一种化学实验尾气吸收装置的设计及应用
氨吸收设计论文
（一）设计方案简介在化学工业中，经常需要将气体混合物中的各个组分加以分离，其主要目的是回收气体混合物中的有用物质，以制取产品，或除去工艺气体中的有害成分，使气体净化，以便进一步加工处理，或除去工业放空尾气中的有害成分，以免污染空气。
吸收操作是气体混合物分离方法之一，它是根据混合物中各组分在某一种溶剂中溶解度不同而达到分离的目的。
氨是化工生产中极为重要的生产原料，但是其强烈的刺激性气味对于人体健康和大气环境都会造成破坏和污染，因此，为了避免化学工业产生的大量的含有氨气的工业尾气直接排入大气而造成空气污染，需要采用一定方法对于工业尾气中的氨气进行吸收，本次设计的目的是根据设计要求采用填料吸收塔吸收的方法来净化含有氨气的工业尾气，使其达到排放标准。
一、方案的的确定1.装置流程的确定用水吸收NH属高溶解度的吸收过程，为提高传质效率和分离效率，所以，本实验选用逆流吸收流程。
2.吸收剂的选择吸收剂对溶质的组分要有良好地吸收能力，而对混合气体中的其他组分不吸收，且挥发度要低。
根据本设计要求，选择用清水作吸收剂，且氨气不作为产品, 故采用纯溶剂。
3.操作温度与压力的确定操作温度：20C 操作压力：常压二、填料的类型与选择填料的选择包括确定填料的种类，规格及材料。
填料的种类主要从传质效率，通量，填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d。
填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
根据本设计的要求，选择用塑料散装填料。
本方案选用聚丙烯鲍尔环作为填料设计填，其主要参数如下:三、设计步骤a）查询物性数据b）物料衡算和能量c）确定吸收剂最小用量：d）操作气速u=no （n=0.5~0.85）e）计算填料塔径Df）校核操作气速u<nu F，反之调整n值重复第四步操作g）校核匕山吸收剂用量，反之则调整塔径Dh）确定填料层高度Zi）填料层压降的计算j）辅助设备设计（二）工艺流程图及说明在该填料塔中，氨气和空气混合后，经由填料塔的下侧进入填料塔中，与从填料塔顶流下的清水逆流接触，在填料的作用下进行吸收。
人教版高考化学一轮复习课时规范练 第十章 化学实验基础与综合实验探究 高考化学综合实验题探究
课时规范练36 高考化学综合实验题探究非选择题:本题共5小题。
1.二氧化氯(ClO2)是一种黄绿色有刺激性气味的气体,其熔点为-59 ℃,沸点为11.0 ℃,易溶于水,是目前国际上公认的新一代高效、广谱、安全的杀菌、保鲜剂,在水处理等方面有广泛应用。
与Cl2相比,ClO2不但具有更显著的杀菌能力,而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物。
某学生查得工业上可以在60 ℃时用潮湿的KClO3与草酸(H2C2O4)反应制取ClO2,用如图所示的装置模拟工业制取及收集ClO2,其中A为ClO2的发生装置,B 为ClO2的凝集装置,C为尾气吸收装置。
请回答下列问题:(1)装置A中产物有K2CO3、ClO2和CO2等,写出该反应的化学方程式: ;装置A中还应安装的玻璃仪器是。
(2)如何检验虚框中A装置部分的气密性? 。
(3)装置中还有一处明显不合理的是(填“A”“B”或“C”),请指明改进方法: 。
(4)ClO2需随用随制,产物用水吸收得到ClO2溶液。
为测定所得溶液中ClO2的含量,进行了下列实验:步骤1:准确量取ClO2溶液10 mL,稀释成100 mL试样;量取V1 mL试样加入锥形瓶中;步骤2:调节试样的pH≤2.0,加入足量的KI晶体,静置片刻;步骤3:加入淀粉指示剂,用c mol·L-1Na2S2O3溶液滴定至终点,消耗Na2S2O3溶液V2 mL。
(已知2Na2S2O3+I2Na2S4O6+2NaI)①步骤2的目的是(用离子方程式表示)。
②当时,可以判断此滴定操作达到终点。
③由以上数据可以计算原ClO2溶液的浓度为(用含字母的代数式表示) g·L-1。
2.富马酸亚铁(结构简式为,相对分子质量为170)是治疗贫血药物的一种。
实验制备富马酸亚铁并测其产品中富马酸亚铁的质量分数的方法如下。
Ⅰ.富马酸(HOOC—CH CH—COOH)的制备。
制取装置如图所示(夹持仪器已略去),按如图装置打开分液漏斗活塞,滴加糠醛(),在90~100 ℃条件下持续加热2~3 h。
吸收氨气的装置
吸收氨气的装置
氨气吸收装置的样子是导管连接锥形漏斗，倒扣在盛水的烧杯中，漏斗口略微浸入水中，防止水倒流。
实验室中化学反应的量是比较小的，产生的氨气的量少，所以氨气处理装置比较简单。
设计原理一般遵循防倒吸的原则即可。
在化学反应过程中会产生不同的废弃物。
固体、液体、气体形式的废弃物均会出现。
在气体废弃物中常见的是氨气、硫化氢等有毒有害气体，严重污染环境。
氨气也可作为一种重要的化工原料，如果加以回收的话，能达到节约资源的目的。
为此需要用特殊的装置对工业生产中或者是实验室化学科研研究中产生的氨气进行处理，这种装置就是氨气尾气处理装置，装置会随着实验目的、工业生产的利益等因素的不同而不同。
工业生产中参与化学反应的量是实验室的千倍乃至万倍以上，所以氨气的产生量是非常大的。
如果不加以处理直接排放到空气中的话，会对当地的空气、环境、居民的生产生活方式产生影响。
足够量的尾气氨可以加以回收，可以作为化工原料。
企业也可以将回收的氨气销售或者投入到其他化工产品的合成生产中，产生更大的效益。
化学实验装置的创新设计与应用
实验缺陷:
卤素间的置换反应实验是按三个独立的实验进行操 作的，故操作过程较为烦琐，另外实验中还需要制 备新制的氯水，而制备氯水则对环境造成较大污染 ，试剂用量也比较大，对师生的身体健康造成危害
。
实验改进:
①实 验装置如图所示。
②实 验 步 骤 及现象 打开止水夹,轻挤胶头滴管，使少量浓盐酸滴入具支 试管中，浓盐酸与高锰酸钾发生反应，产生氯气，待浸 有溴化钠的棉团有橙黄色氯气进入 T 形管中，出现时， 关闭止水夹，可防止氯气与碘化钾直接反应。若这一段 反应不明显，用酒精灯在溴化钠棉团处微热，可见 到 橙 黄 色 的 溴 蒸 气 出 现 在 T形 管 中段，并使湿润的 淀粉碘化钾试纸变蓝，湿润的碘化钾滤纸呈棕褐色。
化学实验装置的创新设计与应用
“以学生为本”是新课程改革的基本思想,化学 实验是中学化学课程内容不可缺少的组成部分，是 学生认识化学科学知识的重要工具和媒体,是化学教 学认识过程的一个重要环节 。现有的高中化学教材 中的一些实验装置较为复杂，不利于更多的学生参 与实验操作；在安全性、可靠性、环保性等方面也 存在着一些不足。因此在教学实验中对实验方法进 行重新设计、改造和组合、形成固定的实验装置和 实验设计方案，这样不仅解决了实验所存在的不足 之处，同时这对活跃学生的思维、激发学生的创造 欲望、培养学生的创造能力都具有重要意义。本文 将从创新实验设计到应用,探讨化学实验教学中无穷 魅力。
三、设计这套实验装置自我认识。
①实用性强，装置简单，操作简便具有多功能性， 便，实验现象明显，直观成功率高，综合性强， 富有启发性，尤其适合气体的制备性质一体化实 验。适用于探究教学。 ② 在化学反应过程中试剂用量少，减少了污染，将 预防和减少化学污染的思想贯穿于化学教学中， 有利于学生绿色环保意识的形成。 ③适宜学生操作，拓宽学生科学探究的新空间，让 学生有更多的机会主动的体验探究过程，培养了 学生的实验探究精神，使学生在实验过程中感悟 到实验的乐趣，有利于提高中学生的操作技能， 激发学生的创新意识。
实验探究化学实验仪器的创新使用
球形干燥管的创新使用
一． A装置为尾气吸收装置，原理类似于倒置在水中的漏斗。 二． B装置为简易的过滤器，可净化天然水。如果去掉上边两层，可
用于活性炭对液体中色素的吸附实验。 三． C装置为一简易的启普发生器，可用于H2、CO2的制取，也可
用于铜与硝酸的反应。
【典例 2】 (2015·烟台期中)
根据如图所示仪器(若有必要，装置可多次使用) 回答下列问题。 (1)洗气：除去 CO2 中的水蒸气，装置内应盛的 物质是_浓___硫__酸__，气体应从____A____端通入。若要除去 Cl2 中混有的水蒸气和 HCl 气体，应用如图所示的装置，其操 作方法是：用__两__个__如__图__所__示__的__装___置__，__以__A_—__B__—__A__—__B_的__顺___ _序__连__接__，__在__第__一___个__装__置__中__盛__饱__和__食__盐__水__，__第__二__个__装__置__中__盛_ _浓__硫__酸__，__气__体__从___第__一__个__装__置__的__A_端__进___入__，__从__第__二__个__装__置__的_ _B__端__排__出_________________。 (2)检验：证明 CO 中含有 CO2，装置内应盛__澄__清__石__灰__水___， 要除去 CO2 并得到干燥 CO 的方法是_让__气__体__连__续__通__过__分__别__ _盛__有__浓__N__a_O__H__溶__液__和__浓__硫__酸__的__洗__气__瓶__________________。
Ⅱ.集气瓶除用于收集气体外，还可用于贮存气体(如图___)、 测③量气体体积(如图___)、做洗④气瓶(如图___)等。 ⑤
化学实验中防止倒吸的装置
化学实验中防止倒吸的装置例析a.产生防倒吸的原理：实验过程中的倒吸现象大致可分为两类：一类是在需要加热来制取气体(并且涉及到气体要通过某液体或者用排水法收集气体)的实验中，若加热不均匀就产生倒吸现象，如制取氧气、氯气、乙烯等．另一类是制取一些极易溶于水的气体时的尾气处理中，如在实验室用制取氯化氢气体的实验中，用于尾气处理的水会被倒吸入集气瓶中，还有制取氨气等．产生倒吸的原理是因为试管内的压强小于外界的大气压强，水在大气压的作用下进入试管(以上图1为例)．试管内的压强减小有两种可能的原因：其一是试管受热不均匀，使试管内的气体的温度忽高忽低地发生变化，导致气体压强也跟随着发生变化，在压强减少的时候发生了倒吸现象；其二如氨气、氯化氢类在水中的溶解度太大，以致于气体产生的速度小于气体溶解的速度，使得试管中气体的压强小于外界大气压，进而发生倒吸现象．b.防止倒吸现象的几种装置设计根据产生倒吸现象的原因和原理，我们可以设计一些装置来避免液体倒流至上一级的反应器中．以氯化氢的尾气吸收装置来防止倒吸为例，根据装置的作用原理的不同，分为以下四种：重力回流式，隔离式，平衡压强式，贮液式(安全瓶式)。
(a)重力回流式如图2，用一个倒置的漏斗和烧杯组成装置，漏斗边缘正好接触水面．当氯化氢进入漏斗溶解于水后，造成漏斗内气体压强降低，烧杯内的水被压人到漏斗内，漏斗内的液面上升，烧杯内的液面下降，由于漏斗的容积比较大，漏斗内上升的水的较多，从而使烧杯中的水与漏斗内水面脱离接触，空气进入漏斗中，弥补压强的减小，而此时倒置的漏斗中的水就在重力的作用下，又回流到烧杯中，避免了液体倒吸至上一级的反应器．类似的还有其他的一些装置如图3、图4、图5等等．再来看一种，如图6，U形管内水面刚好与U形管底部上管面接触，起到液封的作用．如果左边通人氯化氢气体，由于氯化氢易溶于水，左边压强减小使水面上升，右边液面下降，使U形管底部上管面与水面脱离接触，空气进入u形管左侧，弥补左侧的压强的减小，水在重力的作用下流下来，重新起到液封作用．从本质上来讲与倒扣小漏斗的作用类型是相同的，与这种防止倒吸的装置类型相同还有双球洗气管(如图7、图8)．但是，在图9的装置中，由于漏斗进入烧杯的水面过深，水吸入漏斗中，充满漏斗后仍然不能使漏斗I：1脱离烧杯的液面，则不能防止倒吸；同样，如果图10中的干燥管El插入液面过深的话，也不能防止倒吸．类似的如图ll的U形管内的水如果超过u 形管容积的二分之一，左侧的液面可能上升至导气管口，则不能防止倒吸现象的发生．(b)隔离式如图12和图13，导管口靠近液面，但没伸人液面内．由于导管口与液面距离相当近，从导管内出来的气体很容易与液面接触。
含氯工业尾气吸收塔设备设计课程设计
含氯工业尾气吸收塔设备设计课程设计1、流程及流程说明物料衡算2、吸收塔的工艺尺寸计算3、计算4、液体喷淋密度的核算5、填料层高度的计算6、传质单元高度的计算7、传质单元数的计算8、塔附属高度的计算9、填料层压降的计算10、其他附属塔内件的选择11、液体分布器的选择12、布液计算13、液体再分布器的选择14、填料支承装置的选择15、设计任务书设计题目:填料吸收塔的设计设计任务: 设计用水吸收SO 的常压填料塔，操作温度20，操作压力101.325KPa。
设计条件:1、气体混合物成分:空气和SO 的含量:4%32、混合气体流量:40003、操作温度:293K;5、混合气体压力:101.325KPa;4、回收率:95% 四、设计项目: 1、确定吸收流程;5、物料衡算，确定塔顶、塔底的气液流量和组成; 3、选择填料、计算塔径、填料层高度、填料的分层、塔高的确定。
6、流体力学特性的校核:液气速度的求取，喷淋密度的校核，填料层压降P 的计算。
7、附属装置的选择与确定:液体喷淋装置、液体再分布器、气体进出口及液体进出口装置、设计要求:1、设计说明书内容包括: 目录和设计任务书、流程图及流程说明、计算、设计计算结果表、对设计成果的评价及讨论。
2、设计图纸:绘制一张填料塔装置图。
3、这次的课程设计，一开始我们是利用自己的课余时间，到后期全天思考讨论，为期4周完成的。
对于我们来说，在此以前，课程设计还只是一个传说中的字眼而已，所以这一次的任务绝对考验了自己的动手、思考和团结协作的能力。
也许我们在初听到要完成这么一项学习课程时会感到那么的好奇和担心。
但经过这次自己的设计过程，我们感受到了课程设计的对于我们的意义，及其设计过程的那种团体合作的争辩与统一的快感。
人说，争辩与讨论，是产生智慧的火花。
好久都没有过的收获感，这次体验到了。
难忘，有趣。
其实，在刚听完老师详细地说明此次任务时，心里除了好奇、点点的激动外，还是觉得云里雾里的，真不知应如何下手，只得摸着石头过河，对照着老师给的任务书一步步的分析，尝试着理清我们的思路。
化学实验改进与创新
实验教学种类繁多，按实验进行的形式可分为演示实验、分组实验、并进实验、家庭小实验等等。按实验所需结果又可分为定性实验、定量实验和探究实验等等。目前，现有的实验仪器虽然可以完成这些实验，但是，有些实验问题的解决若只是通过现有仪器往往难以实现或效果不好。为了让学生更好的感知并解决这类问题，或让使用现有仪器完成收效不好的实验得以完善，很多教师往往通过自制教具或实验改进来解决这些问题。
分子之间有间隔实验改进：
取两根50mL酸式滴定管，一根中装约20mL水（加入几滴红墨水），另一根中装入约20mL酒精，记录好体积。将酒精加入水中（总体积小于50mL)。观察混合后体积。
说明：用25mL滴定管做此实验有同样效果。
2、分子之间有间隔
验证质量守恒定律 取5-6个火柴头放入试管中，塞上带软胶囊的塞子，放在天平上称量其质量（做一个放试管的硬质纸支架）。取下试管，用酒精灯加热试管底部，使火柴头在试管内燃烧。燃烧结束后放回天平左盘，天平仍然平衡！
化学实验设计、改进和创新应遵循的原则是：
01
02
科学性，可行性，安全性，规范性，简约性和创造性。
小结：
二、化学实验改进与创新的方法
1、引入法 根据特定需要，灵活地把在其他方面成功的方法引入到实验改进与创新中。运用此法的关键是要善于发现各类事物的类似性，再从中寻求启发。例如：用作电子教鞭的激光笔用于丁达尔实验的入射光源时，可在明亮教室里进行演示丁达尔现象，解决了丁达尔现象实验只有在暗光条件下才能完成的问题。
启示： 当前，化学实验的改进与创新中，使用的方法比例由高到低分别有：一物多用法（17.5%）、缩放法（16.2%）、移植法（15.0%）、组合法（15.0%）、简化法（11.2%）、综合法（10.0%）、替换法（7.5%）强化法（6.25%）、变换输出法（1.25%）。研究者在该方面灵活运用了各种设计方法，但是各种方法比例不一。主要问题是设计与改进比例失调，创新永远少于改进；装置改进的重复研究过多；为改进而改进，反而使装置复杂化！因此，实验的设计、创新应该遵循简化性、实用性原则，使设计更为科学。（摘自中学化学）
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一种化学实验尾气吸收装置的设计及应用
作者：刘成王怀通常永康王怀表周雄
来源：《科教导刊》2013年第19期
摘要文章针对传统化学实验尾气吸收装置存在的缺陷，设计了一种新型的气体吸收装置。
此装置相比传统装置而言，具备吸收气体充分，有效防止水流倒吸，吸收容量大，操作方便等优点，适用于化学实验使用。
关键词实验尾气吸收装置仪器改进
中图分类号：O6-33 文献标识码：A
随着国民教育的快速发展，各类学校的实验室教学、科研活动愈加频繁，实验室废气、废液、固体废弃物等的排放及其污染问题日益突出。
①②③④尤其是化学实验产生的污染更为严重，反应常常会伴有有毒有害气体产生并逸出。
如在有机化学实验正溴丁烷的制备中，反应物HBr气体有毒有害且难以冷凝，容易逃逸出反应装置造成环境污染。
为防止HBr的污染，常需要安装尾气吸收装置。
但由于传统吸收装置设计上的缺陷，常出现吸收不完全，废气外逸，吸收液倒吸等现象。
因此，在化学实验教学中有必要进行实验仪器的改进。
这里特别设计了一种结构合理、效果良好的气体吸收装置。
1 现有气体吸收装置的分析
目前普遍使用的气体吸收装置如图1的右下部分所示，采用的方法是通过反应装置上的回流冷凝管连接一导气软管，导气软管另一端连接一个玻璃漏斗。
玻璃漏斗略微倾斜，漏斗口一半浸没在水面下，一半露出在水面上以达到既能吸收废气又能防止水流倒吸的效果。
⑤⑥⑦然而传统气体吸收装置存在以下缺点：（1）液封效果不好，吸收气体时，液面波动，气体容易逸出。
（2）漏斗不易固定，经常会整个浸入水面，导致液体倒吸至反应瓶。
（3）当反应过程中有大量气体生成或气体逸出很快时，会导致装置来不及充分吸收而使得有毒有害气体逸散到空气中。
为了克服传统吸收装置中漏斗不易固定，气体容易逸出、吸收效果不佳的问题。
黄福祥、朱池平等进行了仪器的改进：固定倒置漏斗或长导管稍伸入水面下，与水面形成液封，设计气体由另一导管进入且不与水面接触，当瓶内气压因气体溶解而减小时，由于漏斗或长导管的平衡内、外气压作用，不会形成吸收液体的倒吸。
⑧⑨宋学军、赵桂贞等报道设计了一种由三通管连通的气体吸收装置。
该装置设计了安全辅助装置，通过水位升降来调节气体流向。
⑩以上装置基本能有效吸收有害气体，并能起到防止倒吸的现象。
但也存在一定的缺陷：如吸收形态固定、吸收容量有限；又如当反应过程中有大量气体生成或气体很快逸出时，仍会导致气体来不及被充分吸收而逃逸出装置。
目前，化学实验教学中还没有一种操作方便、吸收容量大、效果良好，适用范围广，能有效防止水流倒吸的实验尾气吸收装置。
2 气体吸收装置的改进
针对现有实验尾气吸收装置存在的不足之处，特设计了如图2所示的一种新颖装置，可使得废气被充分吸收并且能有效防止水流倒吸。
其操作简便、安全可靠、效果显著，可广泛应用于学生实验。
图2所示的瓶体1的上端一体设置有进水管2和进气管3，瓶体1内固定设置有内管4，进水管2和进气管3分别与内管4的上端相连通，内管4的下端开口，瓶体1的侧壁上设置有出水口5，内管4的下端略低于出水口5。
图3即为该吸收装置与反应装置一起使用的状态示意图。
该装置的特点是由于瓶体的上端设置有进水管和进气管，因此可利用反应装置上回流冷凝管流出的水进入该进水管，并与由进气管进入的实验尾气一起流经内管至瓶体出水口排出。
由于内管的下端略低于瓶体上的出水口，使内管管口刚好被水面封住，因此吸收装置的液封效果良好，可将废气有效密封并充分吸收。
该装置的另一优点是进入瓶体的水流对废气进行有效吸收的同时还源源不断将溶有废气的液体排出出水口，增大了废气吸收容量。
同时液体的流动阻止了水流的逆流倒吸，有效防止了传统装置中水倒吸至反应瓶的情况出现。
此外，该装置吸收容量大尤其适用于有大量废气生成或气体逸出激烈等情形使用。
该气体吸收装置适用于类似正溴丁烷的制备等有尾气产生的化学实验，可提高学生实验的安全可操作性和环保性，可提高实验教学效果，具有一定的推广应用价值。
3 实验应用
将该气体吸收装置应用于1-溴丁烷的制备：在100mL圆底烧瓶中加入10mL水，并小心地加入14mL浓硫酸，混合均匀后冷至室温。
再依次加入9.2mL正丁醇和13g溴化钠，充分摇振后加入几粒沸石。
圆底烧瓶上接一回流冷凝管，冷凝管上的出水软管接入吸收装置的进水管，冷凝管上端的尾气排出软管接入吸收装置的进气管。
接通冷凝水后将烧瓶置于石棉网上小
火加热至沸，不断摇动烧瓶，并保持平稳回流30～40min。
待反应完全，冷却后改为蒸馏装置，蒸出粗产物。
将溜出液转移至分液漏斗中进行洗涤。
将干燥好的产物过滤到蒸馏瓶中，加热蒸馏，收集95～99℃的馏分。
实验结果获得约50%的产率。
新装置在使用过程中容易固定，装配方便；尾气随冷凝水排至下水道，基本无逸出，更无水流倒吸现象，实验环境亦大为改善。
4 结束语
该新型气体吸收装置结构简单合理，克服了传统装置存在的缺点，可有效吸收有害废气，防止液体倒吸，使用方便、安全，适用于化学实验的有害尾气吸收。
注释
①吴伟军，刘海飞.实验室环境污染现状与防治对策[J].实验室研究与探索，2008.27（4）：142-144.
②孟庆祥.实验室污染的防治及治理[J].实验室科学，2009（6）：161-162.
③易国顺，赵邦枝，李名家，等.高校实验室安全与环保的现状分析和对策研究[J].实验技术与管理，2010.27（5）：170-176.
④王玉清，薛琳娜.高校实验室污染的因素及防治对策[J].实验室研究与探索，2011.30（6）：417-420.
⑤谷珉珉，贾韵仪，姚子鹏.有机化学实验[M].上海：复旦大学出版社，1991：174-175.
⑥曾昭琼.有机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2000：92-93.
⑦王清廉，李瀛，高坤，等.有机化学实验（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2010：129-130.
⑧宋学军，赵桂贞.不能倒吸的气体吸收装置[J].化学教学，1993（4）：22-23.
⑨黄福祥.简单实用的气体吸收装置[J].教学仪器与实验，2001.17（3）：21-22.
⑩朱池平.气体吸收装置的改进[J].化学教育，1999（6）：35-36.。