化工原理吸收試驗報告

1、、實驗?zāi)康? .了解填料塔的一般結(jié)構(gòu)及吸收操作的流程.2 .觀察填料塔流體力學(xué)狀況,測定壓降與氣速的關(guān)系曲線.3 .掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測定方法并分析其影響因素.4 .學(xué)習(xí)氣液連續(xù)接觸式填料塔,利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問題的方法.二、實驗原理本實驗先用吸收柱將水吸收純氧形成富氧水后并流操作,送入解吸塔再用空氣進(jìn)行解吸,實驗需測定不同液量和氣量下的解吸總傳質(zhì)系數(shù)Kxa,并進(jìn)行關(guān)聯(lián),得Kxa=AL aVb的關(guān)聯(lián)式.同時對不同填料的傳質(zhì)效果及流體力學(xué)性能進(jìn)行比較.1.填料塔流體力學(xué)特性氣體通過干填料層時,流體流動引起的壓降和湍流流動引起的壓降規(guī)律相 一致.在雙對數(shù)坐標(biāo)系中 P/Z對G,作圖得到一條

2、斜率為1.82的直線圖1 中的aa線.而有噴淋量時,在低氣速時c點(diǎn)以前壓降也比例于氣速的1.8 2次幕,但大于同一氣速下干填料的壓降圖中 bc段.隨氣速增加,出現(xiàn)載點(diǎn) 圖中c點(diǎn),持液量開始增大.圖中不難看出載點(diǎn)的位置不是十清楚確,說明 汽液兩相流動的相互影響開始出現(xiàn).壓降氣速線向上彎曲,斜率變徒圖中cd段.當(dāng)氣體增至液泛點(diǎn)圖中d點(diǎn),實驗中可以目測出后在幾乎不變的氣 速下,壓降急劇上升.L=02.傳質(zhì)實驗L1 E填料塔與板式塔氣液兩相接觸情況不同/在填料塔中,兩相傳質(zhì)主要是在填料有效濕外表上進(jìn)行.需要完成吸收任務(wù)所需填料高度,具計算方法有：傳質(zhì)系數(shù)法、傳質(zhì)單元法和痔板高段法本實驗對富氧水進(jìn)行解吸

3、.由于富氮水濃度很小,可認(rèn)為氣液兩相平Igu衡服從亨利定律,可用對數(shù)平均濃度差計算填料層傳質(zhì)平均推應(yīng)力.得速 率方程式:相關(guān)的填料層高度的根本計算式為:Hol =ZNol其中,Nol =x1 dxx2 xe - xX1-X2L xmH olLKxa'1x由于氧氣為難溶氣體,在水中的溶解度很小,因此傳質(zhì)阻力幾乎全部集中于液膜中,即Kx=kx o由于屬液膜限制過程,所以要提升總傳質(zhì)系數(shù) Kxa,應(yīng)增大 液相的湍動程度.在y-x圖中,解吸過程的操作線在平衡系下方,在實驗是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線因氧在水中濃度很小.三、實驗裝置流程1 .根本數(shù)據(jù)解吸塔徑 小=0.1m吸收塔徑 小=0.032m

4、,填料層高度0.8m 陶瓷拉西環(huán)、陶瓷波紋板、金屬波紋網(wǎng)填料和0.83m 金屬 8環(huán).表1 填料參數(shù)瓷拉四環(huán)金屬8環(huán)12X12X1.3mm10X10X0.1mmat=403m 2/ m3at540m -133£ =0.764 同 m3£ -0.97at/ £ =903rrV m 32 .實驗流程圖2是氧氣吸收解吸裝置流程圖.氧氣由氧氣鋼瓶供給,經(jīng)減壓閥進(jìn)入氧氣緩沖罐 4,穩(wěn)壓0.03-0.04MPa,為保證平安,緩沖罐上裝有平安閥6,由閥7調(diào)節(jié)氧氣流量,并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計8計量,進(jìn)入吸收塔 9,與水并流吸收.富氧水經(jīng)管道在解吸塔的頂部噴淋.空氣由風(fēng)機(jī)13供給,經(jīng)緩沖罐

5、14,由閥16調(diào)節(jié)流量經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計17計量,通入解吸塔,貧氧水從塔底經(jīng)平衡罐 19排出.自來水經(jīng)調(diào)節(jié)閥10,由轉(zhuǎn)子流量計 17計量進(jìn)入吸收塔.由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān),所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計.空氣流量前裝有計前表壓計23 o為了測量填料層壓降,解析塔裝 有壓差計22.在解析塔入口采出閥 12,用于采集入口水樣,出口水樣在塔底排液平 衡罐上采出閥20取樣.兩水樣液相濃度由9070型測氧儀測得.四、實驗步驟及本卷須知1.填料塔的流體力學(xué)性能測定(1)熟悉實驗流程.(2)裝置上電,儀表電源上電,翻開風(fēng)機(jī)電源開關(guān).(3)測定干塔填料塔的壓降,即在進(jìn)水閥 1關(guān)閉時,翻開進(jìn)氣閥2并調(diào)節(jié)流

6、量,分別讀取對應(yīng)流量下的壓降值,注意塔底液位調(diào)節(jié)閥6要關(guān)閉,否氣體會走短路,尾氣放空閥4全開.(4)測定濕填料壓降測定前要進(jìn)行預(yù)液泛,使填料外表充分潤濕. 固定水在某一噴淋量下,改變空氣流量,測定填料塔壓降,測取810組 數(shù)據(jù). 實驗接近液泛時,進(jìn)塔氣體的增加量要減小,否那么圖中泛點(diǎn)不容易找到. 密切觀察填料外表氣液接觸狀況,并注意填料層壓降變化幅度,務(wù)必讓 各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據(jù),液泛后填料層壓降在幾乎不變氣速下明顯上升, 務(wù)必要掌握這個特點(diǎn).稍稍增加氣量,再取一、二個點(diǎn)即可.注意不要 使氣速過分超過泛點(diǎn),預(yù)防沖破和沖跑填料.(5)注意空氣轉(zhuǎn)自流量計的調(diào)節(jié)閥要緩緩開啟和關(guān)閉,以免撞破玻璃管.2

7、.填料塔的吸收傳質(zhì)性能測定(1)翻開氧氣鋼瓶總閥,并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥(注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反,順時針為開,逆時針為關(guān)),氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐,罐內(nèi)壓力保持 0.030.04MPa,不要過高,并注意減壓閥使 用方法.為預(yù)防水倒灌進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計中,開水錢要關(guān)閉防倒灌閥 24,或先通入氧氣后通水.(2)傳質(zhì)實驗操作條件選取水噴淋密度1015m3/m2*h,空塔氣速0.50.8m/s氧氣入塔流量為0.010.02m3/h,適當(dāng)調(diào)節(jié)氧氣流量,使吸收后的富氧水濃度限制在< 19.9ppm0(3)塔頂和塔底液相氧濃度測定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水,用測氧儀分析各

8、自氧的含量.(測氧儀的使用見附錄)(4)實驗完畢,關(guān)閉氧氣時,務(wù)必先關(guān)氧氣鋼瓶總閥,然后才能關(guān)閉減壓閥2及調(diào)節(jié)閥8.檢查總電源幾各管路閥門,確實平安前方可離開.五、實驗數(shù)據(jù)(附頁)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：T1=20C P 1=101.3KPa濕物料流體力學(xué)性能測定數(shù)據(jù)(水流量包為150L/h)六、實驗數(shù)據(jù)處理序 號空氣溫度 T2/ C空氣流量V1/(m3/h)空氣的壓強(qiáng)P2/Pa壓降 P/ Pa壓差計讀數(shù)壓差計讀數(shù)114.0420851020106519751993182821209801140206019857531221859201265234521651804162260845141524902200

9、29052023707351635275022505006242495615188029002320580728267046022102950249046083228702502620300025005001.填料塔的流體力學(xué)性能測定組號空氣流V1m3/h空氣流V2m3/hu(m/s)lgulg AP14372.6813.191.1311.25528696.3325.281.4031.875312941.2834.171.5342.2554161122.0040.811.6112.4605201213.7844.151.6452.7006241266.7244.821.6512.7637281

10、257.1744.481.6482.6628321211.9342.881.6322.700以第一組數(shù)據(jù)為例：使用狀態(tài)下的空氣流量V2V 2=Vl*Pl*T2/(P2*Tl)V 1空氣轉(zhuǎn)子流量計示值m3/hTi、Pi標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)KKPaT2、P2使用狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)KKPaV 2=Vi*Pi*T2/(P2叮i)=4*101.3*287.15/(1.065*293.15)=372.68m3/hV 2=1/4 X 血大刈 d=0.1m 可得： u=13.19 m/slgu=1.131m/s Ig zT=lg18=1.255填料塔層降和空塔氣速關(guān)系圖2.傳質(zhì)實驗：水流量LL/h填

11、料層壓降PPa富氧水含量mg/L貧氧水含量mg/L水溫C150230126.520水溫為20c時,可查得：水的密度為 998.2kg/m3可求得：xi=12mg/L=6.76X 10-6x2=6.5mg/L=3.66X 10-61 .單位時間氧解吸量GaL=370 L/h=150 >998.2 千8=8.32kmol/hGa=L (xi-x2)=8.32X (6.76X 10-6-3.66X 10-6) =2.5792X 10-5 kmol/h2 .對數(shù)平均濃度差 Xm氧氣在不同溫度下的亨利系數(shù) E可用下式求?。篍=-8.5694X 10-5t2+0.07714t+2.56X 106 (

12、KPa)=-8.5694X 10-5X293.152+0.07714X 293.15+2.56X 106=1.781 X 107KPaP次氣壓+1/2 (填料層壓差)=101.325+1/2X 0.23=101.44KPam=E/P4.78lX 107/101.44=1.756X 105進(jìn)塔氣相濃度y2,出塔氣相濃度y1y1 =y2=0.21X1*=x2*= y2/m=0.21/ 1.756X 105 =1.196X 10-6代入數(shù)據(jù)得 ：；：Xm3.液相總體積,*)(X1 -X1)-(x2 - X2*X 1 - X1lnX 2 X 2Kxa= Ga/6Xm=3.81 X106傳質(zhì)系數(shù) Kxa

13、 (Kmol/(m3 h)(Vp X AXm) = Ga/(1/4 X 九次 XHx ZXm)=2.5792X 10-5 /(1/4 3M4 0.12 >0.8 X 3.81 X 10-6)=1077.95Kmol/(m3 - h)4.液相總傳質(zhì)單元高度HoL(m)Hol=L=8.32/ (1077.95X1/4 )3.14 0.12)=0.983mKxa * j七、結(jié)果分析與討論由上圖看出本次實驗前幾組比較正確,后幾組就不那么準(zhǔn)確了.誤差存在的可能原因是：1、與氧氣的接觸時間不夠,吸氧不充分.2、實驗儀器本身就存在一定的系統(tǒng)誤差.3、在讀數(shù)時,數(shù)據(jù)變化較快,無法精確讀取.4、計算過程中小數(shù)點(diǎn)的取舍,也可能導(dǎo)致結(jié)果有一定的偏差.5、后幾組流量的變化太小,導(dǎo)致作圖時點(diǎn)都聚在了一個地方.八、思考題解答1 .填料塔在一定噴淋量時,氣相負(fù)荷應(yīng)限制在那個范圍內(nèi)進(jìn)行操作答：水噴淋的密度取10 15m3/m2h,空塔氣速那么維持在0.50.8m/s左右,氧氣流量為0.010.02m3/s左右.2 .通過實驗觀察,填料塔的液泛首先從哪一部位開