吸收实验

实验七 吸收实验

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. 测定填料层的压强降和空塔气速的关系；

3. 测定总体积吸收系数，并分析气体空塔气速及喷淋密度对总体积吸收系数的影响。 二、设备流程

吸收塔为玻璃塔，塔内径为0.1m ，填料为12×12×2.2mm 的拉西环，整个吸收实验装置由四部分组成： 1、空气系统：

空气由风机（旋涡气泵或容积式风机）供给，进入缓冲罐6，通过空气调节阀8调节流量，经空气转子流量计10计量后，在主管路上和氨气混合后由塔底进入，为保持一定的尾气压力（100~200mmH 2O ）以通过尾气分析器，在尾气出口处装置有尾气调节阀22。

2、氨气系统：

氨气由氨气钢瓶供给，经减压阀降压至0.1Mpa 以下后，进入氨气缓冲罐（为确保安全，缓冲罐上装有安全阀，其排出经塑料管引到室外），由氨气调节阀3调节流量后，经氨气转子流量计5计量后（同时串联有孔板流量计）与空气混合进入塔底。转子流量计前装有压力计及温度计。

3、自来水系统：

自来水经过滤后，由调节阀15调节流量，经转子流量计16计量后，进入塔顶，经莲蓬式喷淋器均匀地喷洒在填料上，塔底吸收液经排出管17排出。

4、尾气分析系统：

由尾气分析器19及湿式气体流量计21组成（并联有质量流量计，使用质量流量计时要使用喷射管装置以补充尾气压力的不足）。 三、实验原理

1、填料层流体力学性能的测定：

AES —II 型吸收实验装置流程示意图

1氨气缓冲罐；2氨气温度计；3流量调节阀；4氨表压计；5转子流量计；6空气缓冲罐；7空气温度计；8流量调节阀；9空气表压计；10转子流量计；11吸收塔；12喷淋器；13塔顶表压计；14压差计；15水流量调节阀；16转子流量计；17排液管；18尾气三通阀；19吸收盒；20尾气温度计；21湿式气体流量计；22尾气稳压阀；

压强降是填料塔设计的重要参数，气体通过填料层的压强降直接决定了吸收塔的动力消耗。气体通过填料层的压强降Δp/z 和气液两相流量有关，将不同喷淋量下的单位厚度填料层中的压强降和空塔气速u 的实测数据在双对数坐标纸上作图即得到不同喷淋量下的关系曲线。

2、总体积吸收系数的测定：

（1）总体积吸收系数的计算公式：稳定操作条件下，低浓度吸收时：

m Y Y Y Y a K V

Z ∆-⋅Ω⋅=21

则：

()m Y Y Z Y Y V a K Ω∆⋅-=

21 （1） 式中：Z ——填料层厚度（m ）

Ω——塔的横截面积（m 2）

V ——惰性气体的摩尔流量（Kmol/h ）

Y 1,Y 2——进、出塔气体中溶质氨的摩尔比Kmol （A ）/Kmol （B ） ΔY m ——气体总平均传质推动力：

21

2

1

ln Y Y Y Y m ∆∆-∆=∆ （1—2） 式中：ΔY 1= Y 1-m X 1 （1—3）

ΔY 2= Y 2-m X 2 （1—3a ） m —相平衡常数

X 2,X 1——进、出塔液体中溶质的摩尔比，kmol(A)/kmol(S) 由式（1）可知要测定K Y ɑ，应把右式中各项依次求出。 （2）空气流量：

标准状态下空气流量V o 可由下式求算

212

1o

o 1

o T T P P P T V V = （1—4）

式中：V 1——空气转子流量计示值m 3/h ；

T o ,P o ——标准状态下空气温度及压强；

T 1,P 1——标定状态下空气温度及压强，T 1=293K ，P 1=1.013×105Pa 。 （3）氨气流量：

标准状态下氨气流量V o ′可用下式计算：

21o22

1o1o

o

1o T T ρP P ρP T V V '=' （1—4a ）

式中：V 1′——氨气流量计示值，m 3/h ；

T o ，P o ——标准状态下的温度及压强；

T 1，P 1——标定状态下的温度及压强，T 1=293K ，P 1=1.013×105P n ； T 2，P 2——操作条件下的温度及压强； ρo1——标准状态下空气密度，Kg/m 3； ρo2——标准状态下氨气密度，Kg/m 3。

在本实验中氨瓶中含纯氨是98%，则纯氨在标准状态下的流量V o ″可用下式计算：

V o ″=0.98 V o ′ （1—5）

纯氨的摩尔流量：

Kmol/h

22.40.98V 22.4V V o

o '="=' （1—6）

（4）惰性气体的摩尔流量

()Kmol/h 22.40.02V Vo V o

'

+=

（1—7）

（5）进气浓度Y 1

o o o

1V 0.02V 0.98V Y +''=

（1—8）

（6）平衡关系式

在本实验条件下，吸收液浓度小于5%，气液平衡关系服从亨利定律：

Y *=mX (1-9)

而

P E m =

(1-10) 式中：P —操作系统总压强(Pa)；

E —亨利系数(Pa)；

P=大气压+塔顶表压+21

填料压差。

(7) 尾气浓度Y 2或吸收液浓度X 1 尾气浓度Y 2测定

测定Y 2可用尾气分析器及湿式气体流量计来测定，其原理是在吸收容器内中装入一定量已知浓度、一定体积的稀硫酸作为吸收液并加入指示剂(甲基红)，当被分析的尾气样品通过吸收管后，尾气中的氨被硫酸吸收，其余部分(空气)由湿式气体流量计计量。由于所加入的硫酸数量和浓度是己知量，所以被吸收的氨量便可计算出来。湿式气体流量计量出空气量就可以反映出尾气的浓度，空气量愈大表示浓度愈低。

W W

V V Y '=

2 （1—11）

式中：V W ′—标准状态下吸收盒中被吸收的氨的体积(ml)

V w —标准状态下通过湿式流量计的空气体积(ml)

V W ′—可由吸收盒中刚好被完全中和的硫酸量及浓度来确定 V W ′=2×22.4VsCs (1—12) 式中：V S —吸收盒中硫酸的体积(l)

C s —硫酸的体积摩尔浓度mol/l