氧解吸实验报告材料北京化工大学

1、氧解吸实验化工第套2014-4-01北京化工大学化工原理实验报告实验名称： 班 级： 姓 名： 学 号： 序 号： 同 组 人： 设备型号： 实验日期：、实验摘要本实验测定不同气速下干塔和湿塔的压降， 得到了填料层压降空塔气速关系曲线， 确 定塔的处理能力及找到最佳操作点。 然后用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水， 送入解析塔再 用空气进行解吸，进而可计算出不同气液流量比下液相体积总传质系数Kxa，液相总传质单元高度 HOL, 液相总传质单元数 NOL。关键词：氧气 解吸 液相体积总传质系数 液相总传质单元高度 液相总传质单元数、实验目的1、测量填料塔的流体力学性能；2、测量填料塔的吸收 - 解吸

2、传质性能；3、比较不同填料的差异。三、实验原理1、填料塔流体力学性能图 1、塔压降气速关系为保证填料塔的正常运行，通常需要控制操作气速 处于液泛气速的 0.50.8 倍之间。如图 1，在双对数坐标 系下， 气体自下而上通过干填料层时， 塔压降 P 与空塔 气速 u 复合关系式 P=u1.82.0。当有液体喷下，低气速操 作时， Pu1.82.0，此时的 P 比无液体喷淋时要高。 气 速增加到 d 点，气液两相的流动开始相互影响， P u0.2 以上，此时的操作点成为载液 2 点。气速再增加到 e 点时， 气液两相的交互影响恶性发展，导致塔大量积液且严重 返混， Pu10 以上， 此时的操作点称

3、为液泛点， 对应的 气速就是液泛气速。本实验直接测量填料塔性能参数，确定其液泛气速，u 由孔板流量计测定：还可用公式法、关联图法等确定。全塔压降直接读仪表，空塔气速V 0.61 0.7854 0.0182 （2 P孔板 1000 1.25）0.5 u 2m/ s 。A 0.7854 0.122、填料塔传质性能考察氧解吸过程的液相体积传质系数Kxa。以氧气为溶质，解吸塔空气、水的摩尔流率不变，水温恒定。根据低含量气体吸收解吸全塔传质速率方程可知：H HO; NOLLx2 dxKxa x1 x xe氧气在水中的平衡含量 xe 与在空气中的分压 po2服从亨利定律：Po2 E xe ，或 xepo2

4、EE亨利系数， kPa；t 水温度，； PO2吸收时取 103kPa，解吸时取 20.9kPa。解吸过 程的平衡线和操作线都是直线，传质单元数可用对数平均推动力法计算：x2 dx x2 x1x2 x2,ew2 w2,e ；NOLln ln ；x1 x xexmx1 x1,ew1 w1,e0.0555 V水0.7854 0.12H 填料高度， 0.75m；L水摩尔流率， kmol .m-2.h-1；V 水水流量， L/h；Kxa液相体 积传质系数， kmol .m-3.h-1；w2富氧水质量浓度， mg/L ； w 1贫氧水质量浓度， mg/L; w2，e、 w1，e富氧水、贫氧水平衡含氧量，查

5、表或实验测定，mg/L。根据以上各式，测量出水温度 t、水流量 V 水、氧浓度 w1、 w2，即可算出填料塔传质系 数 K xa。四、实验流程和设备1、氧气钢瓶 2 、氧减压阀 3 、氧压力表 4 、氧缓冲罐 5 、氧压力 表 6 、安全阀 7 、氧气流量调节阀 8 、氧转子流量计 9、吸收塔 10 、水 流量调节阀 11 、水转子流量计 12 、富氧水取样阀 13 、风机 14 、空 气缓冲罐 15 、温度计 16 、空气流量调节阀 17 、空气转子流量计 18 、 解吸塔 19 、液位平衡罐 20 、贫氧水取样阀 21 、温度计 22 、压差计 23 、 流量计前表压计 24 、防水倒灌阀

6、吸收塔：塔径 32mm，填料高度 0.5m ，调料类型是 6 不锈钢环；解吸塔：塔径 0.1m 填料高度 0.75m，4 种填料分别是陶瓷拉西环、不锈钢环、塑料星型 环、不锈钢波纹丝网规整填料；溶氧仪： 050.00mg/L （质量浓度） ，还能测量样品温度，；填料参数表：五、实验操作1、关闭阀门启动风机，从小到大改变气量，记录数据完成干填料实验；2、启动水泵，增大水流量至液泛，即刻关空气阀门；3、固定水流量，从小到大改变气量，每个点稳定后记录数据；4、塔开始液泛时，记录最后一组数据，粗略确定泛点，完成湿填料实验；5、调节气量到当前值的一半，稳定2min ，塔釜取样测量 we；6、检查氧气罐压

7、力约为 0.05MPa ，打开防水倒灌阀和流量调节阀通氧气；7、载点附近完成解吸操作，每个点稳定3min，顶、釜同时取样（ 2 次）测量氧浓度；8、实验结束后，关闭防水倒灌阀门、总水阀、溶氧仪等。注意事项：1、 每次取样品约 400ml ，转速一样，溶氧仪稳定后读数；2、 探头竖直放置，每次的位置最好一样，不能碰到转子；3、排队测量富氧水浓度时，最好盖住上口，数值大于20mg/L ；4、测量后的废水倒入循环水罐。六、实验数据表格及计算举例表 1.干填料实验数据表干填料数据：水流量 L=0L/h 填料高度 h=0.75m 塔径 d=0.1m序号孔板压 降 P/kPa全塔压 降 P/kPa空气流量

8、V/m3.h-1空塔气 速u/m. s-1单位填 料高压 降 kPa.m-110.760.033.00.690.04021.270.1813.10.890.24031.820.4823.81.070.64042.420.8532.01.231.53.141.2437.91.401.65363.331.3341.01.441.773计算举例：（以第一组数据为例）空塔气速： u VA2 0.50.61 0.7854 0.0182 (2P孔板 1000 1.25)0.50.7854 0.120.61 0.7854 0.0182 (2 0.76 1000 1.25)0.5207854 0.1210.6

9、9m s单位填料高压降P全塔H0.030.040kPa m0.75表 2.湿填料实验数据表湿塔填料数据： L=100 L/h h=0.75m d=0.1m序号孔板压降 P/kPa全塔压降 P/kPa空气流量V/m3.h-1空塔气速u/m.s-1单位填料 高压降 kPa.m-110.200.033.00.350.04020.390.033.00.490.04030.600.033.00.610.04040.810.043.00.710.50.970.033.00.780.04061.220.159.00.870.20071.370.2512.50.930.33381.540.5715.50.98

10、0.76091.930.5718.91.100.760102.010.7321.51.120.973112.280.9424.11.191.253122.571.1826.51.271.573133.031.5929.51.382.120143.541.6031.41.492.计算举例：（以第一组数据为例）空塔气速： u VA0.61 0.7854 0.0182 (2 P孔板 1000 1.25)0.50.7854 0.122 0.50.61 0.7854 0.0182 (2 0.20 1000 1.25)0.5207854 0.120.35m s 1单位填料高压降P全塔H0.030.040k

11、Pa m-10.75表 3.解吸传质实验数据解吸传质实验： h=0.75m d=0.1m t 水= w 平衡 =11.13mg/L序号氧气流 量 V氧/L . min-1水流 量 V水 /L .h-1空气 流量 V空 /m3.h-1全塔压降 P/kPa富氧水 浓度 w1/mg.L-1平均富 氧水浓 度 w1/mg. L-1贫氧水 浓度 w2/mg. L-1平均贫 氧水浓 度 w2/mg. L-1平均 水温 t/ 体积传质系数Kxa/kmol .m-3h-1HOL/mNOL10.410015.00.5625.6025.65511.1511.19012.55172.00.1375.48925.71

12、11.2320.615015.00.4125.3525.73011.4111.45513.85377.50.3.80526.1111.50计算举例：（以第一组数据为例）平均富氧水浓度：w2225.60 25.7125.655mg / L2平均贫氧水浓度：211.15 11.23211 .190 mg / L传质单元数：N OLw2 we25.655 11.13ln( 11.190 11.13)5.489传质单元高度： HOL NHOL 50.4.7859 0.137mKx aL0.0555 V水xHOL0.7854 0.12 H OL体积传质系数：0.0555 1005172.0kmol /(

13、m3 h)0.7854 0.12 0.137七、实验结果作图及分析结果分析：从图中可以看出，本次试验做的并不成功，干填料曲线与湿填料曲线几乎重合。造成本次试验误差的主要原因可能是读数带来的误差以及试验装置本身的误差。八、思考题1、吸收填料塔的传质单元高度 HOL、 HOG和精馏填料塔的等板高度 HETP有什么区别？答：吸收填料塔：塔高度 =传质单元高度×传质单元数精馏填料塔：塔高度 =等板高度×塔板数两者相类似，但对于吸收塔而言，传质单元高度和传质单元数是没有什么实际的物理意 义，只能通过公式进行计算，但对于精馏塔而言，等板高度HETP（即分离效果相当于一块理论版的填料高度

14、） 是真实存在的， 但不能用什么理论公式来进行计算， 一般它的确定都是 工程经验，对于不同型号的塔板，它都有自己约定俗称的等板高度。2、根据埃克特泛点关联图，估计实验中的液泛气速和压降是多少？答： 液泛气速为 1.27 ，压降为 1.5733、用 w代替 x 计算所得的NOL误差为多少？（分别用摩尔分率和质量分率算，看差多少）答： （以第一组数据计算为例）x nO2w 10-3 32n水水 18富氧水：25.655 10-3 32 5 x21.443 10 52 1000 18贫氧水：11.190 10-3 32 6x16.294 1011000 186平衡：xe11.13 10-3 3210

15、00 186.261 10用 w 计算：NOL ln w2 weOL w1 weln 25.655 11.1311.190 11.135.49用 x 计算：NOL ln x2 x2,ex1 x1,eln 1.443 10 56 6.261 1066 5.516.294 10 6 6.261 10 6两个 NOL 近似相等。4、本实验的最小液气比（答： （表 3 以第一组数据为例）G/L） min 和最小空气用量 Gmin 是多少？实际（G/L）是多少？x2E(8.5694 10 5t20.07714t2.56) 106( 8.5694 10 512.52P101.325mO210 325.65

16、5 310 3MO232mO210 3 V水10-3100010325.6553 1 10-3 100010 3103MO2M水3218mO210 311.190 10 3MO232 100.07714 12.5m101.3251.443x16.29411.1901033218M水10 31 10-3 1000V水 10-3 1000mO23O2 10 3 MO210 510 6( 8.569410 5t20.077142.56)1068.569410 5 12.520.077112.5y1eEP x13.51106101.3251.443100.500x2ePPO2E3.5120.91065.95410y2mx2e346415.95410 6