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1、实验四 氨气的吸收与解吸实验-7d97e6e4-715c-llec-8b34-7cb59b590d7d实验四氨气的吸收与解吸实验实验四氨的吸收和解吸实验实验四氨气的吸收与解吸实验一、实验目的1.了解填料吸收装置的基本流程及设备结构；2.了解气体流速与压强降的关系；3.了解气流速度和喷雾密度对总吸收系数的影响；4.掌握总吸收系数K的测量方法：5.掌握 填料塔水动力性能的测量方法。2、实验装置的特性测量流体力学性能是吸收实验的一项重要内容，填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。 计算填料塔需用动力时，必须知道压强降的大小。而确定吸收塔的气、液负载量时，则必须 了解液泛的规律。实验用空气与水进行，
2、在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据 直至刚出现液泛时止。必须注意，不要使气速过分超过泛点，避免冲跑和冲破填料。三、实 验装置流程如图图lxsgx-1吸附脱附实验装置流程图四、实验内容与步骤（一）填料塔流体力学特性的测定本项实验操作不要开动氨气系统，仅用水对空气进行操作。1 .首先启动供水系统。首先打开出水阀，然后缓慢打开进水阀，启动供水系统中的滤水器。 注意：如果入口阀在出口阀关闭时打开，则水过滤器可能超压。2 .开动空气系统,开动时要首先全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，风机启动后 再通过关小旁通阀的方法调节空气流量。否则风机一开动，系统内气速突然上升可能碰坏空 气转子流量
3、计。3 .缓慢增加气体速度，使其接近溢流，充分湿润填料一次，然后返【可预定气体速度进行正式 测量。4.正式测量时，固定定的喷淋量，测量填料在定气速下的压降，并根据实验记录 表记录数据。5.实验结束后，停止机器。转子转速下降后，完全打开旁通阀并停止机器。否 则，如果机器突然停止，气流突然停止，转子将突然下降，损坏流量计。（2）传质系数的 测定1.确定好操作条件（氨气流量、空气流量、喷淋量），准备好尾气分析器。2.开动水系统和空 气系统，一切准备就绪后开动氨气系统。3 .启动氨系统。了解氨自动减压阀的结构。启动时，先松开自动减压阀弹簧，使自动减压阀 关闭，再打开氨瓶顶阀。此时，自动减压阀的高压压力
4、表应有指示。然后，关闭氨转子流量 计前的调节阀，然后缓慢按下减压阀弹簧打开阀门，观察低压氮压力表，直到压力表指示达 到 5xlOPa 或 8xlOPa 停止。4 .然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，按照设计的参数进行实验，做好数据记录工 作。5.实验完毕，随即关闭氨气系统，尽可能节约负气，关闭氨气系统的步骤和开动步骤相 反。关闭空气系统，先全开旁通阀，待转子转速降下来以后再停机。（三）尾气浓度的测定 尾气分析法在这里很难应用它。因此，我们仍然使用高灵敏度和准确度的化学方法。我们还进行了改革， 以避免滴定操作的麻烦。该仪器可直接读取结果，简单可行。我们已经检查了样品气体的已 知成分，以确认
5、仪器是准确的。（2）仪器的工作原理请参看图10,预先往吸收管（8）装入稀硫酸作为吸收液，加入指示剂，（两滴甲基红）分 析开始，打开考克（5）,被测气体通过吸收管后其中的氨被吸收而空气则由湿式气体流量 计计量所流过的总体枳，当吸收液到达终点时L尾气管2-尾气压力调节阀3-取样管（喷嘴与气流方向对齐）4-压力调节器5-玻璃塞6快速 接头7-吸收箱8-吸收管9-湿气流量计（由红变黄）立即关闭考克5,因为吸收液是已知量，被吸收的氨量也就固定，所以湿式气 体流量计所计量的空气总体积就直接反映出被测气的浓度（见例题2）吸收管安装在透明吸收箱内。为分析的每个气体样品更换一个盒子。如果添加吸收液后液位 未达到
6、划线，应补充蒸储水，使吸收液正常循环。在测量过程中，注意控制软木塞5的开口。 它太小，无法将吸收液夹带到大气中并延迟时间。要求其尽可能大，且无夹带。（1）分析 方法的选择：成份分析现时最流行是色谱，但在本实验中，被分析的是氨和空气混合气，这两种气体导热 系数很接近，而尾气中氨的浓度本来就很低，更加和空气没有什么区别，因此，基于导热系 数差异而进行分析的色谱法（3）、仪器刻度的制作尾气通过吸收塔。当其中的硫酸刚刚被尾气中的氨完全中和时，如果可通过的空气体积为 V0空ml（标准状态），且吸收的氨体积为V0氨ml（标准状态），则尾气浓度Y2为：比分子分数（6-1）VO空-由湿气流量计测量并转换为标准
7、状态。换算公式：丫0空= vpotl 式中：“通过湿气流量计测量的体积T1,流经湿气流量计的空气的压力和温度mmHg, kPo 至760mm Hg, 273k在我们的具体装置中pl实际上等于大气压强，因此可取本地区平均大气压pm,令cp=VO氨值可根据加入吸收管的硫酸溶液的体积和浓度计算：VO氨=22.1vsns则 VO 空=ov cppotl式中：vs一加入吸收管的硫酸溶液体积mlns一硫酸溶液的当量浓度注：n是当量浓度的单位ln=l (克当量/升)=1亳克当量/亳升方程式(6-4)的推导见附录。组合式(6-4)、(6-3)、(6-1) ：y2=22.1(c=22.1vsnsCP、vs和t。
8、均为给定量，且在T1温度下：丫2=const.示例1：特定尾气的分析：添加到吸收管的硫酸溶液vs=lmlns=0.04637n到吸收液刚中和时湿式气体流量计示值：v=1.5升尾气的浓度是多少？解：广州地区平均大气压76O.4mmhg,cp01y2=22.1x0.0463701(303)=0.000758比分子分数1.5010000273例题2：试制作10c和30c温度卜.,湿式气体流量计示值与尾气浓度的关系线，加入吸管道中的硫酸溶液与示例1相同。体积分别为1和2亳升。2ml,在10回时：丫2 (10) =22.1 倍0.046370228310 = 0.2120 10-230c:Y2 (30)
9、=0.227xl0v图11V。湿气流量计显示的空气体积I(4)附录：式(6-4)的推导过程：式(6-4) ： vo氨=22.1vsns其中22.1是标准状态下1 mg分子氨的体积。ml/Mg分子这是因为在标准状态下氨的重度=0.7708克/升或毫克/毫升另外：1 mg分子氨的重量为17.03 mg1毫克分子氨在标准状态下的体积：ml/Mg 分子硫酸吸收氨时反应方程如下：2nh3+h2so4= (nh4) 2so4nh3的分子量=17H2SO4分子量=98h2so4 的当量=98/2=492由式(6-7)可知xl7的氨与98硫酸完全反应，即17的氨与49硫酸完全反应，因为1亳克分子氨重17毫克，
10、1亳克当量的硫酸重49毫克，故亦即1毫克分子氨与1毫克当量 硫酸反应完全。也就是说当吸收管中的硫酸到达中和时参与反应的氨的亳克分子数在数值上 与所加入的硫酸的亳克当量数相等。加入吸收管中的硫酸的亳克当量数为：Vsnsvs-mlns-Mg 当量/ml因此，VO氨=22.1vsnsmlVII。实验记录填料塔流体阻力实验记录表实验设备编号：；实验日期：年月日。基础数据实验介质：空气、水；填料种类：拉西坏；填料层高度：m：塔内径：m填料规格： 12mmxl2mmxl.3mm.2.操作记录大气压强传质系数测量记录实验设备编号：xs型填料吸收塔；实验日期：年月日1.基本数据气体类型：氨和空气混合物；吸收剂
11、：水；填料类型：瓷环(拉希格环)；填充高度m；自由体积：；填料规格(外径x高x壁厚)：比表面积m/m;塔内径m。2.操作记录大气压八、思考题预习思考题L简要描述本实验中空气系统的启动过程和实验结束时空气系统的关闭过程。2.本实验中空 气系统、水系统、氨系统的开启顺序是什么？3 .逆流操作的吸收塔，若其他条件不变，增大液相流展，气液出口浓度如何变化？最小液 汽比它是如何变化的？作业线的坡度是如何变化的？4 .逆流操作的吸收塔，若其他条件不变，增大气相中溶质的体积分数，气液出口浓度如何 变化？最小液汽比是如何变化的？作业线的坡度是如何变化的？实验报告思考题附录：吸收和解吸计算I.吸收系数的测定1。
12、道德原则吸收过程可用下列方程表示：g=kyavp0ym式中，KYa一一气相驱动的体积吸收系数。kmol/h-m显然，要知道具体某个吸收过程的吸收系数，只需设法测量出上式中其他各项即可求出吸收 系数。上式其他各项的意义如下：G一一单位时间内吸收的成分KMOL/hv3P填料体积m0ym平均传质推动力(1)G,可通过测量气相进出口浓度和惰性气体流量计得到：g=v(yly2)(3-2) V-情性气体流量，KMOL/SY1, Y2-入口和出口塔的气相组成。(2)YM计算y(y_y*)(y.y*)m=、*) 1(y-y*) 2式中y*表示平衡时的气相浓度下标1和2分别表示塔的底部和顶部，如图3所示。2、数
13、据整理过程示例下面是一个具体数据的示例，以表1中1号的数据为例。（1）空气流量计算：（Q。）转 子流量计指示值：15.5 （M3）/时）转子流量计标定压强760mmhg转子流量计标定温度：20oc使用状态：流量计前表压：26.4mmhg大气压力：760mmhg流吊计前温度：32o标准状态下空气流量（qo）按附录1式（5-6）计算：采购订单=760pl=760ql=15.5to=273P2=760+26.4=786.4tl=273+20=293t2=273+32=305qo=14.4 （M/h） （2）计算氨流量转子流量计示值：1.18 （米/时）转子流量计标定介质：空气校准压力：760mmhg
14、校准温度：20c （293k）使用状态：计前表压：18.5mmhg即绝对压：778.5mmhg温度：31c标准状态下的氨流量按附录公式（5-8）计算，Q2O=Q1rl0p2plr20t2tlto=273tl=293ql=1.18p2=778.5标定介质在标准状态下重度rl0=1.2928被测介质为含98%氨的气体，标准状态下的重力丫20=0.7810（详见附录示例），因此Q20=1.45 【标准米/小时】因为氮含量为98%,故纯氨流量为1.45x0.98=1.42标准米/时表1吸收实验数据（3）计算 yl、y2Yl=Q20/Qo=1.42/14.4=0.099 根据附录中的公式 6-5 计算
15、V:y2=0.00004 （4）伙mol/h）空气分子量：28.96 空气密度：1.293 （5）计 算gg=v (yl-y2) =o.65x (0.099-0.00004) =0.0640KMOL/h (7)亨利系数当溶液浓度不大于10%时，平衡关系服从亨利定律：以摩尔比表示：当浓度很低时：y*=mx (3-4)式中相平衡常数m=1+ (1-m) x(绝对)(见图2)P一一混合气体总压【大气压】e亨利系数【大气压】温度：水温31cm=e/p=1.23(8)求L和xll的和=q水丫水q水=115升/时V 水=999 kg/M 3M 水=18图2nh3的亨利系数塔的液相浓度XI可通过物料平衡公式
16、计算：I (Xl-x2) =V (yl-y2)因进塔为清水，x2=0,代入前面已计出的其他各项数值：xl=vg (yl-y2) =11=0.064/6.4=0.01( 9)计算团ym 以 xl 代入式(3-10)得 yl*=mxl=1.23x0.01=0.0123 代入式(33)0ym=O.Ol填料体积vp=0.8x零点一x零点一x3.14/4=0.00774立方米体积吸收系数kya=g/vp/0ym=813 (kmol/h/m)二、解吸系数1的测定。道德原则解收过程可用卜列方程表示：g=kyavpym 式中，KYa一一气相驱动的体积脱附系数。kmol/h-m 显然，要知道具体某个解吸过程的解
17、吸系数，只需设法测量出上式中其他各项即可求出解吸 系数。上式其他各项的意义如下：G一一单位时间脱附成分KMOL/hVP填料体积M团YM一一平均传质驱动力(1)g,可以通过测最气相进、出口浓度和隋性气体流量计得：g=v(yl-y2)(3-5) V-通过本装置中的空气转子流量计测量的惰性气体流量KMOL/S。Yl, Y2一一进、出 口塔气相组成(见图3)。(2)回YM计算(y *-y) l-(y *-y)20ym=*(y-y) lln*式中y*表示平衡时的气相浓度下标1和2分别表示塔的底部和顶部(见图3)。表2解吸实验记录2.数据整理示例用表2序号1数据做例子。(1)求空气流量：(qo)Qo=14
18、,9m/h (计算过程与吸收相同)(2) Yl, y2y1=0由附录式65得:y2=0.000365 (3)计算空气流量vv=14.9xl.293/28.96=0.67 (KMOL/h)空气分子量:28.96 空气密度:1.293(4)计算解吸量gg=v (y2-yl) =0.67 (0.000365-0) =0.000244kmol/h(5)亨利系数当溶液浓度不超过10%时，平衡关系符合亨利定律：用摩尔比表示：1+ (1-m) x当浓度很低时：其中相平衡常数M=P一一混合气体总压大气压(绝对)E-亨利系数大气压力(绝对)(见图2)温度：水温31。ce=1.23m=e/p=1.23(6)求 I
19、 和 xll=Q 水丫水 MQ 水=150 l/hV水=999公斤/米3m水l=8.33kmol/h出塔液相浓度xl,可由物料衡算式计算：I (x2-xl) =v (y2-yl) =g代入前面已计出的其 他各项数值：xl=0.00997 (7)计算I3ym以xl代入式(3-10)得yl*=mxl=1.23x0.00997=0.01226y2*=mx2=1.23x0.01=0.0123 代入式(3-6) 0ym=O.O12 填料体积vp=0.8x零点x零点、x3.14/4=0.00774立方米体积解吸系数kya=g/vp/0ym=2.63kmol/h/m3可以看出，体积脱附系数(2.63)远小于体积吸收系数(813)。预览报告思考问题1.简述本次实验中空气系统的启动流程及实验结束时空气系统的关闭流程。2.本次实验中， 空气系统、水系统、氨气系统的开启顺序如何？3 .对于逆流运行的吸收塔，如果其他条件不变，液相流量增加，气液出口浓度如何变化？最 小液汽比是如何变化的？作业线的坡度是如何变化的？4 .逆流操作的吸收塔，若其他条件不变，增大气相中溶质的体积分数，气液出口浓度如何 变化？最小液汽比如何变化？操作线斜率如何变化？