填料塔傳質(zhì)系數(shù)測定

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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。2 、掌握總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法并分析影響因素。二、實(shí)驗(yàn)原理本裝置先用吸收柱講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)，得到©a二ALa Vb的關(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。本實(shí)驗(yàn)引入了計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)采集技術(shù)，加快了數(shù)據(jù)記錄與處理的速度。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。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（圖中aa線

2、）。當(dāng)有噴淋量 時(shí)，在低氣速下（c點(diǎn)以前）壓降也正比于氣速的1.82次幕，但大于同一氣速下干填料 的壓降（圖中bc段）。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)（圖1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。圖一 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)主要是在填料有效濕 表面上進(jìn)行，需要計(jì)算完成一定吸收任務(wù)所需填料高度，其計(jì)算方法有：傳質(zhì)系數(shù)法、傳 質(zhì)單兀法和等板高度法。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸。由于富氧水濃度很小，可認(rèn)為氣液兩相的平衡關(guān)系服從 亨利定律，即平衡線

3、為直線，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)速率方式為：.ya"-:o:：豈”0汨：=二.：壬存ngof；e.'nm.toDCUnc.”；d ：" 1. .-ShE 一 “"gWSSl"'-I;:.:.:p:*:a:e.cC.：tSSm，s.u;:“d,s,-.o.:»2;.a”；d：ad"to.o.fess*ofc:.P'W.si” “ *sz ”f：Sh產(chǎn)GA - K xa *V p xmKxa =Ga Vp %其中.%邛人-X'-g-Xe2)Ine

4、lx2 - xe2Ga = L X! - X2Vp =Z *1 1相關(guān)的填料層高度的基本計(jì)算式為：LXi dxz= X =HolN°l即 Hol=Z/N°lKXa *0 % xe xLKxa J其中 N°lx1 dx捲x2'XeX：XmH OL式中：Ga 單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量Kmol/h3Kxa 總體積傳質(zhì)系數(shù)Kmol/m ?h?X xxi yiXa YiVp 填料層體積m3 Xm液相對(duì)數(shù)平均濃度差X1 液相進(jìn)塔時(shí)的摩爾分率（塔頂）Xe1 與出塔氣相y1平衡的液相摩爾分率（塔頂）X2液相出塔的摩爾分率（塔底）Xe2 與進(jìn)塔氣相y2平衡的液相摩爾分率（塔底）

5、 Z 填料層高度mQ 塔截面積m2L 解吸液流量Kmol/hHol 以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元高度Nol 以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元數(shù)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,由于屬液膜控制過程，所以要提高總傳質(zhì)系數(shù) Kxa,應(yīng)增大液相的湍動(dòng)程度。 在yx圖中，解吸過程的操作線在平衡線下方，本實(shí)驗(yàn)中還是一條平行于橫坐標(biāo)的水 平線（因氧在水中濃度很小）。備注：本實(shí)驗(yàn)在計(jì)算時(shí)，氣液相濃度的單位用摩爾分率而不用摩爾比， 這是因?yàn)樵趛 x圖中，平衡線為直線，操作線也是直線，計(jì)算比較簡單圖二氧氣吸收與解吸實(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、

6、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、防水倒灌閥三、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)流程圖二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4,穩(wěn)壓在0.030.04Mpa,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?？諝庥娠L(fēng)機(jī)13供

7、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20取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測氧儀測得2、操作要點(diǎn)（1）、流體力學(xué)性能測定、測定干填料降壓時(shí)，塔內(nèi)填料務(wù)必事先吹干。、測定濕填料壓降A(chǔ)、測定前要進(jìn)行預(yù)液泛，使填料表面充分潤

8、濕。B、實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，進(jìn)塔氣體的增加量要減少，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)。稍微增加氣量，再 取一、二個(gè)點(diǎn)即可。注意不是要使氣速過分超過泛點(diǎn)，避免沖破和沖跑填料。、注意空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)節(jié)閥要緩慢開啟和關(guān)閉，以免撞玻璃管。（2）、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0.030.04MPa，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)閉防倒灌閥24,或先通入氧氣后通水。、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選取水噴淋密度取1015m

9、3/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控制在19.9ppm。、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，用測氧儀分析各自氧的含量。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2及調(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。四、原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（附頁）五、數(shù)據(jù)處理流體力學(xué)性能測定表一測定干填料壓降數(shù)據(jù)記錄空氣流速（m3/h）1518212427303336吸收塔壓降（Pa）100120r 140 :160200240280r 320空氣緩沖罐溫度（C）4140

10、40.842.840454747.5表二測定濕填料壓降數(shù)據(jù)記錄空氣流速（m3/h ）1215182124273033吸收塔壓降（Pa）150170290 :350440490600P 700空氣緩沖罐溫度（C）42444545.945.945.94646根據(jù)上表所得的數(shù)據(jù)得:lg u圖三 填料層壓降一空塔氣速關(guān)系圖測出富氧水中氧含量為16.9ppm,貧氧水中氧的含量為8.0ppm六、結(jié)果分析與討論據(jù)圖得知，我們實(shí)驗(yàn)還是比較成功的，在測定干填料壓降是得到的數(shù)據(jù)誤差不是很大, 幾乎在一條直線上，而在測定濕填料壓降時(shí)，并不是很明顯，可能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)不能做到液 泛，這是導(dǎo)致數(shù)據(jù)不太理想的重要原因。七、思

11、考題1、填料塔在一定噴淋量時(shí)，氣相負(fù)荷應(yīng)控制在那個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行操作？答：水噴淋的密度取10 15m3/m2 h,空塔氣速則維持在0.50.8m/s左右，氧氣流 量為 0.010.02m3/s左右。2、通過實(shí)驗(yàn)觀察，填料塔的液泛首先從哪一部位開始？為什么？he：.ya"-：ngof；e.'nm.toDCUnc.”；d ：" 1. .-ShE 一 “"gWSSl"'0：:豈 ”o汨:匸二.：處;Mfa:：:-.:："：-:.:.saYP.i：gf：.p:-gdf - ：:=： :*u、.v：:.”nu-:-ss-："：.d：；：.t：C答：液泛由塔底開始。直徑一定的塔可供氣、液兩相自由流動(dòng)的