1、北京化工大學化原實驗報告 學 院： 化學工程學院 姓 名： 婁錚 學 號： 2013011345 班 級： 環工1302 同組人員： 鄭豪，劉定坤，邵鑫 課程名稱： 化工原理實驗 實驗名稱： 氧解吸實驗 實驗日期： 2014-4-15 實驗名稱： 氧 解 吸 實 驗報告摘要：本實驗首先利用氣體分別通過干填料層、濕填料層，測流體流動引起的填料層壓降與空塔氣速的關系，利用雙對數坐標畫出關系。其次做傳質實驗求取傳質單元高度，利用Kxa=GA /（Vpx m） GA=L（x2-x1）求出 HOL=一、實驗目的及任務：1) 熟悉填料塔的構造與操作。2) 觀察填料塔流體力學狀況，測定壓降與氣速的關系曲線。

2、3) 掌握液相體積總傳質系數Kxa的測定方法并分析影響因素。學習氣液連續接觸式填料塔，利用傳質速率方程處理傳質問題的方法。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行解吸，實驗需要測定不同液量和氣量下的解吸液相體積總傳質系數Kxa，并進行關聯，得到Kxa=ALaVb關聯式，同時對四種不同填料的傳質效果及流體力學性能進行比較。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律相一致。填料層壓降空塔氣速關系示意圖如下，在雙對數坐標系中，此壓降對氣速作圖可得一斜率為1.82的直線（圖中aa）。當有噴淋量時，在低氣速下（c點以前

3、）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，出現載點（圖中c點），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（圖中d點）后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。lg ualgpabcd填料層壓降空塔氣速示意2、傳質實驗在填料塔中，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，如圖下所示。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，及平衡線位置線，操作線也是直線，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

4、理得到相應的傳質速率方程為x1y1y2x2GA=KxaVpx m 即Kxa= GA / （Vpx m）其中GA=L（x2-x1） Vp=Z 相關填料層高度的基本計算式為即 其中 ，HOL=式中GA單位時間內氧的解吸量，kmol/(m2h) Kxa液相體積總傳質系數，kmol/(m3h) Vp填料層體積，m3 x m液相對數平均濃度差x2液相進塔時的摩爾分數（塔頂）xe2與出塔氣相y1平衡的摩爾分數（塔頂）x1液相出塔的摩爾分數（塔底）xe1與進塔氣相y1平衡的摩爾分數（塔底）Z填料層高度，m塔截面積，m2L解吸液流量，kmol/(m2h)HOL以液相為推動力的總傳質單元高度，mNOL以液相為推

5、動力的總傳質單元數由于氧氣為難容氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質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系數Kxa，應增大液相的湍動程度即增大噴淋量。三、裝置和流程圖：實驗儀器：吸收塔及解吸塔設備、9070型測氧儀吸收解析塔參數解析塔徑=0.1m，吸收塔徑=0.032m，填料高度0.8m(陶瓷拉西環、星形填料和金屬波紋絲網填料)和0.83m(金屬環)。填料數據如下：陶瓷拉西環金屬環屬波紋絲網填料星形填料(塑料)(12×12×1.3)mmat=403m2/m3= 0.764m3/ m3(10×10×0.1)mm

6、at=540m2/m3= 0.97m3/ m3CY型at=700m2/m3= 0.85m3/ m3（15×8.5×0.3)mmat=850m2/m3實驗流程圖：（參照教材和實際工藝流程）下圖是氧氣吸收解吸裝置流程圖。氧氣由氧氣鋼瓶供給，經減壓閥2進入氧氣緩沖罐4，穩壓在0.030.04Mpa,為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥6，由閥7調節氧氣流量，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。空氣由風機13供給，經緩沖罐14，由閥16調節流量經轉子流量計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

7、排出。自來水經調節閥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有關，所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計。空氣流量計前裝有計前表壓計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。氧氣吸收與解吸實驗流程圖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、氧氣流量調節閥 8、氧轉子流量計9、吸收塔 10、水流量調節閥 11、水轉子流量計 12、富氧水取樣閥 13、風機 14、空氣緩沖罐 15、溫度計 16、空

8、氣流量調節閥 17、空氣轉子流量計 18、解吸塔 19、液位平衡罐20、貧氧水取樣閥 21、溫度計 22、壓差計 23、流量計前表壓計 24、防水倒灌閥四、 實驗步驟：(參照教材和實際工藝流程)1.流體力學性能測定（1）測定干填料壓降1事先吹干塔內填料。2待填料塔內填料吹干以后，改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取68組數據。（2）測定濕填料壓降1測定前進行預液泛，使填料表面充分潤濕。2固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取810組數據。3實驗接近液泛時，進塔氣體的增加量不要過大。小心增加氣體流量，使液泛現象平穩變化。調好流量后，等各參數穩定后再取數據。著重注意液泛后填料層壓降

9、在幾乎不變的氣速下明顯上升的這一特點。注意氣量不要過大，以免沖破和沖泡填料。（3）注意空氣流量的調節閥要緩慢開啟和關閉，以免撞破玻璃管。2.傳質實驗a、將氧氣閥打開，氧氣減壓后進入緩沖罐，罐內壓力保持0.040.05MPa，不要過高，并注意減壓閥使用方法。為防止水倒灌進入氧氣轉子流量計中，開水前要關閉防倒灌，或先通入氧氣后通水。b、傳質實驗操作條件選取：水噴淋密度取1015m3/(m2h)，空塔氣速0.50.8m/s氧氣入塔流量為0.010.02 m3/h，適當調節氧氣流量，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定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水，注意

10、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。d、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。e、實驗完畢，關閉氧氣減壓閥，再關閉氧氣流量調節閥，關閉其他閥門。檢查無誤以后離開。五、實驗數據及處理：1.填料塔壓降與空塔氣速關系圖a)干塔數據計算原始數據：表1干床數據 T=36.7oC，d=0.1m，h=0.8m序號空氣流量（m3/h）空氣壓力（kPa）填料塔壓降（kPa）1405.331.422353.971.

11、063302.820.754251.930.525201.250.346150.730.207100.350.10處理數據： 表2干床數據處理序號校正空氣流量（m3/h）流速（m/s）單位高度壓差（kPa/m）logulog(P/z)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干塔壓降與液速關系圖：b)濕塔數據計算原

12、始數據：表3濕床數據 T=34.1 oC，d=0.1m，h=0.8m序號空氣流量（m3/h）空氣壓力（kPa）填料塔壓降（kPa）170.260.19290.400.223110.550.244130.750.335150.980.446171.260.597191.600.768212.091.169232.741.6310253.682.2111264.372.83處理數據： 表4濕床數據處理序號校正空氣流量（m3/h）流速（m/s）單位高度壓差（kPa/m）logulog(P/z)17.320.250.24-0.60-0.6229.400.330.28-0.49-0.56311.470.

13、400.30-0.40-0.52413.530.470.41-0.33-0.38515.570.540.55-0.27-0.26617.600.610.74-0.21-0.13719.600.680.95-0.17-0.02821.570.751.45-0.120.16923.470.822.04-0.090.311025.280.892.76-0.050.441126.670.933.54-0.030.55濕塔壓降與液速關系圖：干塔、濕塔壓降與液速曲線計算實例（以干塔第一組數據為例）：流量校正：流速確定： 單位塔高壓降確定： 濕塔數據處理與干塔相同。2.傳質系數與傳質單元高度求取原始數據：表

14、5傳質數據 d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧氣流量Q=0.25 m3組別空氣流量（m3/h）空氣壓力（kPa）填料塔壓降（kPa）氧氣濃度頂（mg/L）氧氣濃度底（mg/L）富氧水溫度（oC）富氧水溫度（oC）1150.870.4518.688.5828.426.31150.870.4518.638.5828.626.12140.780.4119.298.3929.126.32140.780.4119.318.4028.826.2處理數據： 表6傳質數據處理表 d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧氣流量Q=0.25m3組別校正空氣流量（m3/h）平均溫度

15、（oC）亨利常數E液體流量（mol/h）氣體流量（mol/h）亨利常數m115.2527.3546056782031.250.011545067.55115.2527.3546056782031.250.011545067.55214.2627.746310262031.250.012545355.52214.2527.546165442031.250.012545213.69表7傳質數據處理表 d=0.1m，h=0.8m，水流量=65L/min,氧氣流量Q=0.25m3組別平衡組成xe1（2）(×106)塔頂組成x1(×105)塔底組成x2(×106)平均推動力

16、Dxm(×106)系統總壓P總（Kpa）傳質系數Kxa(mol/h)傳質單元高度HoL（m）14.661.054.831.60102.19511509830.70614.661.054.831.59102.19511494230.70724.631.094.721.44102.10513727010.59224.641.094.721.41102.10514065000.5784.實驗數據處理Kxa測定(以第一組數據為例)：計算實例（以第一組第一次測量數據為例）：流量校正：塔溫：亨利系數確定：系統總壓確定：亨利系數:平衡濃度：塔頂（底）摩爾分率計算：同理：平均推動力：液體流率：氣體流

17、率：填料塔體積：傳質系數的確定：傳質單元高度：六、實驗結論及誤差分析：1.流體力學性能測定填料層壓降在雙對數坐標系中，此壓降對氣速作圖可得一斜率為1.82的直線。當有噴淋量時，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，出現載點，持液量開始增大，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。2.傳質實驗液相體積總傳質系數Kxa與液量正相關，而與氣量基本無關。這是由于氧氣極難溶于水，因而本系統是液膜控制系統，Kxa近似等于kxa，故液相體積總傳質系數Kxa僅與液量有關，與氣量無關。3.誤差分析：系統誤差，如流體的波動、轉子流量計

18、不在20攝氏度，1大氣壓下測量。人為誤差，如讀取數據時儀表的不穩定性可導致誤差，在數據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系成一條直線，是線性相關的兩個變量；濕料塔壓降線與干料塔有所不同，其在氣速達到一定值時，會出現液泛點而呈折線。且壓降在氣速達到一定值后急劇上升。2 工業上，吸收在低溫、加壓，在進行而解吸在高溫、常壓下進行，為什么？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。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

19、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過三個步驟：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，所以其吸收的過程顯示為液膜控制過程。4 試計算實驗條件下實際液氣V/L比是最小液氣比(V/L)min的多少倍？以第一組數據為例：實際液體流量如上表L=2031.25mol/h實際氣體流量V=15.25m3/h=680.8

20、mol/h實際實際液氣比為最小液氣比的1551倍5 填料塔結構有什么特點？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。液體從塔頂經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，經氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進行傳質。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質設備，兩相組成沿塔高連續變化。上機仿真實驗數據處理干塔原始數據 h=0.75m,d=0.1m編號空氣流量(m3/h)空氣表壓(pa)塔壓降(pa)塔頂表壓(

21、pa)空氣溫度1473932.35728.644152.420242.33922.98595.853737.920339.953921.79474.463530.620437.63925.84341.743323.320535.253917.02275.643116.120630.553914.95221.582701.520728.23918.58181.962494.220825.853913.29151.602287.020923.53911.84125.262079.7201021.153910.09102.981872.4201118.83908.2183.031665.220干塔數

22、據處理編號空氣校正流量(m3/h)流速u(m/s)單位塔壓降(pa/m)lnuln(p/z)145.241.60971.530.4716.879240.721.44794.460.3656.678338.461.36632.620.3086.450436.201.28455.660.2486.122533.941.20367.520.1835.907629.411.04295.430.0405.688727.150.96242.62-0.0405.491824.890.88202.14-0.1275.309922.630.80167.01-0.2225.1181020.360.72137.30

23、-0.3284.9221118.100.64110.70-0.4454.707干塔壓降與流速的關系濕塔原始數據編號空氣流量(m3/h)空氣表壓(pa)塔壓降(pa)塔頂表壓(pa)空氣溫度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