氧吸收与解吸说明书.docx
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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
一、实验目的：
1.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。
2.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。
3.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。
二、实验原理：
本装置先用吸收塔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Kxa，并进行关联，得到Kxa=ALa·Vb的关联式，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：
图-1填料层压降–空塔气速关系示意图
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。
在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得直线（图中aa线）。
当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降也正比于气速，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。
随气速的增加，出现截点（图中c点），持液量开始增大，压降-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。
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，两相传质主要是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填料高度，其计算方法有：
传质系数法、传质单元法和等板高度法。
本实验是对富氧水进行解吸。
由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，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式为：
其中
相关的填料层高度的基本计算式为：
即
其中
，
式中：
GA—单位时间内氧的解吸量[Kmol/h]
Kxa—总体积传质系数[Kmol/m3•h•Δx]
VP—填料层体积[m3]
Δxm—液相对数平均浓度差
x1—液相进塔时的摩尔分率（塔顶）图-2解吸塔气相液相传递图
xe1—与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率（塔顶）
x2—液相出塔的摩尔分率（塔底）
xe2—与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率（塔底）
Z—填料层高度[m]
Ω—塔截面积[m2]
L—解吸液流量[Kmol/h]
HOL—以液相为推动力的传质单元高度
NOL—以液相为推动力的传质单元数
由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx,由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。
在y—x图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中还是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。
本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分率而不用摩尔比，这是因为在y—x图中，平衡线为直线，操作线也是直线，计算比较简单。
二、实验装置简介：
1.实验设备主要技术参数：
（1）填料塔：
吸收塔--玻璃管内径D＝0.030m，
内装φ6×10mm陶瓷拉西环；填料层高度Z＝1.0m；
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=0.8m；
（2）流量测量仪表：
O2转子流量计：
型号LZB-3；流量范围100～1000L／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％；
水转子流量计：
型号LZB-15；流量范围16～160L／h；精度2.5％；
（3）浓度测量：
YSI550A型溶氧仪（用户自备）；
（4）温度测量：
PT100铂电阻；
（5）风机：
XGB-12型旋涡气泵；
（6）氧气钢瓶1个、减压阀1个（用户自备）。
2.实验装置流程图及面板示意图：
氧气吸收与解吸实验装置流程图见图-3
氧气吸收与解吸实验仪表面板图见图-4
图1氧吸收与解吸实验流程示意图
1-吸收塔；2-氧气缓冲罐；3-水箱；4-离心泵；5-吸收塔；6-玻璃管压差计；
7-空气缓冲罐；8-漩涡气泵
F1、F3、F4-转子流量计；F2-涡轮流量计；T-温度计；
V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13-阀门。
图-4实验装置仪表面板图
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：
首先全开空气旁路调节阀，然后启动风机。
通过旁路调节阀和空气流量计调节阀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（100、120、160），关闭离心泵出口阀，启动离心泵，调节进水流量到指定流量，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），将氧气瓶打开，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，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。
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。
表1干填料时△P/z～u关系测定
（L=0填料层高度Z=0.8m塔径D=0.1m）
序
号
填料层
压强降
kPa
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
2
3
4
5
6
表2湿填料时△P/z～u关系测定
L=100（l/h）填料层高度Z=0.8m塔径D=0.1m
序
号
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
2
3
4
5
6
图-5
～
关系曲线
表3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）
0.8
5
空气转子流量计读数（m3／h）
6
气相温度（℃）
7
液相温度（℃）
8
O2的体积流量（m3／h）
9
水转子流量计读数L（l/h）
10
填料塔压降ΔP（Kpa）
11
水流量（l/h）
12
富氧水含氧量C1（mg/l）
13
贫氧水含氧量C2（mg/l）
14
x1液相进塔的摩尔分率（塔顶）
15
x2液相出塔的摩尔分率（塔底）
16
Y1进塔气相浓度
17
Y2出塔气相浓度
18
亨利常数E106（（KPa）
19
相平衡常数m
20
xe1与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率（塔顶）
21
xe2与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率（塔底
22
填料层体积Vp
23
S塔截面积
24
L解吸液流量Kmol/h
25
（x1-xe1）-（x2-xe2）
26
对数平均浓度差ΔXm
27
总体积传质系数Kxa（Kmol/m3*h）
28
以液相为推动力的传质传质单元高度HOL
附录：
氧气不同温度下的亨利系数E可用下式求取：
[Kpa]
表4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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