五．原始数据记录表

六、数据处理表及图

七、举例计算

  以第一组数据作为举例计算：

 

                                                                                                                                                                                

五、结果讨论

 这次实验做的还是蛮成功的。对比这两组实验,可以看出:当氨气流量减小的时候，塔底气相浓度和塔顶气相浓度均减小，平均推动力也减小，气相体积吸收系数略增大。总结了实验误差的主要来源：1、在实验过程中，调节的转子流量计不停地在上下浮动，导致实验的流速不稳定，造成试验误差；2、在读数时，人为因素造成实验误差；

六、思考题

1、影响传质系数的因素有哪些？

   答：吸收剂用量、吸收剂的平均浓度差、操作压力和温度。

2、影响吸收操作稳定性的因素有哪些？

   答：空气的流速、氨气的压强和吸收剂（水）的流率。

3、填料的作用是什么？

   答：填料的作用是给通过的气液两相提供足够大的接触面积，保证两相充分接触。

4、填料吸收塔塔底为什么要有密封装置？

   答：液封的目的是保证塔内的操作压强。