A42 氧吸收与解吸说明书.docx
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A42氧吸收与解吸说明书
氧吸收与解吸实验装置说明书
天津大学化工基础实验中心
2013.03
一、实验设备功能和特点：
本实验装置主要用于实验教学和科研。
通过该实验，可以了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析可加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，测定压降与气速的关系曲线，加深对填料塔传质性能理论的理解，练习并掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法并分析影响因素；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。
整套设备实验现象准确，数据稳定可靠，并且体积小重量轻，使用方便。
二、实验装置简介：
1.实验设备主要技术参数：
填料塔：
吸收塔--玻璃管内径D＝0.040m，
内装φ6×10mm不锈钢拉西环；填料层高度Z＝0.86m；
解吸塔--玻璃管内径D＝0.1m，
内装φ10×10mm陶瓷拉西环；填料层高度Z=0.70m；
流量测量仪表：
O2转子流量计：
型号LZB-4；流量范围0.025～0.25m3／h；精度2.5％；
空气转子流量计：
型号LZB-40；流量范围4～40m3／h；精度2.5％；
空气孔板流量计：
水转子流量计：
型号LZB-15；流量范围16～160L／h；精度2.5％；
浓度测量：
YSI550A型溶氧仪；
温度测量：
PT100铂电阻。
风机：
XGB-12型旋涡气泵；
氧气钢瓶1个、减压阀1个（用户自备）。
2.实验装置流程图：
氧气吸收与解吸实验装置流程图见图-1
氧气吸收与解吸实验仪表面板图见图-2
图-1氧气吸收与解吸实验装置流程图
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-放水阀；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-放水阀；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-回水箱阀；20-贫氧水取样阀；
21-放水阀；22-风机；23-水泵；24-压差计；25-旁路调节阀；26-放水阀；27-水箱
图-2实验仪表面板图
3.实验流程简介：
氧气由氧气钢瓶1供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4，稳压在0.03～0.04[Mpa]，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。
水泵23从水箱27抽水经调节阀10，由转子流量计11计量后进入吸收塔。
含富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。
空气由风机22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，贫氧水从塔底经放水阀21排出。
为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计24。
在解吸塔入口设有入口采出阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底采出阀20取样。
两水样液相氧浓度由YSI550A型溶氧仪测得。
三、实验方法及步骤：
1.测量解吸塔干填料层（△P／Z）～u关系曲线：
保证塔内填料事先已吹干。
先全开空气旁路调节阀25，启动风机。
通过旁通阀25和空气流量计控制阀16，调节进塔的空气流量。
空气流量从小到大。
稳定后读取填料层压降△P，测取6~8组数据。
然后在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，以单位高度的压降△P／Z为纵坐标，标绘出干填料层（△P／Z）～u关系曲线。
2.测量解吸塔在一定喷淋量下填料层（△P／Z）～u关系曲线：
（1）先进行预液泛，使填料表面充分润湿。
（2）固定水在某一喷淋量下（80、100、120），打开回水箱阀19，关闭流出阀门21。
按上述步骤改变空气流量，测定填料塔压降，测取8~10组数据。
然后在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，以单位高度的压降△P／Z为纵坐标，标绘出干填料层（△P／Z）～u关系曲线。
（3）改变水喷淋量，再做两组数据，并比较。
注意：
实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大，否则泛点不容易找到。
密切观察表面气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数。
3．传质实验
（1）熟悉实验流程及弄清溶氧仪的结构、原理、使用方法及注意事项。
（2）水喷淋密度取10-15m3/（m2•h），将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，氧气转子流量计保持0.05m3/h左右。
为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，要先通入氧气后通水。
启动离心泵，调节水流量至100L/h，打开出水阀门21，关闭回水箱阀门19。
当富氧水从解析塔顶流下时，打开风机调节流量至10m3/h。
（3）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。
（4）用溶氧仪分析其氧的含量。
同时记录对应的水温。
（5）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。
四、实验注意事项：
1.启动风机前必须确保风机有一路阀门开启，避免风机在出口阀门全部关闭后启动烧坏。
2.做氧气吸收和解吸时要注意先通氧气后通水，避免水倒回进入缓冲罐内。
五、附实验数据计算举例：
1填料塔流体力学特性
（1）填料塔流体力学性能测定（以解吸塔干填料实验数据为例进行计算）
转子流量计读数：
8m3/h；填料层压降0.1KPa=10.2mmH2O
空塔气速：
（m/s）
单位填料层压降：
（mmH2O/m）
在对数坐标纸上以空塔气速
为横坐标，
为纵坐标作图，标绘
～
关系曲线，见图-4。
2、传质实验
（1）本实验是对富氧水进行解吸，如图3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
图-3富氧水解吸实验
即：
式中：
相关填料层高度的基本计算式为
即：
其中：
式中：
____单位时间内氧的解吸量，kmol/（m2•h）；
—液相体积总传质系数，kmol/（m3•h）；
Vp—填料层体积，m3；
—液相对数平均浓度差；
—液相进塔时的摩尔分数（塔顶）；
—与出塔气相y1平衡的摩尔分数（塔顶）；
—液相出塔的摩尔分数（塔底）；
—与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）；
Z—填料层高度，m；
Ω—塔截面积，m2；
L—解吸液流量，kmol/（m2•h）；
—以液相为推动力的总传质单元高度，m；
—以液相为推动力的总传质单元数；
（2）传质实验以计算Kxa、HOL为例
取第一组实验数据进行计算
空气转子流量计读数15.0m3／h；气相温度21.0℃；液相温度17.5℃；
O2的体积流量0.10m3／h；水转子流量计读数L=100.0l／h；
大气压力P大气=101kPa；塔压降ΔP=0.55KPa；
富氧水含氧量C1=36.8mg/l；贫氧水含氧量C2=12mg/l
根据实验原理中列举的各数据关系式及以下公式计算填料层体积：
=0.86×3.14×0.1×0.1/4=6.751×10-3m3
P=P大气+
ΔP=101+0.55/2=101.275Kpa
Ω=3.14×0.1×0.1/4=0.00785m2
E=（-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56）×106
由温度计测得液相温度17.5℃E=（-8.5694×10-5×17.52+0.07714×17.5+2.56）×106=3903360kPa
m=E/P=3903360/101.275kPa=38350.92
Xe1=Xe2=y/my=0.21（y=y1=y2）Xe1=Xe2=0.21/38350.92=5.48×10-6
L=L×10-3×ρt/（M水）=100×10-3×1000/18=5.56kmol/h
2.07×10-5
6.75×10-6
=
=5.623×10-6
GA=L（x1-x2）=5.56×（2.07×10-5-6.75×10-6）=7.75×10-5kmol/（m2*h）
=2041.5kmol/m3h
HOL=
=
=0.3467m
表一、干填料时△P/z～u关系测定
（L=0填料层高度Z=0.86m塔径D=0.1m）
序号
填料层
压强降
Kpa
填料层
压强降
mmH2O
单位高度填料层压强降
mmH2O/m
空气转子流量计读数m3/h
空塔气速u
m/s
1
0.1
10.2
11.9
8
0.28
2
0.2
20.5
23.8
11
0.39
3
0.3
30.7
35.7
15
0.53
4
0.4
40.9
47.6
17
0.60
5
0.5
51.2
59.5
20
0.71
6
0.6
61.4
71.4
22
0.78
7
0.7
71.6
83.3
26
0.92
8
0.8
81.9
95.2
28
0.99
9
0.9
92.1
107.1
30
1.06
10
1.0
102.4
119.0
31
1.10
11
1.1
112.6
130.9
32
1.13
12
1.2
122.8
142.8
34
1.20
表二、湿填料时△P/z～u关系测定
L=100（l/h）填料层高度Z=0.86m塔径D=0.1m
序
号
填料层压强降Kpa
填料层压强降mmH2O
单位高度填料层压强降mmH2O/m
空气转子流量计读数m3/h
空塔气速u
m/s
操作现象
1
0.1
10.2
11.9
5.00
0.18
流动正常
2
0.2
20.5
23.8
7.00
0.25
流动正常
3
0.5
51.2
59.5
11.00
0.39
流动正常
4
0.6
61.4
71.4
12.00
0.42
流动正常
5
0.7
71.6
83.3
14.00
0.50
流动正常
6
0.9
92.1
107.1
15.00
0.53
流动正常
7
1.0
102.3
119.0
16.00
0.57
流动正常
8
1.2
122.8
142.8
17.00
0.60
流动正常
9
1.4
143.3
166.6
18.00
0.64
积 水
10
2.3
235.3
273.7
19.00
0.67
液泛
11
2.5
255.8
297.5
20.00
0.71
液泛
图-4
～
关系曲线
表三填料解吸塔传质实验数据表
1
塔类型
解吸塔
2
填料种类
拉西环
3
填料尺寸（mm）
10x10
4
Z填料层高度（m）
0.86
5
空气转子流量计读数（m3／h）
15
6
气相温度（℃）
21
7
液相温度（℃）
17.5
8
O2的体积流量（m3／h）
0.1
9
水转子流量计读数L（l/h）
100
10
填料塔压降ΔP（Kpa）
0.55
11
水流量（l/h）
100
12
富氧水含氧量C1（mg/l）
36.8
13
贫氧水含氧量C2（mg/l）
12
14
x1液相进塔的摩尔分率（塔顶）
2.07×10-6
15
x2液相出塔的摩尔分率（塔底）
6.75×10-6
16
Y1进塔气相浓度
0.21
17
Y2出塔气相浓度
0.21
18
亨利常数E106（（KPa）
3.9
19
相平衡常数m
0.03835×10-5
20
xe1与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率（塔顶）
5.48×10-6
21
xe2与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率（塔底
5.48×10-6
22
填料层体积Vp
0.006751
23
S塔截面积
0.00785
24
L解吸液流量Kmol/h
5.55556
25
（x1-xe1）-（x2-xe2）
0.1395×10-4
26
对数平均浓度差ΔXm
0.05623×10-4
27
总体积传质系数Kxa（Kmol/m3*h）
2041.529
28
以液相为推动力的传质传质单元高度HOL
0.3467
附录：
1、氧气不同温度下的亨利系数E可用下式求取：
[Kpa]
2、不同温度氧在水中的浓度：
温度℃
浓度ppm
温度℃
浓度ppm
温度℃
浓度ppm
0.00
14.6400
12.00
10.9305
24.00
8.6583
1.00
14.2453
13.00
10.7027
25.00
8.5109
2.00
13.8687
14.00
10.4838
26.00
8.3693
3.00
13.5094
15.00
10.2713
27.00
8.2335
4.00
13.1668
16.00
10.0699
28.00
8.1034
5.00
12.8399
17.00
9.8733
29.00
7.9790
6.00
12.5280
18.00
9.6827
30.00
7.8602
7.00
12.2305
19.00
9.4917
31.00
7.7470
8.00
11.9465
20.00
9.3160
32.00
7.6394
9.00
11.6752
21.00
9.1357
33.00
7.5373
10.00
11.4160
22.00
8.9707
34.00
7.4406
11.00
11.1680
23.00
8.8116
35.00
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