氧解析实验报告.docx

1、氧解析实验报告氧解析实验报告课程名称： 化工原理实验 学 校： 北京化工大学 学 院： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化 工 1012 班 学 号： 2010016068 姓 名： 王敬尧 实验日期： 2013年05月29日 同组人员：一、实验摘要本实验利用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水，送入解析塔顶再用空气进行解析，测定不同液量和气量下的解析液相体积总传质系数，并进行关联，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。二、实验目的及任务1、熟悉填料塔的构造与操作。2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。3、掌握液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响

2、因素。4、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、基本原理1、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。（1）在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得斜率为1.82的直线（图中Aa直线）。（2）当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的1.82次方，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。（3）随气速的增加，出现载点（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）。（4）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

3、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，即相关填料层高度的基本计算式为：即GA单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2h)；Kxa液相体积总传质系数，kmol/(m3h)；Vp填料层体积，m3；xm液相对数平均浓度差；x2液相进塔时的摩尔分数（塔顶）；xe2与出塔气

4、相y1平衡的摩尔分数（塔顶）；x1液相出塔的摩尔分数（塔底）；xe1与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）；Z填料层高度，m；塔截面积，m2；L解吸液流量，kmol/(m2h)；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。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

5、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、实验装置及流程氧气吸收解吸装置流程：（1）氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀进入氧气缓冲罐，稳压在0.030.04Mpa，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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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

6、，解吸富氧水，解吸后的尾气由塔顶排出，“贫氧水”从塔底通过平衡罐排出。（6）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。（7）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

7、子流量计18、解吸塔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 塔内填料事先已吹干。 改变空气流量，测定填料塔压降，测取10组数据。（2）测定湿填料压降 固定前先进行预液泛，是填料表面充分润湿。 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68组数据。实验接近液泛时，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，务必等到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。稍增加气量，再取一两个点，

8、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。2、传质实验将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.040.05Mpa，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。传质实验操作条件选取：水喷淋密度取1015m3/(m2h)，空塔的气速0.50.8m/s，氧气入塔流量为0.010.02m3/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。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。 实

9、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、实验数据处理计算并确定干填料及一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速u下，与其相应的单位填料高度压降p/Z的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点与载点。表1：干塔数据：水流量L=0 L/h 填料高度h=0.75m 塔径d=0.1m转子流量计：空气，T=20，P=101.325KPa序号空气流量V1（m3/h）空气温度T2（K）空气表压P(kPa)全塔压降P（kPa）P/Z（Pa/m）实际空气流量V2(m3/h)空气流速u(m/s)15301.152.330.

10、27360.00 5.02 0.18 29301.152.440.29386.67 9.03 0.32 312301.052.560.32426.67 12.02 0.43 415.9300.852.720.37493.33 15.89 0.56 517.9300.552.940.4533.33 17.83 0.63 621299.853.150.53706.67 20.83 0.74 723.9299.253.450.63840.00 23.59 0.83 827298.953.760.751000.00 26.55 0.94 930298.154.150.861146.67 29.31 1

11、.04 1033.4277.154.650.961280.00 30.19 1.07 表2：湿塔数据：L=60250 L/h，h=0.75m，d=0.1m转子流量计：空气，T=20，P=101,325KPa；水流量80L/h。序号空气流量V1(m3/h)气温度T2(K)空气表压P(kPa)全塔压降P（kPa）P/Z（Pa/m）实际空气流量V2(m3/h)空气流速u(m/s)15301.852.390.13173.33 5.03 0.18 27301.852.550.15200.00 7.03 0.25 39301.852.730.19253.33 9.02 0.32 411301.852.93

12、0.27360.00 11.01 0.39 513302.953.20.4533.33 13.02 0.46 615303.353.560.56746.67 14.99 0.53 717303.954.060.781040.00 16.95 0.60 818305.354.551.021360.00 17.94 0.63 919305.855.251.321760.00 18.85 0.67 1020306.255.731.572093.33 19.78 0.70 1121306.855.951.712280.00 20.76 0.73 （1）下以干塔数据中第一组为例，说明计算过程：单位塔高压

13、降确定：流量校正：流速确定：湿塔的计算过程与干塔一致，不再赘述。（2）计算实验条件下（一定喷淋量、一定空塔气速）的液相体积总传质系数Kxa及液相总传质单元数HOL。表3：氧解吸操作数据：h=0.75m，d=0.1m w平衡=11.03mg/L （y1=y2=0.21，P=101.3KPa）序号氧流量（L/min）L(L/h)G(m3/h)贫氧水氧含量c1（mg/L）富氧水氧含量c2（mg/L）含氧水温度T2()10.380189.0422.3722.459.0722.8322.50序号系统总压P(Pa)相平衡常数m平衡molxe1 (xe2)对数平均xm水流量L(mol/h)气体流率GA(mo

14、l/h)传质系数Kxa(kmol/m3h)HOL（m）1101.341936501*10-61.65*10-64438.50.03333960.168101.3419725.00*10-61.78*10-54438.50.034635580.159以第一组数据为实例，10时的密度：998.67kg/m3。塔温：系统总压确定：亨利系数确定：亨利系数:平衡浓度：塔顶（底）摩尔分率计算：平均推动力：液体流率：气体流率：填料塔体积：传质系数的确定：传质单元高度：七、实验结果作图及分析1、流体力学性能测定图5图4 图6载点与泛点的位置： 如图6所示水流量为80L/h时载点为(0.32,253.33)泛点

15、为(0.60,1040)2、传质实验：液相体积总传质系数Kxa和液相总传质单元高度HOL计算结果如下：L(L/h)G(m3/h)Kxa(kmol/m3h)HOL(m)8018801835580.159表4：Kxa、HOL八、结果讨论及误差分析1、流体力学性能测定（1）对于干塔压降和气速关系图，压降对气速作图应得斜率为1.82的直线。而此次试验所得结果，拟合所得的曲线R=0.8274,直线的斜率也仅为0.7351，与理论相差很大。实验过程中数据记录较为准确，应当不是读数问题，可能是转子流量计所测得的流量偏大所致，而且本人在实验过程中主要负责记录转子流量计示数，在每提高一个流速时，尚未等转子达到平

16、衡即读数，往往转子还会往往下降一段距离才会达到平衡，由此造成了一定的误差，使算的斜率偏小。另一方面，若仔细观察干塔气速曲线，可以看出在气速为0.63时，出现一个拐点，斜率陡增。联想湿塔压降气速关系，推测在做实验前，塔并未被吹干，有一定的液膜，操作一段时间后，液膜消失，使斜率发生了变化。从而导致干塔压降和气速线性相关性很差。（2）对于湿塔压降和气速关系曲线，可以清楚地看出载点和泛点，但是同时发现本次试验中在载点前干塔居然比湿塔的压降更大，且斜率更陡。查看实验操作记录，在进行湿塔测试前，进行了液泛操作，故排除了操作问题的可能性。由于喷淋液相，故湿塔达平衡较干塔用更长的时间，当实验操作时，可能是因为

17、在记录湿塔数据时，每调整到一新的流速，未等达到平衡状态即开始记录数据，从而使测得的塔压降偏小，甚至小于干塔数据。2、传质实验由数据可以看出，同样条件下，不同时间下所测得的Ka不同，主要是由于流体流动使温度升高，使亨利系数发生了变化所致。九、思考题1、阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征答：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，压降对气速作图可得斜率为1.82的直线。当有喷淋量时，在低气速下压降正比于气速的1.82次方，但大于相同气速下干填料的压降。随气速的增加，出现载点，持液量开始增大，“压降气速”线向上弯，斜率变陡。到液泛点后，在几乎不变的气

18、速下，压降急剧上升。2、比较液泛时单位填料高度压降和图中液泛压降值是否相符，一般乱堆填料液泛时单位填料高度压降为多少？答：可以看出，两者都是随着气速的增大而增大，变化趋势是相符的。 另一方面，可以看出当单位填料高度压降为1040.00Pa后，塔压降和气速变化图出现了斜率陡增的情况，故可认为此压降为液泛处。3、试计算实验条件下填料塔实际气液比V/L是最小气液比（V/L）min的多少倍？答：，实际气液比：，故: 4、工业上，吸收在低温、加压下进行，而解吸在高温、常压下进行，为什么？答：在低温高压下气体易溶，易被吸收，因而吸收常在低温、加压下进行。而在高温、低压下气体的溶解性小，对解吸有利，因而解吸

19、在高温、常压下进行。5、为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程，难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程？答：对于易溶气体，气体很容易被液体溶解，故液膜的阻力较小，传质阻力主要集中在气模上。相反，难溶气体液膜阻力较大，而气膜阻力相对较小，故属于气膜控制。6、填料塔结构有什么特点？填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。7、若要实现计算机在线采集和控制，应如何选用测试传感器及仪表？答：应当主要考虑实时在线测控的问题。由于化工设备对温度压力十分敏感，若压力陡增而仪表反应较慢，则会导致调节不及时发生事故。另外，在不要求很高灵敏度的情况下，可是适当选取低造价的以减少投资成本。完成日期：2013/5/30评语：成绩：