填料吸收传质系数的测定.docx
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填料吸收传质系数的测定
填料吸收传质系数的测定
序号：
40
化工原理实验报告
实验名称：
填料吸收传质系数的测定
学院：
化学工程学院
专业：
化学工程与工艺
图二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
一、实验步骤
1、实验流程
图二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。
2、操作要点
（1）、流体力学性能测定
①、测定干填料降压时，塔内填料务必实现吹干
②、测定湿填料压降
A、测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿
B、实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减少，否者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，液泛后填料层降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。
稍微增加气量，再取一。
二个点即可。
注意不是要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。
③、注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞玻璃管。
（2）、传质实验
①、氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.03~0.04[MPa]，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24，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19.9ppm。
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，用测氧仪分析各自氧的含量。
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2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。
二、原始实验数据（附页）
三、数据处理
1、流体力学性能测定
表一测定干填料压降数据记录
空气流速（
）
8
12
15
18
20
22
24
28
吸收塔压降（Pa）
20
30
50
80
100
130
150
190
空气缓冲罐压降（Pa）
1160
1280
1380
1540
1660
1800
1860
2260
空气缓冲罐温度（℃）
22
26
30
33.5
36
38
39
40
表二测定湿填料压降数据记录
空气流速（
）
8
12
15
18
20
22
24
28
吸收塔压降（Pa）
50
90
130
170
210
230
270
440
空气缓冲罐压降（Pa）
1170
1300
1440
1610
1760
1950
2080
2470
空气缓冲罐温度（℃）
42.5
43
43.5
44
44.5
45
46
46.5
根据上表所得的数据得：
图三填料层压降—空塔气速关系图
2、实验数据处理
公式：
①使用状态下的空气流量V2
V2=V1*P1*T2/（P2*T1）
V1—空气转子流量计示值〔m3/h〕
T1、P1—标定状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕
T2、P2—使用状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕
②V2=1/4×π×ｄ２×ud=0.1m
③Δp=ρgΔh
④T1=22℃，p1=101.3KPa，T2=40℃，p2=Δp
传质实验：
水流量L/L.h-1
富氧水x1/ppm
贫氧水含量x2/ppm
200
19
10
可求得：
x1=（19÷1000÷32）/（19÷1000÷32+1000÷18）=1.069×10-5
x2=（10÷1000÷32）/（10÷1000÷32+1000÷18）=5.62×10-6
1、单位时间氧解吸量GA
L=200L/h=200×1000÷18×（1-1.061×10-5）=11.11Kmol/h
GA=L（x1-x2）=11.11×（1.069×10-5-5.62×10-6）=5.633×10-5Kmol/h
2、对数平均浓度差ΔXm=[（x1-xe1）-（x2-xe2）]/ln[（x1-xe1）/（x2-xe2）]
氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取：
E=〔-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56〕×106
=〔-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56〕×106
=1.781×107KPa
P=大气压+1/2（填料层压差）=101.3+1/2×0.118=101.359KPa
m=E/P=1.781×107/101.359=1.757×105
进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1
y1=y2=0.21
xe1=y1/m=xe2=y2/m=0.21/1.757×105=1.195×10-6
前面已求得：
x1=1.069×10-5
x2=5.620×10-6
因此，代入各数据可得：
ΔXm=3.87×10-6
3、液相总体积传质系数
Kxa=GA/（Vp×ΔXm）=GA/（1/4×π×ｄ2×H×ΔXm）
=5.633×10-5/（0.25×3.14×0.12×0.8×3.87×10-6）=2317.76Kmol/（m3·h）
4、液相总传质单元高度
HLo=
=11.11/（2317.76×0.25×3.14×0.12）=0.67m
四、结果分析与讨论
1.由图可知，我们的实验比较不成功，在测定干填料压降时得到的数据比较大，实验仪器和操作比较粗糙，但趋势是正确的，在测定湿填料压降时，由于控制空气流速的间隙太小，使实验的图像趋势不明显。
2.从实验仪器可以大致知道液相总传质单元高度大约在1米左右，与实验计算结果相差较大。
3.欲提高传质系数,可通过增加液体的流速，以加强液相的湍流程度来提高传质系数。
4.水喷淋密度取10~15（m3/m2.h），空塔气速则维持在0.5~0.8（m/s），氧气流0.01~0.02（m3/s）。
5.直径一定的塔，可供气、液两相自由流动的截面是有限的。
二者之一的流量若增大到某个限度，降液管内的液体便不能顺畅地流下；当管内的液体满到上层板的溢流堰顶时，便要漫到上层板，产生不正常积液，最后可导致两层板之间被泡沫液充满。
这种现象，称为液泛，亦称淹塔。
由定义可知，液泛即从塔底开始，由下至上。
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