7thKing氧吸收實(shí)驗(yàn)報(bào)告

氧解析實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：7thKing一、實(shí)驗(yàn)摘要本實(shí)驗(yàn)利用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水，送入解析塔頂再用空氣進(jìn)行解析，測(cè)定不同液量和氣量下的解析液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)，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。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)1、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、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。3、掌握液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測(cè)定方法并分析影響因素。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。三、基本原理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)系示意如圖1所示。（1）在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，此壓降對(duì)氣速作圖可得斜率為1.8~2的直線（圖中Aa直線）。（2）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1.8~2次方，但大于相同氣速下干填料的壓降（圖中bc段）。（3）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—?dú)馑佟本€向上彎，斜率變陡（圖中cd段）。（4）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。lgulgualg△pAbcd圖1圖1填料層“壓降—空塔氣速”關(guān)系示意圖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，即圖2圖2富氧水解吸實(shí)驗(yàn)相關(guān)填料層高度的基本計(jì)算式為：即GA單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量，kmol/(m2?h)；Kxa液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3?h)；Vp填料層體積，m3；Δxm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，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)。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Kx=kx，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)Kxa，應(yīng)增大也想的湍動(dòng)程度即增大噴淋量。在y-x圖中，解析過程的操作線在平衡線下方，本實(shí)驗(yàn)中是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線（因氧氣在水中濃度很?。１緦?shí)驗(yàn)在計(jì)算時(shí)，氣液相濃度的單位用摩爾分?jǐn)?shù)而不用摩爾比，這是因?yàn)樵趛-x圖中，平衡線為直線，操作線也為直線，計(jì)算比較簡(jiǎn)單。四、實(shí)驗(yàn)裝置及流程氧氣吸收解吸裝置流程：（1）氧氣由氧氣鋼瓶供給，經(jīng)減壓閥進(jìn)入氧氣緩沖罐，穩(wěn)壓在0.03～0.04Mpa，為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥，當(dāng)緩沖罐在壓力達(dá)到0.08MPa時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟。（2）氧氣流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氧氣流量，并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，進(jìn)入吸收塔中。（3）自來水經(jīng)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)流量，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入吸收塔。（4）在吸收塔內(nèi)氧氣與水并流接觸，形成富氧水，富氧水經(jīng)管道在解吸塔的頂部噴淋。（5）空氣由風(fēng)機(jī)供給，經(jīng)緩沖罐，由空氣流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量經(jīng)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，通入解吸塔底部，在塔內(nèi)與塔頂噴淋的富氧水進(jìn)行接觸，解吸富氧水，解吸后的尾氣由塔頂排出，“貧氧水”從塔底通過平衡罐排出。（6）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)。空氣流量計(jì)前裝有計(jì)前表壓計(jì)。為了測(cè)量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計(jì)。（7）在解吸塔入口設(shè)有入口采出閥，用于采集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測(cè)氧儀測(cè)得。圖3氧氣吸收解吸裝置流程圖1、氧氣鋼瓶2、氧減壓閥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、富氧水取樣閥五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、流體力學(xué)性能測(cè)定（1）測(cè)定干填料壓降①塔內(nèi)填料事先已吹干。②改變空氣流量，測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取10組數(shù)據(jù)。（2）測(cè)定濕填料壓降①固定前先進(jìn)行預(yù)液泛，是填料表面充分潤(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6~8組數(shù)據(jù)。③實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，氣體的增加量不要過大，否則圖1中的泛點(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)必等到各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據(jù)，液泛后填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上升。④稍增加氣量，再取一兩個(gè)點(diǎn)，注意不要使氣速過分超過泛點(diǎn)，避免沖破和沖跑填料。（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)①將氧氣閥打開，氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐，罐內(nèi)壓力保持0.04~0.05Mpa，氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)保持0.3L/Min左右。②傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選?。核畤娏苊芏热?0~15m3/(m2·h)，空塔的氣速0.5~0.8m/s，氧氣入塔流量為0.01~0.02m③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)氧儀分析其氧的含量。④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)閉氧減壓閥及氧氣流量調(diào)節(jié)閥。檢查總電源、總水閥及各管路閥門，確實(shí)安全后方可離開。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、干填料狀況Z=0.75m，解吸塔塔徑d=0.1m，==以第三組為例計(jì)算：由空塔氣速2、濕填料狀況L=100l/hZ=0.75m，解吸塔塔徑d=0.1m，==以第三組數(shù)據(jù)為例計(jì)算：由空塔氣速根據(jù)相同空氣流量增量下的全塔壓降增量，我們可判斷出載點(diǎn)在空氣流量為10至20m3/h時(shí)大概在16m3/h時(shí)為載點(diǎn)，泛點(diǎn)在空氣流量為31m3?h-1時(shí)。3、解吸傳質(zhì)以第三組數(shù)據(jù)為例計(jì)算：水摩爾流率：Xe1=Xe2七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：由于所做實(shí)驗(yàn)的組別偏少，濕填料載點(diǎn)與泛點(diǎn)的位置并不明顯，需要我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，其間無法避免一些人為的計(jì)算誤差。干填料的曲線是一條直線，斜率較小。由上圖可知①空塔時(shí)速度與壓降的關(guān)系呈線性關(guān)系；②得到速度越大，壓降越大。傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)中要測(cè)算出總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)。計(jì)算結(jié)果見表格實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：1、由于環(huán)境溫度時(shí)刻都在變，使得實(shí)際平衡濃度也在變化，從而會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，此時(shí)若溫度距所測(cè)平衡濃度的溫度較大時(shí)，應(yīng)該將溫度的影響考慮在內(nèi)。2.在求解對(duì)數(shù)平均摩爾分?jǐn)?shù)時(shí)，必須要是貧氧的濃度大于平衡濃度，否則將無法得出對(duì)數(shù)平方摩爾分?jǐn)?shù)。3、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可看出，氧氣解吸，隨著水流量的減小，空氣流量增大，體積傳質(zhì)系數(shù)減小。而吸收過程，隨著氧氣流量增大，液相體積傳質(zhì)系數(shù)增大八、思考題1、闡述干填料壓降線和濕料塔壓降線的特征答：干料塔壓降與氣速關(guān)系成一條直線，濕料塔，在低氣速下壓降正比于氣速，隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)，壓降—?dú)馑倬€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。4、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？答：一般情況下，氣體在液體中的溶解度隨溫度的升高而降低，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。5、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？答：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。6、填料塔結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？答：填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支