一种三塔吸收与解吸实验装置的制作方法

本实用新型属于化工实验
技术领域：
，尤其涉及一种三塔吸收与解吸实验装置。
背景技术：
：目前，国内大多数吸收与解吸教学实验设备用到的装置中都是使用氨气、二氧化碳、氧气作为气源气，但氨气和二氧化碳气体钢瓶放在实验室都存在危险性，且现有的吸收解吸实验装置实验过程中往往需要连续使用自来水，对安装环境要求较高，且浪费水资源。除此之外，现有吸收与解吸实验装置工作不具备连续性，这个班的学生做完实验后在下个班级做实验时，实验设备还需要提前进行准备，这些都导致了教学效率低的情况，且往往一节课的时间有限，在短时间内学生实验时所测得的实验数据不稳定。技术实现要素：本实用新型的目的是提供一种三塔吸收与解吸实验装置，具有使用安全，实验数据准确可靠的优点。为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种三塔吸收与解吸实验装置，包括竖直设置的饱和塔、解吸塔和吸收塔，还包括风机、n2瓶和循环水箱，所述风机出风口分两路，其中一路经饱和塔空气转子流量计fi02进入饱和塔，与饱和塔顶喷淋下来的吸收剂逆流接触吸收，另一路经流量计fi06进入吸收塔，与吸收塔顶喷淋下来的贫氧水溶液逆流接触进行吸收；所述n2瓶经减压阀减压，再经调节阀va04和流量计fi04计量后经由管道进入解吸塔与塔顶氧饱和水进行逆流解吸；所述循环水箱出口管道经饱和泵和转子流量计fi01计量以后送入饱和塔顶作为吸收剂使用，塔底液经解吸泵和涡轮流量计fi03进入解吸塔顶，解吸塔内的解吸液与解吸气体n2接触后流入塔底，经解吸后的溶液由吸收泵和涡轮流量计fi05进入吸收塔塔顶；吸收塔塔顶溶液和空气逆流吸收后溢流至循环水箱。进一步的，所述循环水箱内的液体为去离子水。进一步的，所述饱和塔、解吸塔和吸收塔塔底部均设有溢流管道，溢流管道均与塔底液出口管道相连，且溢流管道均为倒u型管道，溢流管道顶部高出塔底设置，溢流管道出口均与循环水箱相连通。进一步的，所述饱和塔、解吸塔和吸收塔塔底部均设有排空管道，排空管道出口与地沟相连通。进一步的，所述解吸泵和吸收泵出口均设有取样阀，所述吸收塔底部出液管路上也设有取样阀；所述转子流量计fi01为饱和塔液体转子流量计，其量程为100-1000l/h，所述流量计fi02为饱和塔空气转子流量计，其量程为0.3～3m3/h，所述涡轮流量计fi03为解吸塔液体涡轮流量计，其量程为200-1000l/h，所述流量计fi04为解吸塔氮气质量流量计，其流量为20l/min，所述涡轮流量计fi05为吸收塔液体涡轮流量计，其量程为为200-1000l/h，所述流量计fi06为吸收塔空气质量流量计，其流量为300l/min，所述吸收塔上还设有测量全塔压降的压差传感器。一种三塔吸收解吸实验装置的实验工艺，包括以下步骤：1）在循环水箱中加入去离子水至水箱液位的80%，开启饱和泵，调节转子流量计fi01至600l/h，打开风机调节转速为1000rpm，调节空气流量调节阀至流量计fi02流量为2m3/h，使饱和塔稳定运行10min至循环水箱水为氧饱和水；2）开启解吸泵，打开氮气钢瓶总阀和减压阀，调节氮气流量为7l/min，调节解吸液流量，分别记录解吸液流量为200、280、360、450l/h时解吸塔底液体的溶氧值；3）解吸塔实验结束后，稳定解吸塔液体流量450l/h，氮气流量7l/min，开启吸收泵，调节吸收塔空气流量7l/min，分别记录吸收液流量为200、280、360、450l/h时解吸塔底和吸收塔底溶液含氧量；4）待步骤3）结束后，应先关闭氮气钢瓶总阀，等氮气流量计无流量后，关闭减压阀，关水泵，停风机。进一步的，为节省实验时间，减少氮气使用量，实验步骤2-3用吸收塔和解吸塔同时实验的方法代替，即解吸塔氮气流量7l/min，吸收塔空气流量7l/min，分别记录解吸液体流量为200、280、360、450l/h时和吸收塔液体流量分别为250、330、410l/h时解吸塔底和吸收塔底溶液含氧量。本实验装置的流程说明：空气：空气来自风机出口总管，分成两路：一路经流量计fi02进入饱和塔底部，与塔顶喷淋下来的吸收剂逆流接触吸收，吸收后的尾气排入大气；另一路经流量计fi06进入吸收塔底部，与塔顶喷淋下来的贫氧水溶液逆流接触进行吸收，吸收后的尾气排入大气；n2：钢瓶中的n2经减压阀、调节阀va05、流量计fi04，进入解吸塔与塔顶氧饱和水逆流解吸后排入大气；水：饱和塔吸收用水为水箱中的去离子水，水箱中的水先经饱和泵和转子流量计fi01送入饱和塔顶，去离子水吸收空气中氧气后进入塔底，部分塔底液经解吸泵和涡轮流量计fi03进入解吸塔顶，解吸液和解吸气体接触后流入塔底，经解吸后的溶液一部分由吸收泵和涡轮流量计fi05进入吸收塔，吸收塔塔顶溶液和空气逆流吸收后溢流至循环水箱。本装置的设备仪表参数饱和塔：塔内径100mm；填料层高850mm；填料为φ6不锈钢θ环；丝网除沫解吸塔：塔内径78mm；填料层高850mm；填料为φ6不锈钢压延环；丝网除沫吸收塔：塔内径78mm；填料层高850mm；填料为φ6不锈钢鲍尔环；丝网除沫风机：旋涡气泵，16kpa，145m3/h；饱和泵、解吸泵、吸收泵：额定参数：扬程4m，流量22l/min；饱和罐：pe，50l温度：pt100传感器流量计：饱和塔液体转子流量计：100～1000l/h；饱和塔空气转子流量计：0.3～3m3/h；解吸塔液体涡轮流量计：200～1000l/h；解吸塔氮气质量流量计：20l/min；吸收塔液体涡轮流量计：200～1000l/h；吸收塔空气质量流量计：300l/min；本实用新型的实验原理：根据传质速率方程，在假定kxa为常数、等温、低吸收率(或低浓、难溶等)条件下推导得出吸收速率方程：ga=kxa·v·δxm则：kxa=ga/(v·δxm)式中：kxa——体积传质系数[kmol/m3·h]ga——填料塔的吸收量[kmol/h]v——填料层的体积[m3]δxm——填料塔的平均推动力1、解吸实验⑴、ga的计算已知可测出：由质量流量计可测得水流量vs[l/h]、空气流量vb[l/min]，x1为饱和塔中饱和水的溶氧值，可查表得，x2可由溶氧仪直接读数计算：x2=do01/mo2/(ρ水/m水)*10-3ls（mol/h）=vs×ρ水/m水（mol/h）因此可计算出ls、gb。又由全塔物料衡算：吸收量=ls(x1-x2)=gb(y1-y2)y1=0则可计算出ga和y2⑵、δxm的计算根据测出的水温可插值求出亨利常数e(atm)，本实验为p=1(atm)则m=e/p2、吸收实验⑴、ga的计算已知可测出：由质量流量计可测得水流量vs[l/h]、空气流量vb[l/min]，x1及x2可由溶氧仪直接读数计算：x1=do02/mo2/(ρ水/m水)*10-3x2=do01/mo2/(ρ水/m水)*10-3ls（mol/h）=vs×ρ水/m水（mol/h）因此可计算出ls、gb。又由全塔物料衡算：吸收量=ls(x1-x2)=gb(y1-y2)y1=0.21则可计算出ga和y2⑵、δxm的计算根据测出的水温可插值求出亨利常数e(atm)，本实验为p=1(atm)则m=e/p附:不同温度下o2—h2o的亨利常数温度（t）510152025303540e(大气压)x10-6/kpa2.953.313.694.064.444.815.145.42本实用新型具有的优点是：本装置具有实验体系安全，安装、操作方便，实现了实验过程连续运行和实验用水的循环使用，通过本装置可以学习吸收与解吸的过程，学会吸收解吸的原理、操作，数据计算，用于教学和吸收项目的实验室小试中具有方便快捷，使用安全的优点。附图说明图1是本实用新型工艺流程结构示意图。1—氮气瓶，2—饱和塔，3—解吸塔，4—吸收塔，5—循环水箱，阀门：va01—饱和塔液体流量调节阀，va02—饱和塔空气流量调节阀，va03—解吸塔液体流量调节阀，va04—解吸塔氮气流量调节阀，va05—吸收塔液体流量调节阀，va06—吸收塔空气流量调节阀，va08—do01保护液阀门，va09—do02保护液阀门，va07、va10、va11、va12—塔体及循环水箱放净阀，ai01—饱和塔塔底采样阀，ai02—解吸塔塔底采样阀，ai03—吸收塔塔底采样阀，温度：ti01—饱和塔塔底液相温度，ti02—空气温度，do01—解吸塔塔底溶液含氧量，do02—吸收塔塔底溶液含氧量，流量计：fi01—饱和塔液体转子流量计，fi02—饱和塔空气转子流量计，fi03—解吸塔液体涡轮流量计，fi04—解吸塔氮气质量流量计，fi05—吸收塔液体涡轮流量计，fi06—吸收塔空气质量流量计，p01—饱和泵，p02—解吸泵，p03—吸收泵，p04—风机，pdi01—压差传感器。具体实施方式实施例一种三塔吸收与解吸实验装置，包括竖直设置的饱和塔2、解吸塔3和吸收塔4，还包括风机p04、n2瓶1和循环水箱5，所述风机p04出风口分两路，其中一路经饱和塔空气转子流量计fi02进入饱和塔2，与饱和塔2塔顶喷淋下来的吸收剂逆流接触吸收，另一路经吸收塔空气质量流量计fi06进入吸收塔4，与吸收塔4塔顶喷淋下来的贫氧水溶液逆流接触进行吸收；所述n2瓶1经减压阀减压，再经解吸塔氮气流量调节阀va04和流量计fi04计量后经由管道进入解吸塔3与塔顶氧饱和水进行逆流解吸；所述循环水箱5出口管道经饱和泵p01和转子流量计fi01计量后送入饱和塔2塔顶作为吸收剂使用，塔底液经解吸泵p02和涡轮流量计fi03进入解吸塔3塔顶，解吸塔3内的解吸液与解吸气体n2接触后流入塔底，经解吸后的溶液由吸收泵p03和涡轮流量计fi05进入吸收塔4塔顶；吸收塔4塔顶溶液和空气逆流吸收后溢流至循环水箱5。进一步的，所述循环水箱5内的液体为去离子水。进一步的，所述饱和塔2、解吸塔3和吸收塔4塔底部均设有溢流管道，溢流管道均与塔底液出口管道相连，且溢流管道均为倒u型管道，溢流管道顶部高出塔底设置，溢流管道出口均与循环水箱4相连通。进一步的，所述饱和塔2解吸塔3和吸收塔4塔底部均设有排空管道，排空管道出口与地沟相连通。进一步的，所述解吸泵p02和吸收泵p03出口均设有取样阀，所述吸收塔底部出液管路上也设有取样阀，分别为饱和塔塔底采样阀ai01、解吸塔塔底采样阀ai02，吸收塔塔底采样阀ai03；所述转子流量计fi01为饱和塔液体转子流量计，其量程为100-1000l/h，所述流量计fi02为饱和塔空气转子流量计，其量程为0.3～3m3/h，所述涡轮流量计fi03为解析塔液体涡轮流量计，其量程为200-1000l/h，所述流量计fi04为解析塔氮气质量流量计，其流量为20l/min，所述涡轮流量计fi05为吸收塔液体涡轮流量计，其量程为为200-1000l/h，所述流量计fi06为吸收塔空气质量流量计，其流量为300l/min，所述吸收塔上还设有测量全塔压降的压差传感器pdi01，饱和塔管道上还设有饱和塔液体流量调节阀va01和饱和塔空气流量调节阀va02，解吸塔管道上设有解吸塔液体流量调节阀va03和解吸塔氮气流量调节阀va04，吸收塔管道上设有吸收塔液体流量调节阀va05和吸收塔空气流量调节阀va06，va08和va09是方便实验装置在短时间不用时do01和do02两个溶氧仪保持湿润状态，三个塔体和循环水箱底部均设有放净阀va07、va10、va11、va12，所述饱和塔还设有饱和塔塔底液相温度ti01测量点和水箱温度ti02测量点，解吸塔设有解吸塔塔底溶液含氧量do01测量点，吸收塔设有吸收塔塔底溶液含氧量do02，含氧量的测量采用溶氧仪测量。一种三塔吸收与解吸实验装置的实验工艺，包括以下步骤：1）在循环水箱中加入去离子水至水箱液位的80%，开启饱和泵，调节转子流量计fi01至600l/h，打开风机调节转速为1000rpm，调节空气流量调节阀至流量计fi02流量为2m3/h，使饱和塔稳定运行10min至循环水箱水为氧饱和水；2）开启解吸泵，打开氮气钢瓶总阀和减压阀，调节氮气流量为7l/min，调节解吸液流量，分别记录解吸液流量为200、280、360、450l/h时解吸塔底液体的溶氧值；3）解吸塔实验结束后（得到完成的四组解吸实验数据），稳定解吸塔液体流量450l/h，氮气流量7l/min，开启吸收泵，调节吸收塔空气流量7l/min，分别记录吸收液流量为200、280、360、450l/h时解吸塔底和吸收塔底溶液含氧量；4）待步骤3）结束后，应先关闭氮气钢瓶总阀，等氮气流量计无流量后，关闭减压阀，关水泵，停风机。进一步的，为节省实验时间，减少氮气使用量，实验步骤2-3用吸收塔和解吸塔同时实验的方法代替，即解吸塔氮气流量7l/min，吸收塔空气流量7l/min，分别记录解吸液体流量为200、280、360、450l/h时和吸收塔液体流量分别为250、330、410l/h时解吸塔底和吸收塔底溶液含氧量。一、本实验装置的流程说明：空气：空气来自风机出口总管，分成两路：一路经流量计fi02进入饱和塔底部，与塔顶喷淋下来的吸收剂逆流接触吸收，吸收后的尾气排入大气；另一路经流量计fi06进入吸收塔底部，与塔顶喷淋下来的贫氧水溶液逆流接触进行吸收，吸收后的尾气排入大气；n2：钢瓶中的n2经减压阀、调节阀va05、流量计fi04，进入解吸塔与塔顶氧饱和水逆流解吸后排入大气；水：吸收用水为水箱中的去离子水，水箱中的水先经饱和泵和转子流量计fi01送入饱和塔顶，去离子水吸收空气中氧气后进入塔底，部分塔底液经解吸泵和涡轮流量计fi03进入解吸塔顶，解吸液和解吸气体接触后流入塔底，经解吸后的溶液一部分由吸收泵和涡轮流量计fi05进入吸收塔，吸收塔塔顶溶液和空气逆流吸收后溢流至循环水箱。二、本装置的设备仪表参数饱和塔：塔内径100mm；填料层高850mm；填料为φ6不锈钢θ环；丝网除沫解吸塔：塔内径78mm；填料层高850mm；填料为φ6不锈钢压延环；丝网除沫吸收塔：塔内径78mm；填料层高850mm；填料为φ6不锈钢鲍尔环；丝网除沫风机：旋涡气泵，16kpa，145m3/h；饱和泵、解吸泵、吸收泵：额定参数：扬程4m，流量22l/min；饱和罐：pe，50l温度：pt100传感器流量计：饱和塔液体转子流量计：100～1000l/h；饱和塔空气转子流量计：0.3～3m3/h；解吸塔液体涡轮流量计：200～1000l/h；解吸塔氮气质量流量计：20l/min；吸收塔液体涡轮流量计：200～1000l/h；吸收塔空气质量流量计：300l/min；三、实验操作步骤1、吸收解吸实验1）水箱中加入去离子水至水箱液位的80%左右，开启饱和泵，调节fi01至600l/h。打开风机调节转速为1000rpm，调节空气流量调节阀至fi02为2m3/h，饱和塔稳定运行一段时间（大概十分钟左右）至循环水箱水为氧饱和水，不同温度下的饱和水中溶解氧浓度可查表得。2）循环水饱和后开启解吸泵，打开氮气钢瓶总阀和减压阀，调节氮气流量为7l/min，调节解吸液流量，分别记录解吸液流量为200、280、360、450l/h时解吸塔底液体的溶氧值。3）解吸塔实验结束后，稳定解吸塔液体流量450l/h，氮气流量7l/min，开启吸收泵，调节吸收塔空气流量7l/min，分别记录吸收液流量为200、280、360、450l/h时解吸塔底和吸收塔底溶液含氧量。4）实验过程中可采用以上2-3实验方法也可采用吸收塔和解吸塔同时实验的方法，即：解吸塔氮气流量7l/min，吸收塔空气流量7l/min，分别记录解吸液体流量为200、280、360、450l/h时和吸收塔液体流量分别为250、330、410l/h时解吸塔底和吸收塔底溶液含氧量。推荐采用步骤4方法进行实验，可节省实验时间，减少氮气使用量。5）实验结束后，应先关闭氮气钢瓶总阀，等氮气流量计无流量后，关闭减压阀，关水泵，停风机。2、流体力学实验1）水箱中加入去离子水至水箱液位的80%左右，开启饱和泵，调节fi01至600l/h，打开风机调节转速为1000rpm，调节空气流量调节阀至fi02为2m3/h。2）开启解吸泵，调节解吸塔液体流量为450l/h。3）调节吸收塔气体流量，测定吸收塔在液体流量为0时干填料的进塔气体流量与全塔压降的关系。4）启动吸收泵，选择合适风量，增大液体进料量对填料塔进行预液泛，保证填料充分润湿。5）保持吸收塔液体流量为100l/h，调节吸收塔进气流量，依次读取吸收塔进气量分别在1m3/h，2m3/h，3m3/h，4m3/h，直至液泛时吸收塔全塔压降。6）按上述步骤5）依次实验记录吸收塔液体流量为200l/h、300l/h时吸收塔进塔气体流量与全塔压降的关系。注意：当吸收塔液体流量增大后，液泛时的气体流量依次减小，及时调节数据间隔。3、设备长时间不用时请关闭阀门va08、va09，保持溶氧仪（do01及do02）始终处于湿润状态，打开塔体和水箱放净阀，排净塔体及水箱里的液体。四、注意事项1、溶氧仪在使用前请检查电级膜头，电极膜头若有气泡，将影响测量值不准确或数值波动。此时应将电源断开，逆时针转动，平稳取下膜头将膜头内的残余电解液倒入废液池，重新加入新的电解液直至液满，然后将膜头顺时针慢慢旋入电极内芯直至有液珠流出。2、电极应定期清洗，若电极膜头有污垢、粘着物或者结垢，应及时清理。3、添加电解液后的膜头禁止长时间放置空气中，建议最长时间不超过30min。4、当电极短时间不用需短期储存时应取出电极，清洗干净并套上含有水的保护套保存；当电极长时间不用需长时间储存时，应排空电解液用30-40℃的水彻底清洗阴阳极和膜头，晾干后套上保护套，室温下放在干燥处储存。5、设备长期不用时，应将设备内水放净。6、严禁学生打开电柜，以免发生触电。五、数据处理1、计算不同条件下解吸塔和吸收塔的液相总体积传质系数；2、在双对数坐标上绘出kxa与液体喷淋密度[kmol/m2·h]之间的关系图线。当前第1页12