氧吸收与解吸试验.docx

1、氧吸收与解吸试验氧吸收与解吸实验实验日期：2011/4/8姓名：*学号:*同组人：*实验装置：1号 陶瓷拉西环摘要:填料塔是化工过程重要的单元，本实验在室温、常压下，通过 分别测定干、湿填料层压降与空塔气速的数据， 并作图分析得到两种 情况下塔压降与空塔气速关系，从而熟悉填料塔的构造与操作、确定 填料塔流体力学特性，进而得知填料塔的处理能力及性能高低。同时, 本实验通过对富氧水进行解吸，测定了解吸液相体积的总传质系数 Ka,进而确定液相总传质单元高度 Hol。一、 实验名称：氧吸收与解吸实验二、 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.

2、掌握总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素；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:本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后 （并流操作，该步实验中省略），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 V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。 本实验手工采集数据，具有可操作性。1.填料塔流体力学特性：图1-1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一斜率

3、为1.8 - 2的直线（图中aa线）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降也正比于气速的 1.82次幕，但大于同一气 速下干填料的压降（图中be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ed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、传质单兀法和等板高度法。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

4、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：Kxa =Ga. VpXmln & 一 Xe1X2 _ Xe2其中 Ax _ (Xi Xei) (X2 Xe2)Ga = L & -X2相关的填料层高度的基本计算式为:Hol 二 Z/Nol茫王= HolNlKxa 一 x2 xe -x其中NolX1 dx _ Xj - x2X2XeX XmH OLLKxa式中:ga单位时间内氧的解吸量Kmol/hKxa 总体积传质系数Kmol/m3? h? xt/X-*Xi yiVP 填料层体积m Xm液相对数平均浓度差X1 液相进塔时的摩尔分率（塔顶）

5、xei 与出塔气相y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mQ 塔截面积mL 解吸液流量Kmol/hHdl以液相为推动力的传质单元高度Ndl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,由于属液膜控制过程，所以要提高总 传质系数Kca,应增大液相的湍动程度。在yx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yx图中，平衡线为直

6、线，操作线也是直线，计算比较 简单。四、 实验装置与流程：实验装置：1号 陶瓷拉西环1.基本数据：解吸塔径=o.im,吸收塔径=0.032m,填料层高度0.8m 填料参数：瓷拉西环(12X 12 X 1.3 ) mm at=403nn/m3 =0.764m5/m3 at/ & =903nr/m32.流程：图2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0.030.04Mpa,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

7、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。图-2氧气吸收解吸装置流程图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

8、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& 氧转子流量计16 、空气流量调节阀24、防水倒灌|阀五、操作要点：1、流体力学性能测定(1)测定干填料压降塔内填料务必事先吹干。a.塔内填料务必事先吹干。b.改变空气流量，测定填料塔压降，测取 68组数据。(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.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810组数据。c.实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减小，否则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

9、意 填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数据，液 泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握 这个特点。稍稍增加气量，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)注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。2、传质实验(1)氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持 0.030.04Mpa,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1015m3/m2? h，空塔气速0.50.8m/s 氧气入塔流量为0.010.02m3/h，适当

10、调节氧气流量，使 吸收后的富氧水浓度控制在w 19.9mg川。(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。(测氧仪的使用见附录)(4)实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才 能关闭减压阀2及调节阀&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1.流体力学性能实验(1)原始数据干填料流体力学数据空气流量温度计前表压P/Pa塔压降 P/Pa/(m3/h)/ CP1P2P1P21015-1909701502501316-22010001002601617-29010601002801918-3601140403

11、302219-4401220-403902520-5201300-1204702823-6001380-2205603128-7501500-2806303430-6001400-4107403731-8501600-5208404032-10501820-650950湿填料流体力学数据水流量/(L/h)60空气流量V/(m3/h)温度T/C计前表压P/Pa塔压降 P/PaP1P2P1P2833-1509001002701033-2601030703001233-2801050403301432-3501100103601632-4001160-404001832-4701240-120470

12、2033-6301400-2706102233-7701540-4207502434-10901850-72010202635-15802350-135015202836-19002670-162019703036-22002970-19002070(2)数据处理a.干塔数据处理表序 号空气 压力p2/Pap2/Pat2/ C全塔压 降厶P/Pa校正流量V2(MA3/h)全塔压降 p/Z(Pa/m)lg P/Zu m/hlgu11160102485288.151009.858125.0 :2.0971255.807P 3.09921220102545289.1516012.834200.02.

13、3011634.9013.21331350102675290.1518015.813225.02.3522014.3863.30441500102825291.1529018.796362.52.5592394.4533.37951660102985292.1543021.785537.52.7302775.1243.44361820103145293.1559024.778737.52.8683156.4913.49971980103305296.1578027.872975.02.9893550.5613.55082250103575301.1591031.0771137.53.05639

14、58.8533.59892000103325303.15115034.2391437.53.1584361.6293.640102450103775304.15136037.2401700.03.2304743.9813.676112870104195305.15160040.2452000.03.3015126.6893.710b.湿塔数据处理表序 号空气 压力p2/Pap2/Pat2/ C全塔 压降 P/Pa校正流量V2(MA3/h)全塔压降厶 p/Z(Pa/m)lg P/Zu m/hlgu11050102375306.151708.133212.52.3271036.1053.01521

15、290102615306.1523010.155287.52.4591293.6163.11231330102655306.1529012.183362.52.5591 1552.0373.19141450102775305.1535014.183437.52.6411806.6943.25751560102885305.1544016.200550.02.7402063.6893.31561710103035305.1559018.212737.52.8682319.9603.36572030103355306.1588020.2371100.03.0412577.9543.41182310

16、103635306.15117022.2311462.53.1652831.9153.45292940104265307.15174024.2182175.03.3373085.0413.489103930105255308.15287026.1553587.53.5553331.7833.523114570105895309.15359028.1274487.53.6523583.0153.554125170106495309.15397029.0494962.53.6963700.5113.568取干填料第一组数据进行计算:指示流量Vi=10m/h，则校正流量 p/z =100/0.8 =

17、125( pa/m)双对数坐标系下作图课可得:填料层压降与空塔气速关系图+干塔压降系列2系列3系列4线性（干塔压降）线性（系列2）线性（系列3）线性（系列4）2.000 2.500 3.000 3.500 4.000Igu2、传质实验原始数据序号水流量L/(L/h)富氧水浓度c1/（mg/L）温度t1/ C贫氧水浓 度 c2/（mg/L）温度C150 27.0212.8 112.8 :142 :5026.7512.711.0713.5数据处理过程:巳=(-8.5694 10 t12 0.07714t1 2.56) 106 = 3529604kpaE2 =(-8.5694 10珥22 0.077

18、14t2 2.56) 106 -3604473kpa p =3.97kpa1p =po _ p =101.325 3.97/2 =103.31kpa 2352叫 34165p 103.31360447334890103.31x1 -32x2 =C2 18 10 =6.71 10Ga =L(X1 X2)=2.78 (1.51 10 -6.71 10) =2.34 10(Kmol/h)Vp31%314 0.12 0.8=0.00628m34 4Kxa A 6 = 1149.4Km ol/m3 h2.78VpA xm 0.00628 汉 3.2 汉10Hol L 0.308mKxaQ 1149.4

19、7.00785七、结果讨论及误差分析(1)填料塔流体力学特性a.从图上可以看出，随着气速的增大，单位高度的塔中的压降变化 都随着气速的增大而变大；其中空塔的变化规律近似为一条斜率不 变的直线而在湿塔中，在某一气速范围内，其变化规律也成线性增 大变化，但随着气速的增大，变化斜率越来越大。在同一气速下， 湿塔的压降大于干塔的压降，而且在气速较低的时候，两者变化速 率相差不大，当气速进一步增大时，湿塔的变化明显比干塔快了很 多。b.由于有液体的缘故，使得阻力增大，从而造成湿塔压降比干塔压 降大，在气速很小时，湿塔和干塔的变化速率相同，因为气体很少 时，在一定范围内二者互不干扰彼此流动，因而在湿塔中的

20、气速较 小段，会呈现与干塔时候相同的变化速率，当气速进一步增大的时 候，气液相互干扰加强，气体对液体的流动有了一定的阻碍作用从 而是的变化速率加快，当进一步增大气速时，发生汽泛现象，使得 液体不能流下，从而使得阻力显著提高，从而使得单位高度的压降 明显的上升。c.由2可以推测，如果增大流体流量，其单位高度的压降也会上升。 气速很小时，气液接触较少，不利于传质的进行，从经济的方面考虑，在工业上应该避免此种情况的发生，当发生液泛时，压降对 气体的波动很敏感，不易控制，很容易发生安全事故，因而在实际 生产中，在第二段（载点与泛点之间）的范围内是比较合理的。（2）传质实验：a.液相总传质单元高度其值的

21、大小反应了设备效能的好坏，增大液 相总传质系数下降，有利于提高填料塔的传质性能。由于氧气是难溶 气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中， 即Kxkx，由于属于液膜控制过程，所以要提高液相总传质系数Kxa， 应增大液相的湍动程度，即增大喷淋量。b.实验在测取氧气含量时，数据浮动很大，难以确定，而且温度的 控制也不是很好，而亨利系数主要的影响因素是温度，因而，温度 的不稳定对实验有很大的影响。八、思考题1阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。答：气体通过干填料时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压 降规律一致，单位压降与空塔气速的关系为一条直线。当有喷淋量时，在双对数坐标中，

22、湿塔的曲线适中在干塔曲线的上 方，即，湿塔的压降始终比相同气速下的干塔压降大，低气速下， Pu为一条直线，此直线的斜率约等于气体通过干填料的斜率， 且稍大于相同气速下的干填料的压降；随气速的增加，出现载点， 持液量开始增大，曲线变陡，但是随着气速增大斜率近似稳定，到 液泛点后，压降随着气速增大急剧上升，压降与气速仍为线性关系。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：对于易溶气体而言，其主要的阻力来自溶质从气相到气液界面 扩散的阻力，从气液界面到溶液的过程所受到的阻力相对来说很 小，所以在吸收过程显示为气膜控制过程；而对于难溶气体，吸收 时受到的主要阻力是在气液界面到液相的过程中产生， 而在气相到 气液界面的阻力相对来说很小，所以其吸收的过程显示为液膜控制 过程。