實(shí)驗(yàn)的一氧解析匯報(bào)匯報(bào)

實(shí)驗(yàn)一氧解吸實(shí)驗(yàn)課程名稱：化工原理實(shí)驗(yàn)（下） 實(shí)驗(yàn)日期： 班級(jí)： 化工 班姓名：陳雙全同組人：李澤州、楊政鴻學(xué)號(hào)：一、摘要本實(shí)驗(yàn)首先通過(guò)分別測(cè)量干填料塔和濕填料塔的不同氣速下的壓降數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了填料塔的流體力學(xué)特征，得出了填料層壓降與空塔氣速的關(guān)系。用吸收塔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)，得出液量和氣量對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)的影響趨勢(shì)，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。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(wèn)題的方法。關(guān)鍵詞：氧解吸吸收塔解吸塔液相體積總傳質(zhì)系數(shù)。二、目的及任務(wù)熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。觀察填料塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線。掌握液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Ka的測(cè)定方法并分析影響因素。X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(wèn)題的方法。三、實(shí)驗(yàn)原理本裝置先用吸收柱將水吸收純氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔頂再用空氣進(jìn)行解吸，實(shí)驗(yàn)需測(cè)定不同液量和氣量下的解吸總傳質(zhì)系數(shù)Ka，得出液量和氣量X對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)的影響趨勢(shì)，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。填料塔流體力學(xué)特性氣體通過(guò)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)系示意如圖1所示，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?的直線（圖中aa'）。當(dāng)有噴淋量時(shí)，在低氣速下（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（圖中段）。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)（圖中點(diǎn)），持液量開(kāi)始增大，壓降一氣速線向上彎，斜率變陡（圖中c段）。到液泛點(diǎn)（圖中點(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)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2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，即平衡線為直線，操作線也為直線，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)速率方程為本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸，如圖2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，即平衡線為直線，操作線也為直線，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—aV€x即 =/V€式中，€ — —G=L（x一x?V=Z…A21P相關(guān)填料層高度的基本計(jì)算式為式中，xdxN 式中，xdxN =Jxi_OLxx一x2ex一x12€xmHOL式中G單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量，kmol/（m2?h）；AKxa 液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/（m3?h）；v'——填料層體積，m3；p△x——液相對(duì)數(shù)平均濃度差；mx2—液相進(jìn)塔時(shí)的摩爾分?jǐn)?shù)（塔頂）；xe2——與出塔氣相y]平衡的摩爾分?jǐn)?shù)（塔頂）；X] 液相出塔的摩爾分?jǐn)?shù)（塔底）；X,——與進(jìn)塔氣相丫]平衡的摩爾分?jǐn)?shù)（塔底）；e] ]Z 填料層高度，m；0 塔截面積，m2；L 解吸液流量，kmol/（m2?h）；Hol——以液相為推動(dòng)力的總傳質(zhì)單元高度，m；nol——以液相為推動(dòng)力的總傳質(zhì)單元數(shù)；轉(zhuǎn)自流量計(jì)的校正和質(zhì)量體積濃度與摩爾分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)換1）轉(zhuǎn)自流量計(jì)的校正：轉(zhuǎn)子流量計(jì)的讀數(shù)是在一定溫度（）、壓力（）下標(biāo)定的，當(dāng)使用環(huán)境改變時(shí)需要進(jìn)行校正，公式為：||pp-P

\€(-P由于被測(cè)流體為空氣，空氣密度比轉(zhuǎn)子密度小很多，則上式可簡(jiǎn)化為：■P在使用狀態(tài)下，空氣可做理想氣體處理：P=則上式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為:式中：p、、分別為為標(biāo)定狀況被測(cè)流體密度、溫度、壓強(qiáng)，p為轉(zhuǎn)子密度，P、T為使用條件下被測(cè)流體密度、溫度、壓強(qiáng)，為使用條件下的空氣體積流量，為轉(zhuǎn)自流量計(jì)的示數(shù)。雙組分體系的質(zhì)量密度與摩爾分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)換雙組分體系的質(zhì)量密度與摩爾分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)換公式：當(dāng)體系中組分的量遠(yuǎn)比組分小時(shí)，即P〈P、PPP~P，上式可簡(jiǎn)化為式中：P為體系密度，P、P分別為組分、組分組分密度，、分別為組分1組分相對(duì)摩爾分子質(zhì)量。四、裝置和流程設(shè)備參數(shù)：基本數(shù)據(jù)：塔徑①0.10m，填料層高0.8m（金屬波紋絲網(wǎng)）；實(shí)驗(yàn)流程圖：下圖3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進(jìn)入氧氣緩沖罐穩(wěn)壓在0.04? 為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥，由閥調(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?？諝庥娠L(fēng)機(jī)13供給，經(jīng)緩沖罐1，4由閥1，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(lái)水經(jīng)調(diào)節(jié)閥，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)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)2。3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，用于采集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥2、取樣。

兩水樣液相氧濃度由907型0測(cè)氧儀測(cè)得。圖3氧氣吸收與解吸實(shí)驗(yàn)流程圖1、氧氣鋼瓶9、吸收塔17、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)2、氧減壓閥10、水流量調(diào)節(jié)閥18、解吸塔3、氧壓力表11、水轉(zhuǎn)子流量計(jì)19、液位平衡罐4、氧緩沖罐12、富氧水取樣閥20、貧氧水取樣閥5、氧壓力表13、風(fēng)機(jī)21、溫度計(jì)6、安全閥14、空氣緩沖罐22、壓差計(jì)7、氧氣流量調(diào)節(jié)閥15、溫度計(jì)23、流量計(jì)前表壓計(jì)8、氧轉(zhuǎn)子流量計(jì)16、空氣流量調(diào)節(jié)閥24、防水倒灌閥五、實(shí)驗(yàn)操作流體力學(xué)性能測(cè)定（1測(cè)）定干填料壓降塔內(nèi)填料事先已吹干。分別檢查空氣流量調(diào)節(jié)閥門、水閥門、氧氣閥門，然后啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。打開(kāi)空氣閥門，調(diào)節(jié)開(kāi)度使空氣流量 ，讀取空氣溫度、壓力、流量以及全塔壓降,最終數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)空氣流量讀取組數(shù)據(jù)，變化范圍是： 。測(cè)定濕填料壓降固定前先進(jìn)行預(yù)液泛分鐘，使填料表面充分潤(rùn)濕。固定水流量為 ，調(diào)節(jié)空氣流量從 直到液泛，讀取數(shù)據(jù)組，并記錄。。注意：實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，進(jìn)塔氣體的增加量要減小，否則圖中泛點(diǎn)不容易找到。密切觀察填料表面氣液接觸狀況，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(gè)特點(diǎn)。稍稍增加氣量，再取一、兩個(gè)點(diǎn)即可。注意不要使氣速過(guò)分超過(guò)泛點(diǎn)，避免沖破和沖跑填料。傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐，罐內(nèi)壓力保持? 不要過(guò)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(kāi)水前要關(guān)閉防倒灌閥2，4或先通入氧氣后通水。傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選取使氣體流量 ，適當(dāng)調(diào)節(jié)氧氣流量保持 左右,使吸收后的富氧水濃度控制在W 。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，用測(cè)氧儀分析各自氧的含量，測(cè)量?jī)纱危∑骄?。用測(cè)氧儀分析其氧的含量。測(cè)量時(shí)，對(duì)于富氧水，取分析儀顯示讀數(shù)變化出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)為數(shù)據(jù)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉氧氣時(shí)，務(wù)必先關(guān)氧氣鋼瓶總閥,然后才能關(guān)閉減壓閥及調(diào)節(jié)閥8檢查總電源、總水閥及各管路閥門，確實(shí)安全后方可離開(kāi)。、'八■r*注意事項(xiàng)：試驗(yàn)完成后，防止水從吸收柱返流入氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)，務(wù)必關(guān)閉以上兩者間的緩沖罐閥門；實(shí)驗(yàn)中空氣流量、水流量、氧氣流量都是由轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量的，讀數(shù)時(shí)以轉(zhuǎn)子流量計(jì)最大界面處對(duì)應(yīng)的刻度為準(zhǔn)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)刻度是與一定條件(T、p)下的流量相對(duì)應(yīng)，當(dāng)使用條件與標(biāo)定刻度的條件不同時(shí)需要校正；在傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中必須保證氧流量不變。六、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.流體力學(xué)性能測(cè)定：表 干塔流體力學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表 塔高 塔徑序號(hào)空氣流量V/(m3/h)空氣t/°C表壓p'/Pa壓降△/Pa左右左右19.8121790-1240172143215.1131840-1280187124320.2141380-1910207120425.0151980-124023280530.0161460-206025347635.0171525-21202828表2干塔流體力學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表序號(hào)絕壓△空氣流速校正后空速△1104.33290.3470.33736.32104.42630.5340.52078.83104.59870.7140.696108.84104.521520.8840.863190.05104.822061.0611.036257.56104.952741.2381.210342.5以第二組數(shù)據(jù)為例，計(jì)算過(guò)程如下：空氣絕壓：p=p'+101.3=(1840+1280)/1000+101.3=104.42kPa填料塔壓降：Ap=187-124=63PaX空氣流速： = € €, X轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)定狀態(tài)下的溫度和壓強(qiáng)：t0=20°C,p0=101.3kPa校正后的空流：_二丫+單位填料層壓降：表 濕塔流體力學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表 水流量序號(hào)空氣流量V/(m3/h)空氣t/C表壓p'/Pa壓降△pPa左右左右16.8201240-180018214529.7201260-1810195130313.0201290-1850212105416.1201340-192025262518.9201340-191026838621.0201380-198028931722.8211440-202029710825.1221460-2060311-22929.2221570-2200405-1101035.0241730-2370510-1701139.1241910-2620610-340表4濕塔流體力學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表序號(hào)絕壓△空氣流速校正后空速△1104.34370.2410.23746.32104.37650.3430.33881.33104.441070.4600.453133.84104.561900.5690.560237.55104.552300.6680.658287.56104.662580.7430.731322.57104.762870.8060.794358.88104.823330.8880.876416.39105.075151.0331.017643.810105.406801.2381.222850.011105.839501.3831.3621187.5以第二組數(shù)據(jù)為例，計(jì)算過(guò)程如下：

空氣絕壓p=p'+101.3=(1260+1810)/1000+101.3=104.37kPa填料塔壓降△p=195-130=65Pa空氣流速:轉(zhuǎn)子流量計(jì)標(biāo)定狀態(tài)下的溫度和壓強(qiáng)：t0=2O°C,p0=101.3kPa校正后的空流：—+■XX+V+7X+單位填料層壓降：?p/——2.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：表5吸收傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表吸收塔氧流量=0.4m3/h序號(hào)Vm3/h空氣t/C空氣壓強(qiáng)Pa壓降p'/Pa水流量L'(L/h)塔頂p2/(mg/L)塔底p11/(mg/L)2左右左右12118231840-12503025510023.6323.211.7111.61218231940-13704027013021.4622.5811.7411.81323232030-1450-1029010023.1023.1311.6511.60表6吸收傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理記錄表序p1p2x1X2Xe1=Xe2xmP，L,G*105AKaxHol號(hào)(mg/L)(mg/L)*106*105*106*106kPakmol/hkmol/hkmol/(m3h)m111.6623.426.5751.3204.9684.056101.415.543.6714400.490211.7822.026.6401.2424.9693.865101.427.204.1617120.536311.6323.126.5551.3034.9683.985101.455.543.5914340.492以第2組數(shù)據(jù)為例，計(jì)算過(guò)程如下：塔底含氧量：p]=(11.74+11.81)/2=11.78mg/L;塔頂含氧量：p2=(21.46+22.58)/2=22.02mg/L;取水p水=1000kg/m3,M水=18kg/kmol,氧氣M2=32kg/kmol；則水中氧的摩爾分?jǐn)?shù)：塔底:塔底: € X-X X塔頂：X塔頂：X取空氣中氧的摩爾分?jǐn)?shù)y1=y2=0.21,解析塔體系內(nèi)絕壓p=p0+(270-40)/2/1000=101.3+0.16=101.42kPa氧氣-水體系亨利系數(shù)：E=(-8.5694*10-5*232+0.07712*23+2.56)*106=4.2889*106kPa相平衡常數(shù)m=E/p=4.2889*106/101.42=4.2288.5*104

液相平衡摩爾分?jǐn)?shù)沁對(duì)數(shù)平均濃度差：? , =3.8692X10-6水的摩爾量流量：L=L'p/M1=13O/1OOO*1OOO/18=7.2Okmol/h水1單位時(shí)間氧的解吸量：GA=L(x2-xJ=7.20*(1.320*10-5-6.575*10-5)=4.16*10-5A 2 1液相總傳質(zhì)系數(shù)：Ka=GA/(V△)xApm=4*4.16*10-5/(n*0.12*0.8*3.8692*10-6)=1712kmol/(h*m3)總傳質(zhì)單元的高度：Hol=L/(KxaQ)=7.20*4/(1712*n*0.12)=0.536m七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖及分析：1.流體力學(xué)性能測(cè)定00200JJ00

d—取用表2干塔流體力學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表、表4濕塔流體力學(xué)測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表中解析塔單位高度壓降A(chǔ)p/Z與氣速口,作厶00200JJ00

d—結(jié)果分析：20 ? 1 120 ? 1 1 ■ I I I | IIII0.211.5表4解吸塔流體力學(xué);測(cè)定圖一條直線斜率為為1.753，與公認(rèn)值相符。序號(hào)1序號(hào)1231001814400.4901301817120.5361002314340.492在空速較小的范圍內(nèi)，雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖中，濕填料的壓降隨空氣流速變化曲線為一條直線斜率為1.800，中間有兩個(gè)折點(diǎn)，并且隨著持液量增加曲線的斜率變大，過(guò)泛點(diǎn)以后壓降迅速增加。濕塔壓降比干塔壓降要大。2.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：不同填料、空氣流量、水流量的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa和液相總傳質(zhì)單元高度HOLxOL數(shù)據(jù)記錄和計(jì)算結(jié)果如表5、表6所列。結(jié)果分析：表7整裝填料的液相總傳質(zhì)系數(shù)和總傳質(zhì)單元高度(本組數(shù)據(jù))L(L/h) G(m3/h) Ky/(kmol/(m3h)) H”(m)表8拉西環(huán)填料的液相總傳質(zhì)系數(shù)和總傳質(zhì)單元高度序號(hào)L(L/h)G(m3/h)Ka/(kmol/(m3h))HOL(m)17012247.442.00325512186.032.0953708217.272.281表9星形填料液相總傳質(zhì)系數(shù)和總傳質(zhì)單元高度序號(hào)L(L/h)G(m3/h)Ka/(kmol/(m3h))Hor(m)19017.52.16E+030.30211017.52.36E+030.333110152.27E+030.34表100環(huán)填料液相總傳質(zhì)系數(shù)和總傳質(zhì)單元高度序號(hào)L(L/h)G(m3/h)Ka/(kmol/(m3h))Hor(m)18020928.30.608210020987.70.71438030937.70.602對(duì)比可知表中增大空氣流量對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)無(wú)明顯影響，增大水流量總傳質(zhì)系數(shù)顯著變大，可見(jiàn)此裝置實(shí)驗(yàn)傳質(zhì)阻力主要在液相。由于空氣中氧氣濃度很大，富氧水解吸出來(lái)的氧對(duì)進(jìn)、出塔空氣氧氣濃度幾乎沒(méi)有影響，y]=y2，所以增大空氣流量對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)影響很小(本實(shí)驗(yàn)增大空氣流量，總傳質(zhì)系數(shù)稍微變小，是由于實(shí)驗(yàn)誤差所致)。本組實(shí)驗(yàn)采用整裝填料，單位高度填料壓降低。由各組數(shù)據(jù)對(duì)比可知：不計(jì)氣相液相的流量，星形填料總傳質(zhì)單元系數(shù)最大，整裝填料次之，拉西環(huán)最差。整裝填料的總傳質(zhì)單元高度最小，0環(huán)次之，星形填料總傳質(zhì)單元高度最大，性能最差。誤差分析：本實(shí)驗(yàn)增大空氣流量，總傳質(zhì)系數(shù)稍微變小，是由于實(shí)驗(yàn)誤差所致。理論上增大空氣流量，平均傳質(zhì)濃差變大，傳質(zhì)推動(dòng)力變大，總傳質(zhì)系數(shù)會(huì)變大。由于空氣中氧氣濃度很大，富氧水解吸出來(lái)的氧量很少，進(jìn)、出塔空氣含氧量幾乎沒(méi)有變化，y]=y2。實(shí)驗(yàn)環(huán)境不穩(wěn)定及誤差，導(dǎo)致本次實(shí)驗(yàn)增大空氣流量，總傳質(zhì)系數(shù)稍微變小。系統(tǒng)誤差是不可避免的，讀取數(shù)據(jù)時(shí)的隨意性也可導(dǎo)致誤差，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中有效值的取舍帶來(lái)的誤差等等。