氧解析实验北京化工大学Word格式.docx
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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
，即
式中：
相关填料层高度的基本计算式为：
即
式中：
，
其中：
______单位时间内氧的解吸量，kmol/（m2•h）；
Kxa______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。
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Kxa，应增大也想的湍动程度即增大喷淋量。
在y-x图中，解析过程的操作线在平衡线下方，本实验中是一条平行于横坐标的水平线（因氧气在水中浓度很小）。
本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分数而不用摩尔比，这是因为在y-x图中，平衡线为直线，操作线也为直线，计算比较简单。
四、实验装置及流程
下图是氧气吸收解吸装置流程图。
氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀进入氧气缓冲罐，稳压在0.03～0.04Mpa，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀，当缓冲罐在压力达到0.08MPa时，安全阀自动开启。
氧气流量调节阀调节氧气流量，并经转子流量计计量，进入吸收塔中。
自来水经水转子流量计调节流量，由转子流量计计量后进入吸收塔。
在吸收塔内氧气与水并流接触，形成富氧水，富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。
空气由风机供给，经缓冲罐，由空气流量调节阀调节流量经空气转子流量计计量，通入解吸塔底部，在塔内与塔顶喷淋的富氧水进行接触，解吸富氧水，解吸后的尾气由塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐排出。
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。
为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计。
在解吸塔入口设有入口采出阀，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀取样。
两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。
图-3氧气吸收解吸装置流程图
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、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
五、实验内容及步骤
1、流体力学性能测定
（1）测定干填料压降
①塔内填料事先已吹干。
②改变空气流量，测定填料塔压降，测取7组数据。
（2）测定湿填料压降
①固定前先进行预液泛，是填料表面充分润湿。
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6~8组数据。
③实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大，否则图1中的泛点不容易找到。
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，务必等各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升，务必要掌握这个特点。
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。
（3）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。
①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，氧气转子流量计保持0.3L/Min左右。
为防止水倒灌进入氧气转子流量计重，开水前要关闭防倒灌阀，或先通入氧气后通水。
②传质实验操作条件选取：
水喷淋密度取10~15m3/（m2·
h），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。
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，用测氧仪分析其氧的含量。
④实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭氧减压阀及氧气流量调节阀。
检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。
六、实验数据处理
Ⅰ.填料塔流体力学特性
1、空塔时速度和压降的关系曲线
标准状态下：
T1=0℃，
，T2=23℃
表1：
空塔原始数据
组数
V1（m3/h）
空气压强Pa
全塔压降Pa
1
7
1080
40
2
11
1160
50
3
15
1180
70
4
19
1370
120
5
23
1450
200
6
27
1640
240
31
1840
300
以第一组数据为例进行计算：
空气压差：
（绝压）=1080+101325=102125Pa其中使用状态下，空气流量：
处理完后得到下表：
表2：
空塔时u与
的关系
校正流量V2（m3/h）
ΔP/Z
塔截面积m^2
空塔流速u（m/s）
lgu
lgΔP/Z
7.250
53.33
0.00785
0.257
-0.590
1.727
11.372
66.67
0.402
-0.396
1.824
15.529
93.33
0.549
-0.260
1.970
19.651
160.00
0.695
-0.158
2.204
23.779
266.67
0.841
-0.075
2.426
27.889
320.00
0.987
-0.006
2.505
31.990
400.00
1.130
0.054
2.602
2、塔时速度与压降的关系曲线
液体喷淋量为80L/h
表3：
湿塔原始数据
1130
100
9
1170
130
1220
150
13
1330
1430
270
17
1500
1600
320
8
21
1760
460
1920
550
10
25
2100
710
其中使用状态下，空气流量：
处理完后得到一下结果：
表4：
湿塔时u与
校正流量v2
塔截面积m^2
空塔气速u
lgu
7.248
133.33
0.256
-0.592
2.125
9.318
173.33
0.330
-0.482
2.239
11.385
0.403
-0.395
2.301
13.448
0.476
-0.303
15.510
360
-0.261
2.556
17.572
400
0.622
-0.206
19.629
426.67
2.630
21.679
613.33
0.767
-0.115
2.788
23.725
733.33
0.840
-0.076
2.865
25.766
946.67
0.912
-0.040
2.976
将表2和表4的数据用oringin软件绘制双对数坐标图，如下：
图1：
填料层压降—空塔气速双对数坐标图
其中，c点为载点，d点为泛点。
Ⅱ.传质实验
原始数据：
平衡氧浓度Xe=8.89mg/L
表5：
传质实验数据
水流量Q（m3/h））
100
130
进口氧浓度mg/L
27.39
26.28
23.13
出口氧浓度mg/L
9.05
9.16
9.27
以第一组数据为例：
Q=70m3/h条件下：
贫氧水氧气摩尔分数：
富氧水氧气摩尔分数：
平衡水氧气摩尔分数：
液相对数平均浓度差：
解吸液流量：
单位时间内氧的解吸量：
填料层体积：
液相体积总传质系数：
总传质单元高度：
通过以上计算得到一下实验结果：
表6：
传质实验计算结果
条件
物理量
V=70
V-100
V-130
5.091E-06
5.152E-06
5.214E-06
1.541E-05
1.478E-05
1.301E-05
2.173E-06
2.308E-06
2.149E-06
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