氧解吸實驗報告

實驗名稱：氧解吸實驗一、 實驗目的熟悉填料塔的構造與操作。觀察填料塔流體力學狀況，測定壓降與氣速的關系曲線。掌握液相體積總傳質系數Ka的測定方法并分析影響因素。x學習氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質速率方程處理傳質問題的方法。二、 實驗器材吸收塔及解吸塔設備、9070型測氧儀、燒杯（500mL）兩個三、 實驗原理1、填料塔流體力學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。填料層壓降—空塔氣速關系示意如圖1所示，在雙對數坐標系中，此壓降對氣速作圖可得一斜率為1.8?2的直線（圖中aa'）。當有噴淋量時，在低氣速下（c點以前）壓降正比于氣速的1.8~2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，出現載點（圖中c點），持液量開始增大，壓降一氣速線向上彎，斜率變陡（圖中cd段）。到液泛點（圖中d點）后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。圖-1填料層壓降—空塔氣速關系示意2、傳質實驗填料塔與板式塔氣液兩相接觸情況不同。在填料塔中，兩相傳質主要在填料有效濕表面上進行，需要計算完成一定吸收任務所需的填料高度，其計算方法有傳質系數、傳質單元法和等板高度法。本實驗是對富氧水進行解吸，如圖2所示。由于富氧水濃度很低，可以認為氣液兩相平衡關系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也為直線，因此可以用對數平均濃度差計算填料層傳質平均推動力。整理得到相應的傳質速率方程G=KaV€XA xpmKa=G/G=KaV€XA xpmKa=G/V€Xx APm式中，€X= ——m（X，X），（X，X）d-1一（X一X）「ln[—2 ]（x一X）1 el-L（x-x21相關填料層高度的基本計算式為式中，n=卜上二=件二，H=OL..X—X €x OLmZ= JJx丄=HN即Ka…Xx一x ololx 2H二Z/NOL OL式中GA單位時間內氧的解吸量，kmol/（m2?h）；液相體積總傳質系數，kmol/（m3?h）；Vp填料層體積，m3Vp填料層體積，m3；€Xm液相對數平均濃度差;液相進塔時的摩爾分數（塔頂）;——與出塔氣相yl平衡的摩爾分數（塔頂）;Xi——液相出塔的摩爾分數（塔底）;el——與進塔氣相yl平衡的摩爾分數（塔底）;Z——填料層高度，m；Q 塔截面積，m2；L 解吸液流量，kmol/（m2?h）；'ol 以液相為推動力的總傳質單元高度，m；NOLNOL以液相為推動力的總傳質單元數;四、實驗裝置下圖是氧氣吸收解吸裝置流程圖。氧氣由氧氣鋼瓶供給，經減壓閥2進入氧氣緩沖罐4,穩(wěn)壓在0.03?0.04[Mpa]，為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥6，由閥7調節(jié)氧氣流量，并經轉子流量計8計量，進入吸收塔9中，與水并流吸收。含富氧水經管道在解吸塔的頂部噴淋?？諝庥娠L機13供給，經緩沖罐14，由閥

16調節(jié)流量經轉子流量計17計量，通入解吸塔底部解吸富氧水，解吸后的尾氣從塔頂排出，貧氧水從塔底經平衡罐19排出。自來水經調節(jié)閥10,由轉子流量計17計量后進入吸收柱。由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關，所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計?？諝饬髁坑嬊把b有計前表壓計23。為了測量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計22。在解吸塔入口設有入口采出閥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。J- J- ■- '-1111111H:171J71圖-3氧氣吸收解吸裝置流程圖1、氧氣鋼瓶9、吸收塔17、空氣轉子流量計2、氧減壓閥10、水流量調節(jié)閥18、解吸塔3、氧壓力表11、水轉子流量計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、風機21、溫度計6、安全閥14、空氣緩沖罐22、壓差計7、氧氣流量調節(jié)閥15、溫度計23、流量計前表壓計8、氧轉子流量計16、空氣流量調節(jié)閥24、防水倒灌閥五、實驗內容及步驟1、 流體力學性能測定測定干填料壓降塔內填料事先已吹干。改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取10組數據。測定濕填料壓降固定前先進行預液泛，是填料表面充分潤濕。固定水在某一噴淋量下(90、110、130)，改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取6?8組數據。2、 傳質實驗②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，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行氧含量的測定，并且富氧水與貧氧水同時進行取樣。用測氧儀分析其氧的含量。測量時，對于富氧水，取分析儀數據由增大到減小時的轉折點為數據值；對于貧氧水，取分析儀數據由變小到增大時的轉折點為數據值。同時記錄對應的水溫。實驗完畢，關閉氧氣減壓閥，再關閉氧氣流量調節(jié)閥，關閉其他閥門。檢查無誤以后離開。六、 實驗數據及處理1、空塔時速度和壓降的關系圖€=,x0.052=0.007854m2V/m3?h-110121416182022242628…p/kp0.21表-1空塔時速度和壓降的關系以第一組數據為例進行計算：氣速100.007854x3600—0.3537m/slgu—lg0.3537—-0.4514lg…p—lg0.21—-0.6778lgulg…p0按上述公式求解出他流量下的lgu、lg…p，列表如下:用Excel做圖:101213151618192090110130表-3濕塔時速度和壓降的關系

按上述公式求解出他流量下的igu、lg€p，列表如下:7—!90110130表-4濕塔時速度和壓降計算結果圖-5濕塔時速度和壓降的關系圖2?、液相體積總傳質系數Ka及液相總傳質單元高度HOLx實驗室p二90kp t=20。C空氣溫度(C)水溫(C)孔板壓降(kp)渦輪流量(m3…h(huán)?1)空氣壓力(kp)壓降(kp)平氧水(mg/L)富氧水(mg/L)Q二90L/h平均Q二110L/h平均Q二130L/h平均表-6儀表讀數數據及平均值

以Q€90L/h的平均值為例計算如下：①亨利系數的計算根據氧氣不同溫度下的亨利系魏€(-8.5694xl0-5t2,0.07714t+2.56)x106實驗條件下E=X10-5X202X20+2.56)X106=x106kp4.0685x10690€45205.8②填料層體積的計算V=n2x0.8=6.28x10-3m3p單位時間氧的解吸量G的計算A進塔和出塔的氣相濃度歹]€歹2=y€0.21p€90,—xp€90,—x0.60€90.30kp2塔壓降 2y0.21x€x€ € €4.645x10-6e1 e2m45205.8?€1000kg/m3tL€Qx10-3x?L€Qx10-3x?/Mt水C x10-3貧氧MX€ 氧氣 €5kmol/h188.58x10-332 €4.83x10-6C x10-3富氧12.43x10-3MC x10-3富氧12.43x10-3M氧氣 32—€6.99x10-61C x10-3 ?貧氧 ,t-MM氧氣 水,一32 18cx10-3 ? 12.43x10-31000富氧 +t +M M 32 18氧氣 水€L(€L(x-x)=5x.99x10-6一4.83x10-6)€1.08x10-5kmol/m2?h④對數平均濃度差AX的計算mAXm-x-x-xe1(6.99x10-6-4.645x10-6)-(4.83x10-6-4.645x10-6) ° “ €8.504x10-7.「(6.99x10-6—4.645x10-6),ln[ ](4.83x10-6—4.645x10-6)⑤液相體積總傳質系數Ka的計算xKa=Ga= 1.08?10「5 =202228kmol/(m3，h)xV?…X 6.28x10-3?8.504x10-7Pm⑥液相總傳質單元高度系數H 的計算OLL 4.99H= = =0.314mOLKaQ202228?7.85?10-3X同理可求解得當Q=11090L/h時，液相體積總傳質系數Ka=1863.44kmol/C3-h)x液相總傳質單元高度系數H=0.566mOL當Q=13090L/h時，液相體積總傳質系數Ka=1293.43kmol/(n3-h)x液相總傳質單元高度系數H=0.752mOL六、實驗結論及誤差分析：1、實驗結論通過實驗所得的填料塔壓降與空塔氣速關系圖；得出了90L/h時的液相體積總傳質系數Ka=2022.28kmol/Cm3，h),液相總傳x質單元高度系數H=0.314m；OL110L/h時的液相體積總傳質系數Ka=1863.44kmol/C3-h)，液相總傳質x單元高度系數H=0.566m；OL130L/h液相體積總傳質系數Ka=1293.43kmol/C3-h)，液相總傳質單元x高度系數H=0.752m。OL2、誤差分析測量過程中儀器的顯示數值不穩(wěn)定，在上下擺動；實驗過程中出現氧氣突然停止供應的現象影響了實驗的準確性。七、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，出現載點，壓降—氣速線向上彎，斜率變陡。到液泛點后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。工業(yè)上，吸收在低溫、加壓，在進行而解吸在高溫、常壓下進行，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，隨壓強的升高而升高。所以吸收時要在低溫、加壓的情況下進行比較好，而解吸在高溫、低壓下進行。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：對于易溶氣體而言，其主要的阻力來自溶質從氣相到氣液界面擴散的阻力，從氣液界面到溶液的過程所受到的阻力相對來說很小，所以在吸收過程顯示為氣膜控制過程；而對于難溶氣體，吸收時受到的主要阻力是在氣液界面到液相的過程中產生，而在氣相到氣液界面的阻力相對來說很小，所以其吸收的過程