化工原理氧解吸實(shí)驗(yàn)報(bào)告資料

1、北京化工大學(xué)化原實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：化學(xué)工程學(xué)院姓名：婁錚學(xué)號(hào)：2013011345班級(jí)：環(huán)工 1302同組人員：鄭豪，劉定坤，邵鑫課程名稱：化工原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：氧解吸實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)日期：2014-4-15實(shí)驗(yàn)名稱：氧解吸實(shí)驗(yàn)報(bào)告摘要： 本實(shí)驗(yàn)首先利用氣體分別通過干填料層、濕填料層，測(cè)流體流動(dòng)引起的填料層壓降與空塔氣速的關(guān)系，利用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)畫出關(guān)系。其次做傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)求取傳質(zhì)單元高度，利用K xa=GA /（Vp xm）(x 2 - x e2 ) ( x1xe2 )）求出mGA =L （ x2-x1ln( x2xe2 ) ( x1xe1)LHOL =K X a一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)：熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。觀察

2、填料塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3) 掌握液相體積總傳質(zhì)系數(shù)K xa 的測(cè)定方法并分析影響因素。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、基本原理：本裝置先用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水后，送入解吸塔頂再用空氣進(jìn)行解吸，實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定不同液量和氣量下的解吸液相體積總傳質(zhì)系數(shù)K ，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到Ka b=AL Vxaxa關(guān)聯(lián)式，同時(shí)對(duì)四種不同填料的傳質(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(shí)，流體流動(dòng)引起的壓降和湍流流動(dòng)引起的壓降規(guī)律相一致。填料層壓降空塔氣速關(guān)系示意圖如下，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中， 此壓降對(duì)氣速作圖可得一斜率為1.8

3、2的直線（圖中 aa）。當(dāng)有噴淋量時(shí)，在低氣速下（c 點(diǎn)以前）壓降正比于氣速的1.82 次冪，但大于相同氣速下干填料的壓降（圖中bc 段）。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)（圖中c 點(diǎn)），持液量開始增大，壓降氣速線向上彎，斜率變陡（圖中cd 段）。到液泛點(diǎn)（圖中d 點(diǎn)）后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。填料層壓降空塔氣速示意apdglcbalg u2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)在填料塔中， 兩相傳質(zhì)主要在填料有效濕表面上進(jìn)行， 需要計(jì)算完成一定吸收任務(wù)所需的填料高度，其計(jì)算方法有傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元法和等板高度法。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸， 如圖下所示。 由于富氧水濃度很低， 可以認(rèn)為氣液兩相平衡關(guān)系服從亨利定律，及平

4、衡線位置線，操作線也是直線，因此可以用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。整理得到相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程為aaGA =K x V p x m即 K x = GA /（Vp x m）其中(x 2 - x e2 ) (x1xe2 )mln ( x2xe2 )( x1xe1 )GA =L （ x2-x1 ）Vp=Z?相關(guān)填料層高度的基本計(jì)算式為ZLx1dxH OLN OLK x ax2xe x即 HOLZ/NOL其中N OLx1dxx1x2L，HOL =xexxmx2K X a式中 GA單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量，kmol/(m 2?h)K xa液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m 3?h)V p填料層體積

5、，m3x m 液相對(duì)數(shù)平均濃度差x2液相進(jìn)塔時(shí)的摩爾分?jǐn)?shù)（塔頂）xe2與出塔氣相y1 平衡的摩爾分?jǐn)?shù)（塔頂）x1液相出塔的摩爾分?jǐn)?shù)（塔底）xe1與進(jìn)塔氣相y1 平衡的摩爾分?jǐn)?shù)（塔底）Z 填料層高度，m塔截面積， m2L 解吸液流量，kmol/(m 2?h)H OL 以液相為推動(dòng)力的總傳質(zhì)單元高度， m N OL 以液相為推動(dòng)力的總傳質(zhì)單元數(shù)x2y2x1y1由于氧氣為難容氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質(zhì)阻力幾乎全部集中在液膜中，即 K x=k x ，由于屬液膜控制過程，所以要提高液相體積總傳質(zhì)系數(shù) K xa，應(yīng)增大液相的湍動(dòng)程度即增大噴淋量。三、裝置和流程圖：實(shí)驗(yàn)儀器：吸收塔及解吸塔設(shè)備、90

6、70 型測(cè)氧儀吸收解析塔參數(shù)解析塔徑 =0.1m，吸收塔徑 =0.032m，填料高度 0.8m(陶瓷拉西環(huán)、星形填料和金屬波紋絲網(wǎng)填料 )和 0.83m( 金屬 環(huán) )。填料數(shù)據(jù)如下：陶瓷拉西環(huán)金屬 環(huán)屬波紋絲網(wǎng)填料星形填料 (塑料 )(12 121.3)mm(10 100.1)mmCY 型（ 158.5 0.3)mmat =403m 2/m 3at=540m 2/m3at=700m 2/m3at=850m 2/m3333333 = 0.764m = 0.97m = 0.85m/ m/ m/ m實(shí)驗(yàn)流程圖： （參照教材和實(shí)際工藝流程）下圖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2

7、 進(jìn)入氧氣緩沖罐 4，穩(wěn)壓在 0.03 0.04Mpa, 為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥6，由閥 7調(diào)節(jié)氧氣流量，并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)8 計(jì)量，進(jìn)入吸收塔9 中，與水并流吸收。 含富氧水經(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14，由閥 16 調(diào)節(jié)流量經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17 計(jì)量，通入解吸塔底部解吸富氧水，解吸后的尾氣從塔頂排出，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(jì) 17 計(jì)量后進(jìn)入吸收柱。由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān)，所以每個(gè)氣體流量計(jì)前均有表壓計(jì)和溫度計(jì)?？諝饬髁坑?jì)前裝有計(jì)前表壓計(jì)23。為了測(cè)量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計(jì)22。在解吸塔入口設(shè)有入口采出閥 12

8、，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。兩水樣液相氧濃度由9070 型測(cè)氧儀測(cè)得。排空排水入地溝氧氣吸收與解吸實(shí)驗(yàn)流程圖1、氧氣鋼瓶 2、氧減壓閥3、氧壓力表4、氧緩沖罐 5、氧壓力表6、安全閥 7、氧氣流量調(diào)節(jié)閥8、氧轉(zhuǎn)子流量計(jì)9、吸收塔10、水流量調(diào)節(jié)閥11、水轉(zhuǎn)子流量計(jì)12、富氧水取樣閥13、風(fēng)機(jī)14、空氣緩沖罐15、溫度計(jì)16、空氣流量調(diào)節(jié)閥 17、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì) 18、解吸塔 19、液位平衡罐20、貧氧水取樣閥21、溫度計(jì)22、壓差計(jì)23、流量計(jì)前表壓計(jì)24、防水倒灌閥四、 實(shí)驗(yàn)步驟： ( 參照教材和實(shí)際工藝流程)1.流體力學(xué)性能測(cè)定（ 1）測(cè)定干填料壓降

9、事先吹干塔內(nèi)填料。2 待填料塔內(nèi)填料吹干以后，改變空氣流量，測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取68 組數(shù)據(jù)。（ 2）測(cè)定濕填料壓降測(cè)定前進(jìn)行預(yù)液泛，使填料表面充分潤(rùn)濕。2 固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量，測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取810 組數(shù)據(jù)。3 實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，進(jìn)塔氣體的增加量不要過大。小心增加氣體流量，使液泛現(xiàn)象平穩(wěn)變化。調(diào)好流量后，等各參數(shù)穩(wěn)定后再取數(shù)據(jù)。著重注意液泛后填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上升的這一特點(diǎn)。注意氣量不要過大，以免沖破和沖泡填料。（ 3）注意空氣流量的調(diào)節(jié)閥要緩慢開啟和關(guān)閉，以免撞破玻璃管。2.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)a、將氧氣閥打開，氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐，罐內(nèi)壓力保持0.040.05MPa

10、，不要過高，并注意減壓閥使用方法。為防止水倒灌進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，開水前要關(guān)閉防倒灌，或先通入氧氣后通水。b、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選?。核畤娏苊芏热?1015m3/(m2 ?h)，空塔氣速 0.50.8m/s 氧氣入塔流量為 0.010.02 m3/h ，適當(dāng)調(diào)節(jié)氧氣流量， 使吸收后的富氧水濃度控制在不大于 19.9mg/l 。c、塔頂和塔底液相氧濃度測(cè)定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水，注意在每次更換流量的第一次所取樣品要倒掉，第二次以后所取的樣品方能進(jìn)行氧含量的測(cè)定，并且富氧水與貧氧水同時(shí)進(jìn)行取樣。d、用測(cè)氧儀分析其氧的含量。測(cè)量時(shí)，對(duì)于富氧水，取分析儀數(shù)據(jù)由增大到減小時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為數(shù)據(jù)值

11、；對(duì)于貧氧水，取分析儀數(shù)據(jù)由變小到增大時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)為數(shù)據(jù)值。同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的水溫。e、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉氧氣減壓閥，再關(guān)閉氧氣流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉其他閥門。檢查無誤以后離開。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理：1.填料塔壓降與空塔氣速關(guān)系圖干塔數(shù)據(jù)計(jì)算原始數(shù)據(jù)：表 1 干床數(shù)據(jù)T=36.7oC，d=0.1m，h=0.8m序號(hào)空氣流量空氣壓力填料塔壓降3（kPa）（ kPa）（ m/h ）1405.331.422353.971.063302.820.754251.930.525201.250.346150.730.207100.350.10處理數(shù)據(jù)：表 2 干床數(shù)據(jù)處理序號(hào)校正空氣流量流速單位高度壓差logulog( P/

12、z)（ m3/h ）（ m/s）（ kPa/m）140.171.421.780.150.25235.601.251.330.100.12330.851.080.940.03-0.03425.930.900.65-0.05-0.19520.880.720.43-0.14-0.37615.740.540.25-0.26-0.60710.530.360.13-0 。44-0.90干塔壓降與液速關(guān)系圖：p/z2干塔擬合曲線1z/p降壓度高位單12流速 u濕塔數(shù)據(jù)計(jì)算原始數(shù)據(jù)：表 3 濕床數(shù)據(jù)T=34.1oC， d=0.1m， h=0.8m序號(hào)空氣流量空氣壓力填料塔壓降3（kPa）（ kPa）（ m/h

13、 ）170.260.19290.400.223110.550.244130.750.335150.980.446171.260.597191.600.768212.091.169232.741.6310253.682.2111264.372.83處理數(shù)據(jù)：表 4 濕床數(shù)據(jù)處理序號(hào)校正空氣流量流速單位高度壓差logulog( P/z)3（m/s）（ kPa/m）（ m/h ）17.320.250.24-0.60-0.6229.400.330.28-0.49-0.56311.470.400.30-0.40-0.52413.530.470.41-0.33-0.38515.570.540.55-0.2

14、7-0.26617.600.610.74-0.21-0.13719.600.680.95-0.17-0.02821.570.751.45-0.120.16923.470.822.04-0.090.311025.280.892.76-0.050.441126.670.933.54-0.030.55濕塔壓降與液速關(guān)系圖：p/z濕塔擬合曲線z/p泛點(diǎn)降1壓度高位載點(diǎn)單0.112流速 u干塔、濕塔壓降與液速曲線z/p降壓度高位單p/z濕塔擬合曲線p/z干塔擬合曲線泛點(diǎn)1載點(diǎn)0.112流速 u計(jì)算實(shí)例（以干塔第一組數(shù)據(jù)為例）：流量校正：V2V1p1T240101.325 309.85p2T140.17(

15、101.325 5.33) 293.25流速確定：uV40.171.42m / sA 3600(0.1/ 2) 2單位塔高壓降確定：P1.421.78kPa / mz0.8濕塔數(shù)據(jù)處理與干塔相同。2.傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)單元高度求取原始數(shù)據(jù)：表 5 傳質(zhì)數(shù)據(jù)3d=0.1m，h=0.8m，水流量 =65L/min, 氧氣流量 Q=0.25 m組空氣流量空氣壓力填料塔壓氧氣濃度氧氣濃度富氧水富氧水別3（kPa）降（ kPa）ooC）（ m/h ）頂（mg/L） 底（ mg/L） 溫度（ C） 溫度（1150.870.4518.688.5828.426.31150.870.4518.638.5828.62

16、6.12140.780.4119.298.3929.126.32140.780.4119.318.4028.826.2處理數(shù)據(jù)：表 6 傳質(zhì)數(shù)據(jù)處理表d=0.1m，h=0.8m，水流量3=65L/min, 氧氣流量 Q=0.25m組別校正空氣平均溫亨利液體流量氣體流量亨利流量度常數(shù)（ mol/h ）（ mol/h ）常數(shù)（m3/h ）（ oC）Em115.2527.3546056782031.250.011545067.55115.2527.3546056782031.250.011545067.55214.2627.746310262031.250.012545355.52214.2527.

17、546165442031.250.012545213.69表 7 傳質(zhì)數(shù)據(jù)處理表d=0.1m，h=0.8m，水流量 =65L/min, 氧氣流量3Q=0.25m組別平衡組成塔頂組成塔底組成平均推動(dòng)力系統(tǒng)總壓傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)單元高度x e1（ 2）x 1x2DxmP 總Kx aHoL( 106)( 105)( 106)( 106)（ Kpa）(mol/h)（ m）14.661.054.831.60102.19511509830.70614.661.054.831.59102.19511494230.70724.631.094.721.44102.10513727010.59224.641.094.7

18、21.41102.10514065000.5784.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理Kxa 測(cè)定 ( 以第一組數(shù)據(jù)為例) ：計(jì)算實(shí)例（以第一組第一次測(cè)量數(shù)據(jù)為例）：流量校正： V2p1T215101.325300.3015.25V1(101.3250.87)p2T1293.25塔溫： T平均T1T 228.426.327.35o C22亨利系數(shù)確定：E(8.6594 105t 20.07714t2.56) 1064605678系統(tǒng)總壓確定：P總P大氣P塔 101.30.87=102.195kPa亨利系數(shù) : mE460567845067.55P總102.195平衡濃度： x e1xe2y0.214.6610 6m

19、45067.55塔頂（底）摩爾分率計(jì)算：（mg/L）c頂18.68103M O2x頂103321.05105頂（mg/L）118.6813c10103 M O2M H2O103 32 18同理： x底4.6310 5平均推動(dòng)力：m(x1 -x e1) ( x2xe2 )x頂x底1.60106( x1xe1 ) ln (x頂xe2 )ln( x2xe2 )( x底xe1 )（L/h ）653V液102031.25mol / h液體流率： LMH2O18氣體流率： GL (x頂x底 )0.0115mol/h填料塔體積： Vphr 20.80.0526.2810 3 m3傳質(zhì)系數(shù)的確定：K xaG0

20、.015510 61150983mol / (m3h)VPxm6.28 10 31.60L2031.250.706m傳質(zhì)單元高度：H oLA 11509830.05 2K xa六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及誤差分析：1.流體力學(xué)性能測(cè)定填料層壓降在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，此壓降對(duì)氣速作圖可得一斜率為1.82 的直線。當(dāng)有噴淋量時(shí)，在低氣速下壓降正比于氣速的 1.82 次冪，但大于相同氣速下干填料的壓降。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)，持液量開始增大，壓降氣速線向上彎，斜率變陡。到液泛點(diǎn)后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。2.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)液相體積總傳質(zhì)系數(shù) Kxa 與液量正相關(guān)， 而與氣量基本無關(guān)。 這是由于氧氣極難溶于水，因而

21、本系統(tǒng)是液膜控制系統(tǒng)， Kxa 近似等于 kxa，故液相體積總傳質(zhì)系數(shù) K xa 僅與液量有關(guān)，與氣量無關(guān)。3.誤差分析：系統(tǒng)誤差，如流體的波動(dòng)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)不在20 攝氏度， 1 大氣壓下測(cè)量。人為誤差，如讀取數(shù)據(jù)時(shí)儀表的不穩(wěn)定性可導(dǎo)致誤差，在數(shù)據(jù)處理過程中有效值的取舍帶來的誤差。七、思考題：1闡述干填料壓降線和濕料塔壓降線的特征干料塔壓降與氣速關(guān)系成一條直線，是線性相關(guān)的兩個(gè)變量；濕料塔壓降線與干料塔有所不同，其在氣速達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)液泛點(diǎn)而呈折線。且壓降在氣速達(dá)到一定值后急劇上升。2工業(yè)上，吸收在低溫、加壓，在進(jìn)行而解吸在高溫、常壓下進(jìn)行，為什么？一般情況下，氣體在液體中的溶解度隨溫度

22、的升高而降低，隨壓強(qiáng)的升高而升高。所以吸收時(shí)要在低溫、加壓的情況下進(jìn)行比較好，而解吸在高溫、低壓下進(jìn)行。3為什么易溶氣體的吸收和解吸屬于氣膜控制過程，難溶氣體的吸收和解吸屬于液膜控制過程？一般氣體的吸收和解吸經(jīng)過三個(gè)步驟：吸收過程為：氣相氣液界面液相，解吸過程為：液相氣液界面氣相，對(duì)于易溶氣體而言，其主要的阻力來自溶質(zhì)從氣相到氣液界面擴(kuò)散的阻力，從氣液界面到溶液的過程所受到的阻力相對(duì)來說很小，所以在吸收過程顯示為氣膜控制過程； 而對(duì)于難溶氣體， 吸收時(shí)受到的主要阻力是在氣液界面到液相的過程中產(chǎn)生，而在氣相到氣液界面的阻力相對(duì)來說很小，所以其吸收的過程顯示為液膜控制過程。4試計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)際液

23、氣V/L 比是最小液氣比(V/L)min 的多少倍？以第一組數(shù)據(jù)為例：實(shí)際液體流量如上表L=2031.25mol/h3實(shí)際氣體流量V=15.25m /h=680.8mol/h實(shí)際V0.335Lye1mx145067.55 1.05 10 50.473Vx頂x底1.051054.8310610 52.16y e1y 2Lmin0.4730.21V / L1551(V / L )min實(shí)際液氣比為最小液氣比的1551 倍5填料塔結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板（有些也不用），以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)

24、液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化。上機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理干塔原始數(shù)據(jù)h=0.75m,d=0.1m編號(hào)空氣流量空氣表壓塔壓降塔頂表壓空氣溫(m3/h)(pa)(pa)(pa)度1473932.35728.644152.420242.33922.98595.853737.920339.953921.79474.463530.620437.63925.84341.743323.320535.25

25、3917.02275.643116.120630.553914.95221.582701.520728.23918.58181.962494.220825.853913.29151.602287.020923.53911.84125.262079.7201021.153910.09102.981872.4201118.83908.2183.031665.220干塔數(shù)據(jù)處理編空氣校正流量流速 u單位塔壓降lnuln(p/z)號(hào)(m3 /h)(m/s)(pa/m)145.241.60971.530.4716.879240.721.44794.460.3656.678338.461.36632.62

26、0.3086.450436.201.28455.660.2486.122533.941.20367.520.1835.907629.411.04295.430.0405.688727.150.96242.62-0.0405.491824.890.88202.14-0.1275.309922.630.80167.01-0.2225.1181020.360.72137.30-0.3284.9221118.100.64110.70-0.4454.707干塔壓降與流速的關(guān)系76u/pnl5-0.6-0.4-0.20.00.20.40.6lnu濕塔原始數(shù)據(jù)編空氣流量空氣表壓塔壓降塔頂表壓空氣溫號(hào)(m3/

27、h)(pa)(pa)(pa)度116.453907.47183.681457.8920218.83908.73236.681665.1620321.153910.66302.201872.4320425.853916.38593.462286.9720528.23919.11782.502494.2420630.553916.26901.982701.5120735.253924.361164.983116.0520837.63919.211310.333323.3220939.953927.411466.013530.59201042.33925.457003593737.86201144.653927.9114735983945.1320濕塔數(shù)據(jù)處理編空氣校正