化工原理氧解吸实验报告

北京化工大学学生实验报告院（部）：化学与化学工程姓名：张道兴学号：专业：化学工程与工艺班级：化工0808同组人员：余斌、张文芋课程名称：化工原理实验实验名称：氧解析实验实验日期：2011.3.21批阅日期：成绩：教师签名：实验名称：氧解析实验报告摘要：本实验首先利用气体分别通过干填料层、湿填料层，测流体流动引起的填料层压降与空塔气速的关系，利用双对数坐标画出关系。其次做传质实验求取传质单元高度，利用)AX(x)AX(x-x)-(x-X)——2e21■(x—x)-.ln[2e2—](x-X)1elGA=L（x-x）求出一、实验目的及任务：1）熟悉填料塔的构造与操作。2）观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。3）掌握液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。4）学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。二、基本原理：本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后，送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需要测定不同液量和气量下的解吸液相体积总传质系数Ka，并进行关联，得到Ka=ALaVb关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。'1、填料塔流体力学特性气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。填料层压降一空塔气速关系示意图如下，在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.8〜2的直线（图中aa’）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的1.8〜2次幂，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速的增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大，压降一气速线向上弯，斜率变陡（图中cd段）。到液泛点（图中d点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。△gbalgu填料层压降一空塔气速示意△gbalgu填料层压降一空塔气速示意c2、传质实验在填料塔中，两相传质主要在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务所需的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。本实验是对富氧水进行解吸，如图下所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两相平衡关系服从亨利定律，及平衡线位置线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方程为

1GA=KaVp»m即Ka=Ga/(VpAxm)其中AX=(X2-X/T气一七2)m(X-X)ln[——2e2-](X-X)

1el1GA=L(x-x)Vp=ZQ相关填料层高度的基本计算式为Z=L「4=h・NKa•QX2x-xOLOL即H=Z/NOLOL其中N亶X14=二，h°l=一OLX2x-xAxolK^aQ式中GA——单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2・h)Ka液相体积总传质系数，kmol/(m3・h)Vp——填料层体积，m3△xm——液相对数平均浓度差x——液相进塔时的摩尔分数（塔顶）2x2——与出塔气相y平衡的摩尔分数（塔顶）；-一液相出塔的摩尔分数（塔底）x：——与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）Z填料层高度，mQ——塔截面积，m2L——解吸液流量，kmol/（m2・h）Hol——以液相为推动力的总传质单元高度，mnol——以液相为推动力的总传质单元数由于氧气为难容气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高液相体积总传质系数Ka，应增大液相的湍动程度即增大喷淋量。^三、装置和流程图：实验仪器：吸收塔及解吸塔设备、9070型测氧仪基本数据解析塔径①=0.1m，吸收塔径①=0.032m，填料高度0.8m（陶瓷拉西环、星形填料和金属波纹丝网填料）和0.83m（金属0环）。填料数据如下：

星形填料（塑料）属波纹丝网填料陶瓷拉西环星形填料（塑料）属波纹丝网填料(12X12X(10X10XCY型((15X8.5X1.3)mm0.1)mmat=700m-i0.3)mma=403m2/m3a=540m-i£=0.85m3/m3a=850m2/m3s=0.764m3/m3s=0.97m3/m3a/s=903m2/m3实验流程图：下图是氧气吸收解吸装置流程图。氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4,稳压在0.03〜0.04[Mpa],为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6,由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9中，与水并流吸收。含富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机13供给，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔底部解吸富氧水，解吸后的尾气从塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱。由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量计前装有计前表压计23。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计22。在解吸塔入口设有入口采出阀12,用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀20取样。两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。排入地沟氧气吸收与解吸实验流程图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、防水倒灌阀四、实验步骤：排入地沟1流体力学性能测定测定干填料压降1事先吹干塔内填料。2待填料塔内填料吹干以后，改变空气流量，测定填料塔压降，测取6〜8组数据。测定湿填料压降1测定前进行预液泛，使填料表面充分润湿。2固定水在某一喷淋量下，改变空气流量，测定填料塔压降，测取8~10组数据。3实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大。小心增加气体流量，使液泛现象平稳变化。调好流量后，等各参数稳定后再取数据。着重注意液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升的这一特点。注意气量不要过大，以免冲破和冲泡填料。注意空气流量的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。2、传质实验a、将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.04〜0.05MPa，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌，或先通入氧气后通水。b、传质实验操作条件选取：水喷淋密度取10〜15m3/(m2h)，空塔气速0.5〜0.8m/s氧气入塔流量为0.01〜0.02m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在不大于19.9mg/l。c、塔顶和塔底液相氧浓度测定：分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，注意在每次更换流量的第一次所取样品要倒掉，第二次以后所取的样品方能进行氧含量的测定，并且富氧水与贫氧水同时进行取样。d、用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水，取分析仪数据由增大到减小时的转折点为数据值；对于贫氧水，取分析仪数据由变小到增大时的转折点为数据值。同时记录对应的水温。e、实验完毕，关闭氧气减压阀，再关闭氧气流量调节阀，关闭其他阀门。检查无误以后离开。

五、实验数据及处理：1.填料塔压降与空塔气速关系图填料塔压降与空塔气速数据表（干塔）原始数据：T=14oC,d=0.1m,h=0.8序号空气流量（m3/h）空气压力左（Pa）空气压力右（Pa）填料塔压降左（Pa）填料塔压降右（Pa）110-220510470580215-230520430620320-350600370670423-280560300730526-330600250780630-460730180840处理数据:序号校正空气流量流速（m/s）单位高度压差（Pa/m）logulog(AP/z)（m3/h）19.7250.086137.500-1.0662.138214.5850.129237.500-0.8902.376319.4090.172375.000-0.7652.574422.3440.198537.500-0.7042.730525.2360.223662.500-0.6512.821629.0450.257825.000-0.5902.916填料塔压降与空塔气速数据表（湿塔）原始数据T=16oC，d=0.1m，h=0.8序号空气流量（m3/h）空气压力左（Pa）空气压力右（Pa）填料塔压降左（Pa）填料塔压降右（Pa）15-290570470570210-270570410620314-250560350700418-390670340770520-450710220840624-59084060960726-690940201040828-8401060-1201130930-10101230-25012501032-13001500-4701470

处理数据:序号校正空气流量(m&h)流速(m/s)单位高度压差(Pa/m)logulog(AP/z)14.8900.043125.000-1.3642.19429.7820.086262.500-1.0632.516313.6990.121437.500-0.9172.738417.5710.155537.500-0.8092.827519.5040.172775.000-0.7632.986623.3430.2061125.000-0.6853.148725.2390.2231275.000-0.6513.202827.1090.2401562.500-0.6203.291928.9500.2561875.000-0.5923.3701030.7140.2722425.000-0.5663.482由以上两组数据在双对数坐标下作图有：■■1XLrULF-ULFLr，♦■n►■■*■:■.y.♦■itinnnn.■■lUU.UULr0.1■l-■：L.000些料塔流体力学「I顷图;rLii<m/s)2，、一.严m_.L经取对数进行拟合后有:2.6003.^002.6003.^003.2DOS.0002,SOO2.6002^002.2002.000■i计算实例(以干塔第一组数据为例):PT流量校正：匕=匕pt21_10v(273.15+14)x101.3x103=X293.15x(510-(-220)+101.3x103)9.725(m3/h)_V_流速确定：u=~r=A3600x兀x(0.1/2)29.725=0.344(m/s)单位塔高压降确定：乂=竺目=137.5(P./m)z0.8湿塔数据处理与干塔相同。2.传质系数与传质单元高度求取原始数据：传质实验原始数据表T=18oC，d=0.1m，h=0.8，氧气流量Q=0.3l/m3组空气流量空气压力空气压力填料塔压填料塔压降氧气浓度氧气浓度富氧水富氧水别（m3/h）左（Pa）右（Pa）降左（Pa）右（Pa）顶（mg/L）底（mg/L）温度（。C）温度（。C）120100-51077019027.4313.2510.59.9120100-50076018028.1412.84109.7225100-5808309026.8513.279.99.5225100-5808309026.5113.2310.29.6320125-55078015026.3813.4109.7320125-55078015026.3413.429.89.5处理数据：传质实验数据处理表T=18oC，d=0.1m，h=0.8，氧气流量Q=0.3l/m3组别校正空气平均温亨利液体流量气体流量亨利流量度常数（mol/h）（mol/h）常数（m3/h）（oC）Em119.61610.20033379125548.1670.04432540119.6209.85033115155548.1670.04832546224.4899.70033001955548.1670.04232498224.4899.90033152875548.1670.04132498319.6069.85033115156935.2080.05132524319.6069.65032964216935.2080.05032524传质实验数据处理表（续）T=18oC,d=0.1m,h=0.8,氧气流量Q=0.3l/m3组别平衡组成xe1⑵（X106）塔顶组成x1（X105）塔底组成x2（X106）平均推动力Dxm（X106）系统总压P总（Kpa）传质系数Kxa（mol/h）传质单元高度HoL（m）6.453671.544977.463003.65105101.62519316050.36616.452421.584967.232073.46180101.64021981130.32116.461851.51237.474263.56333101.74518954140.37326.461851.493157.451733.48437101.74518955440.37326.456821.485837.547483.58088101.65522534870.39236.456821.483587.558753.58710101.65522391820.39436.453671.544977.463003.65105101.62519316050.366计算实例（以第一组第一次测量数据为例）:流量校正：与干塔处理相同。18oC时的密度：998.67kg/m3d=99±105=i02c22塔温：T平均亨利系数确定:E=计算实例（以第一组第一次测量数据为例）:流量校正：与干塔处理相同。18oC时的密度：998.67kg/m3d=99±105=i02c22塔温：T平均亨利系数确定:E=（—8.6594x105xT2+0.07714xT+2.56）x106=3337912系统总压确定:P总=P大气+0.5xAP塔=1.013x103+0.5x（840-190）=10L625kPa亨利系数：m=■、3337912=32540101.625平衡浓度：x1e1=xe2尸—-021=6.45367x10-632540塔顶（底）摩尔分率计算：c（mg/L）103xMQc（mg/L）1xp103xM2Mhq27.43103x32=154479x10—527.431x998.67.+103x3218同理：x=7.46801x10-5底平均推动力:AX=（x1-xe1）—（x2—气2）=―X顶—*底=3.65015x10-6m（X一X）（X一X）ln[―1]ln[—顶4]（X一X）（X一X）液体流率:L\（L/h）xp=MH2100x998.6718=5548.167mo//s气体流率：G=L（x页一x）=0.044mol/s填料塔体积：V=hx兀xr2=0.8x兀x0.052=6.28x10~3,G0.044传质系数的确定：3=ET=6.28x10-3x3.69586x10-6=1931