实验的一氧解析汇报汇报

实验一氧解吸实验课程名称：化工原理实验（下） 实验日期： 班级： 化工 班姓名：陈双全同组人：李泽州、杨政鸿学号：一、摘要本实验首先通过分别测量干填料塔和湿填料塔的不同气速下的压降数据，验证了填料塔的流体力学特征，得出了填料层压降与空塔气速的关系。用吸收塔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，得出液量和气量对总传质系数的影响趋势，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。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。关键词：氧解吸吸收塔解吸塔液相体积总传质系数。二、目的及任务熟悉填料塔的构造与操作。观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。掌握液相体积总传质系数Ka的测定方法并分析影响因素。X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。三、实验原理本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Ka，得出液量和气量X对总传质系数的影响趋势，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。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—空塔气速关系示意如图1所示，在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为〜的直线（图中aa'）。当有喷淋量时，在低气速下（点以前）压降正比于气速的1.〜82次幂，但大于相同气速下干填料的压降（图中段）。随气速的增加，出现载点（图中点），持液量开始增大，压降一气速线向上弯，斜率变陡（图中c段）。到液泛点（图中点）后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。2.传质实验填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。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2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，即平衡线为直线，操作线也为直线，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本实验是对富氧水进行解吸，如图2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，即平衡线为直线，操作线也为直线，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—aV€x即 =/V€式中，€ — —G=L（x一x„V=Z…A21P相关填料层高度的基本计算式为式中，xdxN 式中，xdxN =Jxi_OLxx一x2ex一x12€xmHOL式中G单位时间内氧的解吸量，kmol/（m2・h）；AKxa 液相体积总传质系数，kmol/（m3・h）；v'——填料层体积，m3；p△x——液相对数平均浓度差；mx2—液相进塔时的摩尔分数（塔顶）；xe2——与出塔气相y]平衡的摩尔分数（塔顶）；X] 液相出塔的摩尔分数（塔底）；X,——与进塔气相丫]平衡的摩尔分数（塔底）；e] ]Z 填料层高度，m；0 塔截面积，m2；L 解吸液流量，kmol/（m2・h）；Hol——以液相为推动力的总传质单元高度，m；nol——以液相为推动力的总传质单元数；转自流量计的校正和质量体积浓度与摩尔分数的转换1）转自流量计的校正：转子流量计的读数是在一定温度（）、压力（）下标定的，当使用环境改变时需要进行校正，公式为：||pp-P

\€(-P由于被测流体为空气，空气密度比转子密度小很多，则上式可简化为：■P在使用状态下，空气可做理想气体处理：P=则上式可进一步简化为:式中：p、、分别为为标定状况被测流体密度、温度、压强，p为转子密度，P、T为使用条件下被测流体密度、温度、压强，为使用条件下的空气体积流量，为转自流量计的示数。双组分体系的质量密度与摩尔分数的转换双组分体系的质量密度与摩尔分数的转换公式：当体系中组分的量远比组分小时，即P〈P、PPP~P，上式可简化为式中：P为体系密度，P、P分别为组分、组分组分密度，、分别为组分1组分相对摩尔分子质量。四、装置和流程设备参数：基本数据：塔径①0.10m，填料层高0.8m（金属波纹丝网）；实验流程图：下图3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进入氧气缓冲罐稳压在0.04〜 为确保安全，缓冲罐上装有安全阀，由阀调节氧气流量，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1，4由阀1，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，由转子流量计计量后进入吸收柱。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2。3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2、取样。

两水样液相氧浓度由907型0测氧仪测得。图3氧气吸收与解吸实验流程图1、氧气钢瓶9、吸收塔17、空气转子流量计2、氧减压阀10、水流量调节阀18、解吸塔3、氧压力表11、水转子流量计19、液位平衡罐4、氧缓冲罐12、富氧水取样阀20、贫氧水取样阀5、氧压力表13、风机21、温度计6、安全阀14、空气缓冲罐22、压差计7、氧气流量调节阀15、温度计23、流量计前表压计8、氧转子流量计16、空气流量调节阀24、防水倒灌阀五、实验操作流体力学性能测定（1测）定干填料压降塔内填料事先已吹干。分别检查空气流量调节阀门、水阀门、氧气阀门，然后启动风机。打开空气阀门，调节开度使空气流量 ，读取空气温度、压力、流量以及全塔压降,最终数据。调节空气流量读取组数据，变化范围是： 。测定湿填料压降固定前先进行预液泛分钟，使填料表面充分润湿。固定水流量为 ，调节空气流量从 直到液泛，读取数据组，并记录。。注意：实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减小，否则图中泛点不容易找到。密切观察填料表面气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变，气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍稍增加气量，再取一、两个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。传质实验氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持〜 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阀2，4或先通入氧气后通水。传质实验操作条件选取使气体流量 ，适当调节氧气流量保持 左右,使吸收后的富氧水浓度控制在W 。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，用测氧仪分析各自氧的含量，测量两次，取平均值。用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水，取分析仪显示读数变化出现拐点时为数据结果。实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀,然后才能关闭减压阀及调节阀8检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。、'八■r*注意事项：试验完成后，防止水从吸收柱返流入氧气转子流量计，务必关闭以上两者间的缓冲罐阀门；实验中空气流量、水流量、氧气流量都是由转子流量计计量的，读数时以转子流量计最大界面处对应的刻度为准；转子流量计刻度是与一定条件(T、p)下的流量相对应，当使用条件与标定刻度的条件不同时需要校正；在传质实验的过程中必须保证氧流量不变。六、 实验数据处理1.流体力学性能测定：表 干塔流体力学测定实验原始数据记录表 塔高 塔径序号空气流量V/(m3/h)空气t/°C表压p'/Pa压降△/Pa左右左右19.8121790-1240172143215.1131840-1280187124320.2141380-1910207120425.0151980-124023280530.0161460-206025347635.0171525-21202828表2干塔流体力学测定实验数据处理表序号绝压△空气流速校正后空速△1104.33290.3470.33736.32104.42630.5340.52078.83104.59870.7140.696108.84104.521520.8840.863190.05104.822061.0611.036257.56104.952741.2381.210342.5以第二组数据为例，计算过程如下：空气绝压：p=p'+101.3=(1840+1280)/1000+101.3=104.42kPa填料塔压降：Ap=187-124=63PaX空气流速： = € €, X转子流量计标定状态下的温度和压强：t0=20°C,p0=101.3kPa校正后的空流：_二丫+单位填料层压降：表 湿塔流体力学测定实验原始数据记录表 水流量序号空气流量V/(m3/h)空气t/C表压p'/Pa压降△pPa左右左右16.8201240-180018214529.7201260-1810195130313.0201290-1850212105416.1201340-192025262518.9201340-191026838621.0201380-198028931722.8211440-202029710825.1221460-2060311-22929.2221570-2200405-1101035.0241730-2370510-1701139.1241910-2620610-340表4湿塔流体力学测定实验数据处理表序号绝压△空气流速校正后空速△1104.34370.2410.23746.32104.37650.3430.33881.33104.441070.4600.453133.84104.561900.5690.560237.55104.552300.6680.658287.56104.662580.7430.731322.57104.762870.8060.794358.88104.823330.8880.876416.39105.075151.0331.017643.810105.406801.2381.222850.011105.839501.3831.3621187.5以第二组数据为例，计算过程如下：

空气绝压p=p'+101.3=(1260+1810)/1000+101.3=104.37kPa填料塔压降△p=195-130=65Pa空气流速:转子流量计标定状态下的温度和压强：t0=2O°C,p0=101.3kPa校正后的空流：—+■XX+V+7X+单位填料层压降：„p/——2.传质实验：表5吸收传质实验原始数据记录表吸收塔氧流量=0.4m3/h序号Vm3/h空气t/C空气压强Pa压降p'/Pa水流量L'(L/h)塔顶p2/(mg/L)塔底p11/(mg/L)2左右左右12118231840-12503025510023.6323.211.7111.61218231940-13704027013021.4622.5811.7411.81323232030-1450-1029010023.1023.1311.6511.60表6吸收传质实验数据处理记录表序p1p2x1X2Xe1=Xe2xmP，L,G*105AKaxHol号(mg/L)(mg/L)*106*105*106*106kPakmol/hkmol/hkmol/(m3h)m111.6623.426.5751.3204.9684.056101.415.543.6714400.490211.7822.026.6401.2424.9693.865101.427.204.1617120.536311.6323.126.5551.3034.9683.985101.455.543.5914340.492以第2组数据为例，计算过程如下：塔底含氧量：p]=(11.74+11.81)/2=11.78mg/L;塔顶含氧量：p2=(21.46+22.58)/2=22.02mg/L;取水p水=1000kg/m3,M水=18kg/kmol,氧气M2=32kg/kmol；则水中氧的摩尔分数：塔底:塔底: € X-X X塔顶：X塔顶：X取空气中氧的摩尔分数y1=y2=0.21,解析塔体系内绝压p=p0+(270-40)/2/1000=101.3+0.16=101.42kPa氧气-水体系亨利系数：E=(-8.5694*10-5*232+0.07712*23+2.56)*106=4.2889*106kPa相平衡常数m=E/p=4.2889*106/101.42=4.2288.5*104

液相平衡摩尔分数沁对数平均浓度差：„ , =3.8692X10-6水的摩尔量流量：L=L'p/M1=13O/1OOO*1OOO/18=7.2Okmol/h水1单位时间氧的解吸量：GA=L(x2-xJ=7.20*(1.320*10-5-6.575*10-5)=4.16*10-5A 2 1液相总传质系数：Ka=GA/(V△)xApm=4*4.16*10-5/(n*0.12*0.8*3.8692*10-6)=1712kmol/(h*m3)总传质单元的高度：Hol=L/(KxaQ)=7.20*4/(1712*n*0.12)=0.536m七、实验结果作图及分析：1.流体力学性能测定00200JJ00

d—取用表2干塔流体力学测定实验数据处理表、表4湿塔流体力学测定实验数据处理表中解析塔单位高度压降Ap/Z与气速口,作厶00200JJ00

d—结果分析：20 • 1 120 • 1 1 ■ I I I | IIII0.211.5表4解吸塔流体力学;测定图一条直线斜率为为1.753，与公认值相符。序号1序号1231001814400.4901301817120.5361002314340.492在空速较小的范围内，双对数坐标图中，湿填料的压降随空气流速变化曲线为一条直线斜率为1.800，中间有两个折点，并且随着持液量增加曲线的斜率变大，过泛点以后压降迅速增加。湿塔压降比干塔压降要大。2.传质实验：不同填料、空气流量、水流量的液相体积总传质系数Kxa和液相总传质单元高度HOLxOL数据记录和计算结果如表5、表6所列。结果分析：表7整装填料的液相总传质系数和总传质单元高度(本组数据)L(L/h) G(m3/h) Ky/(kmol/(m3h)) H”(m)表8拉西环填料的液相总传质系数和总传质单元高度序号L(L/h)G(m3/h)Ka/(kmol/(m3h))HOL(m)17012247.442.00325512186.032.0953708217.272.281表9星形填料液相总传质系数和总传质单元高度序号L(L/h)G(m3/h)Ka/(kmol/(m3h))Hor(m)19017.52.16E+030.30211017.52.36E+030.333110152.27E+030.34表100环填料液相总传质系数和总传质单元高度序号L(L/h)G(m3/h)Ka/(kmol/(m3h))Hor(m)18020928.30.608210020987.70.71438030937.70.602对比可知表中增大空气流量对总传质系数无明显影响，增大水流量总传质系数显著变大，可见此装置实验传质阻力主要在液相。由于空气中氧气浓度很大，富氧水解吸出来的氧对进、出塔空气氧气浓度几乎没有影响，y]=y2，所以增大空气流量对总传质系数影响很小(本实验增大空气流量，总传质系数稍微变小，是由于实验误差所致)。本组实验采用整装填料，单位高度填料压降低。由各组数据对比可知：不计气相液相的流量，星形填料总传质单元系数最大，整装填料次之，拉西环最差。整装填料的总传质单元高度最小，0环次之，星形填料总传质单元高度最大，性能最差。误差分析：本实验增大空气流量，总传质系数稍微变小，是由于实验误差所致。理论上增大空气流量，平均传质浓差变大，传质推动力变大，总传质系数会变大。由于空气中氧气浓度很大，富氧水解吸出来的氧量很少，进、出塔空气含氧量几乎没有变化，y]=y2。实验环境不稳定及误差，导致本次实验增大空气流量，总传质系数稍微变小。系统误差是不可避免的，读取数据时的随意性也可导致误差，在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差等等。