填料塔吸收过程实验

填料塔吸收过程实验填料塔吸收过程实验 一 实验目的 1 了解填料吸收塔的基本结构 熟悉吸收实验装置的基本流程 搞清楚每一个附属 设备的作用和设计意图 2 掌握产生液泛现象的原因和过程 3 明确吸收塔填料层压降与空塔气速 u 在双对数坐标的关系曲线及其意义 了解p 实际操作气速与泛点气速之间的关系 4 掌握测定含氮空气 水系统的体积吸收系数的方法 Ya K 5 熟悉分析尾气浓度的方法 6 掌握气液体积转子流量计使用方法和安装要求 湿度流量计的使用方法和连接要 求 二 实验原理 气 相 体 积 吸 收 系 数 KYa 是 反 映 填 料 吸 收 塔 性 能 的 主 要 参 数 之 一 其 值 也 是 设 计 填 料 塔 的 重 要 数 据 对 相 平 衡 关 系 遵 循 亨 利 定 律 的 物 系 气 液 平 衡 关 系 式 为 y mx 由 吸 收 速 率 方 程 式 可 得 KYa GA h Ym 1 式 中 GA 单 位 时 间 内 溶 质 NH3 的 吸 收 量 Kmol h 塔 截 面 积 m 2 h 填 料 层 的 高 度 m a 单 位 体 积 填 料 层 所 提 供 的 有 效 接 触 面 积 m 2 m 3 KYa 气 相 体 积 吸 收 系 数 Kmol m 3 h Ym 吸 收 推 动 力 气 相 对 数 平 均 浓 度 差 通 过 实 验 求 得 GA 及 Ym 后 就 可 以 求 出 KYa 1 亨 利 定 律 对 稀 溶 液 而 言 气 相 溶 质 的 分 压 对 液 相 组 成 之 间 有 简 单 的 线 性 关 系 常 统 称 这 种 线 性 关 系 为 亨 利 定 律 亨 利 定 律 的 几 种 表 达 形 式 1 1 液 相 组 成 以 CA 表 示 CA HpA 1 式 中 H 为 溶 解 度 系 数 Kmol m 3 Kpa 1 2 液 相 组 成 以 摩 尔 分 率 表 示 将 1 式 改 写 可 得 PA C H CA C ExA 2 式 中 燙 为 液 相 的 总 摩 尔 浓 度 Kmol m 3 E 为 亨 利 系 数 具 有 压 力 的 因 次 1 3 溶 质 在 气 相 和 液 相 中 的 组 成 皆 以 摩 尔 分 率 表 示 将 式 2 两 边 分 别 用 总 压 P 除 之 得 PA P E P xA 或 写 成 yA mxA 式 中 爉 为 相 平 衡 常 数 为 无 因 次 量 亨 利 定 律 使 用 于 难 溶 较 难 溶 的 气 体 对 于 易 溶 较 易 溶 的 气 体 只 能 用 于 液 相 浓 度 甚 低 的 情 况 2 亨 利 系 数 E 以 液 相 组 成 以 摩 尔 分 率 表 示 的 亨 利 定 律 为 PA C H CA C ExA E C H 式 中 C 为 液 相 的 总 摩 尔 浓 度 Kmol m 3 E 为 亨 利 系 数 具 有 压 力 的 因 次 对 于 难 溶 气 体 E 值 很 大 对 于易 溶 气 体 E 值 小 亨 利 系 数 E 与 温 度 T 的 关 系 为 logE 11 468 922 燭 式 中 E 亨 利 系 数 N m 2 牐 T 温 度 K 牎 3 相 平 衡 常 数 m 溶 质 在 气 相 和 液 相 中 的 组 成 皆 以 摩 尔 分 率 表 示 的 亨 利 定 律 为 PA P E P xA 对 于 单 组 分 吸 收 可 该 写 成 y mx 式 中 爉 为 相 平 衡 常 数 为 无 因 次 量 y 为 与 溶 液 平 衡 的 气 相 摩 尔 分 率 相 平 衡 常 数 m 与 系 统 总 压 P 和 亨 利 系 数 E 的 关 系 如 下 m E P 4 溶 解 度 系 数 H 液 相 浓 度 以 CA 表 示 的 亨 利 定 律犖 CA HpA 式 中 H 为 溶 解 度 系 数 Kmol m 3 Kpa H 值 与 温 度 有 关 温 度 升 高 H 值 减 小 对 于 难 溶 气 体 H 值 很 小 在 给 定 温 度 下 在 较 大 浓 度 范 围 内 H 值 为 一 常 数 对 于 易 溶 气 体 H 值 很 大 燙A 和 H 间 的 线 性 关 系 只 在 低 浓 度 范 围 内 成 立 5 体 积 吸 收 系 数 在 填 料 吸 收 塔 中 由 于 气 液 接 触 面 积 A 难 于 测 定 常 用 的 处 理 方 法 认 为 A 与 填 料 层 的 体 积 V 成 正 比 直 接 从 填 料 层 体 积 计 算 填 料 层 的 高 度 A aV a h a D 2 4 h 式 中 塔 截 面 积 m 2 h 填 料 层 高 度 m a 单 位 体 积 填 料 层 所 提 供 的 有 效 接 触 面 积 m 2 m 3 D 塔 直 径 m 同 时 传 质 系 数 也 是 对 单 位 填 料 体 积 而 言 以 代 替 对 单 位 接 触 面 积 的 传 质 系 数 称 为 体 积 传 质 系 数 如 气 相 总 传 质 系 数 以 KYa Kmol m 3 s Y 代 替 KY Kmol m 2 s Y 而 且 在 测 定 时 将 KYa 作 为 一 个 系 数 来 对 待 以 便 直 接 用 于 求 出 所 需 填 料 层 的 体 积 或 高 度 6 吸 收 速 率 方 程 吸 收 速 率 方 程 式 为 GA KY a h Ym 式 中 GA 单 位 时 间 内 溶 质 NH3 的 吸 收 量 Kmol h 塔 截 面 积 m 2 h 填 料 层 高 度 m a 单 位 体 积 填 料 层 所 提 供 的 有 效 接 触 面 积 m 2 m 3 KYa 气 相 体 积 吸 收 系 数 Kmol m 3 h Ym 吸 收 推 动 力 气 相 对 数 平 均 浓 度 差 三 实验设备 本 实 验 装 置 的 主 体 设 备 是 内 径 为 70 毫 米 的 填 料 吸 收 塔 塔 内 装 6 6 不 锈 钢 压 延 孔 环 填 料 或 16 10 1 陶 瓷 矩 鞍 填 料 物 系 为 水 空 气 氨 气 系 统 惰 性 气 体 空 气 由 旋 涡 气 泵 送 入 吸 收 质 氨 气 由 液 氨 钢 瓶 供 应 吸 收 剂 为 自 来 水 从 塔 顶 喷 淋 至 填 料 层 与 自 下 而 上 的 含 氨 空 气 进 行 吸 收 过 程 溶 液 由 塔 底 经 液 封 管 流 出 塔 外 经 吸 收 后 的 尾 气 由 塔 顶 排 至 室 外 塔 底 有 液 相 取 样 口 自 塔 顶 引 出 适 量 尾 气 经 吸 收 瓶 和 湿 式 流 量 计 作 组 成 分 析 1 填 料 吸 收 塔 填 料 塔 为 一 直 立 圆 筒 内 有 填 料 乱 堆 在 支 承 板 上 气 体 从 底 部 被 送 入 液 体 在 塔 顶 经 过 分 布 器 被 淋 洒 到 填 料 层 表 面 上 液 体 在 填 料 表 面 分 散 成 薄 膜 经 填 料 间 的 隙 缝 下 流 亦 可 能 成 液 滴 落 下 填 料 层 的 润 湿 表 面 就 成 为 气 液 接 触 的 传 质 表 面 填 料 层 内 气 液 两 相 呈 逆 流 接 触 近 年 来 也 出 现 并 流 式 塔 气 体 从 塔 顶 进 入 可 减 少 阻 力 及 避 免 液 泛 两 相 的 组 成 是 沿 塔 高 连 续 改 变 的 这 一 点 与 板 式 塔 内 组 成 作 阶 跃 式 变 化 迥 然 不 同 填 料 塔 内 的 填 料 是 造 成 气 液 两 相 充 分 接 触 从 而 实 现 相 间 热 质 传 递 的 主 要 构 件 因 此 填 料 层 特 性 对 填 料 塔 的 流 体 力 学 性 能 和 传 质 性 能 将 有 重 要 影 响 此 外 液 体 分 布 器 支 承 板 和 液 体 再 分 布 器 等 附 属 构 件 对 填 料 塔 的 性 能 也 将 产 生 重 要 影 响 与 板 式 塔 相 比 填 料 塔 具 有 结 构 简 单 压 降 小 便 于 用 非 金 属 材 料 制 作 等 优 点 特 别 是 近 年 来 由 于 填 料 结 构 和 塔 内 构 件 的 不 断 改 进 以 及 新 型 填 料 的 不 断 开 发 使 填 料 塔 不 再 局 限 于 小 塔 而 能 适 应 装 置 大 型 化 的 需 要 在 某 些 场 合 已 能 代 替 传 统 的 板 式 塔 2 矩 鞍 形 填 料 矩 鞍 又 称 英 特 洛 克 斯 Intalox 鞍 它 是 针 对 弧 鞍 形 填 料 容 易 重 叠 的 缺 点 经 过 改 进 而 成 的 又 一 种 鞍 形 填 料 常 用 陶 瓷 和 塑 料 制 作 由 于 矩 鞍 形 填 料 的 两 面 不 对 称 且 大 小 不 等 因 而 避 免 了 重 叠 堆 积 的 现 象 矩 鞍 不 仅 保 持 了 鞍 形 类 填 料 的 弧 形 面 结 构 的 优 点 而 且 由 于 填 料 之 间 基 本 上 呈 点 接 触 的 堆 积 状 态 使 得 它 比 拉 西 环 通 量 要 大 30 以 上 效 率 要 高15 以 上 矩 鞍 形 填 料 的 性 能 虽 不 及 鲍 尔 环 但 制 造 比 鲍 尔 环 方 便 矩 鞍 形 填 料 的 缺 点 主 要 仍 是 因 开 式 结 构 强 度 差 特 别 是 瓷 质 填 料 易 破 碎 使 其 应 用 受 到 限 制 3 吸 收 瓶 吸 收 瓶 是 与 湿 式 流 量 计 一 起 用 来 作 尾 气 的 组 分 分 析 的 瓶 中 置 有 10ml 标 准 H2SO4 溶 液 并 加 入 约 100ml 去 离 子 水 及 2 3 滴 溴 百 里 酚 兰 将 吸 收 瓶 连 接 在 抽 样 尾 气 管 线 上 当 吸 收 塔 操 作 稳 定 时 尾 气 通 过 吸 收 瓶 及 湿 式 流 量 计 尾 气 中 的 NH3被 吸 收 其 余 空 气 量 由 湿 式 流 量 计 计 量 尾 气 通 入 吸 收 瓶 吸 收 至 终 点 瓶 内 溶 液 呈 绿 色 为 了 使 所 取 尾 气 样 反 应 塔 内 实 际 情 况 在 取 样 分 析 前 使 取 样 管 尾 气 保 持 流 通 然 后 改 变 三 通 旋 塞 通 路 使 尾 气 通 过 吸 收 瓶 及 湿 式 流 量 计 4 湿 式 流 量 计 湿 式 流 量 计 是 与 尾 气 吸 收 瓶 一 起 用 来 分 析 尾 气 组 成 的 湿 式 流 量 计 计 量 被 吸 收 瓶 吸 收 去 氨 气 后 的 尾 气 量 即 空 气 的 流 量 通 过 换 算 可 以 得 到 尾 气 样 品 中 的 空 气 的 摩 尔 数 而 尾 气 中 的 氨 气 的 摩 尔 数 则 由 消 耗 吸 收 瓶 中 的 酸 的 摩 尔 数 来 确 定 从 而 可 以 得 到 尾 气 的 组 成 5 阀 门 在 本 实 验 中 有 三 个 流 量 计 调 节 阀 和 一 个 氨 气 减 压 阀 操 作 时 双 击 流 量 计 调 节 阀 可 得 到 放 大 的 调 节 阀 门 点 击 放 大 图 上 的 可 以 开 大 阀 门 点 击 放 大 图 上 的 即 可 调 小 阀 门 开 度 并 在 中 间 的 文 本 框 中 显 示 阀 门 的 开 度 值 同 时 在 界 面 的 底 部 的 提 示 框 中 显 示 相 应 的 流 量 大 小 点 击 氨 气 减 压 阀 即 可 打 开 减 压 阀 再 次 点 击 减 压 阀 则 关 闭 了 它 四 实验操作 1 润 湿 填