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1、一、实验目的1.了解填料塔的一般结构及吸收操作的流程。2.观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。3.掌握总传质系数Kxa的测定方法并分析其影响因素。4.学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。二、实验原理本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Kxa，并进行关联，得Kxa=ALaVb的关联式。同时对不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。1.填料塔流体力学特性气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中P/Z对G作图得到一条斜率为1.
2、82的直线（图1中的aa线）。而有喷淋量时，在低气速时（c点以前）压降也比例于气速的1.82次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明汽液两相流动的相互影响开始出现。压降气速线向上弯曲，斜率变徒（图中cd段）。当气体增至液泛点（图中d点，实验中可以目测出）后在几乎不变的气速下，压降急剧上升。 图1 填料层压降-空塔气速关系2.传质实验 填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行。需要完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高
3、度法。 本实验对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相平衡服从亨利定律，可用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。得速率方程式： 相关的填料层高度的基本计算式为： 其中， 由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx。由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡系下方，在实验是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。三、实验装置流程1.基本数据 解吸塔径=0.1m,吸收塔径=0.032m，填料层高度0.8m（陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹网填料）和0.83m（金属环）
4、。表1 填料参数瓷拉西环金属环12121.3mm10100.1mmat=403m2/ m3at540m-1=0.764 m3/ m30.97at/=903m2/ m32.实验流程图2是氧气吸收解吸装置流程图。氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4，稳压0.03-0.04MPa，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6，由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9，与水并流吸收。富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机13供给，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量进入吸收塔。由于气体流量
5、与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量前装有计前表压计23。为了测量填料层压降，解析塔装有压差计22。在解析塔入口采出阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀20取样。两水样液相浓度由9070型测氧仪测得。四、实验步骤及注意事项 1.填料塔的流体力学性能测定（1）熟悉实验流程。（2）装置上电，仪表电源上电，打开风机电源开关。（3）测定干塔填料塔的压降，即在进水阀1关闭时，打开进气阀2并调节流量，分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀6要关闭，否气体会走短路，尾气放空阀4全开。（4）测定湿填料压降 测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。 固定
6、水在某一喷淋量下，改变空气流量,测定填料塔压降，测取810组数据。 实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减小，否则图中泛点不容易找到。密切观察填料表面气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍稍增加气量，再取一、二个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。（5）注意空气转自流量计的调节阀要缓缓开启和关闭，以免撞破玻璃管。2.填料塔的吸收传质性能测定（1）打开氧气钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），氧气减压后进入缓冲罐，罐内
7、压力保持0.030.04MPa，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水钱要关闭防倒灌阀24，或先通入氧气后通水。（2）传质实验操作条件选取 水喷淋密度1015m3/m2*h，空塔气速0.50.8m/s氧气入塔流量为0.010.02m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在19.9ppm。（3）塔顶和塔底液相氧浓度测定： 分别从塔顶与塔底取出富氧水和贫氧水，用测氧仪分析各自氧的含量。（测氧仪的使用见附录）（4）实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀2及调节阀8。检查总电源几各管路阀门，确实安全后方可离开。五、 实验数据（附页）标
8、准状态：T1=20 P1=101.3KPa湿物料流体力学性能测定数据(水流量恒为150L/h)六、实验数据处理序号空气温度T2/空气流量V1/(m3/h)空气的压强P2/Pa压降P/ Pa压差计读数压差压差计读数压差114.042085102010651975199318282120980114020601985753122185920126523452165180416226084514152490220029052023707351635275022505006242495615 1880290023205807282670460221029502490460832287025026203
9、00025005001. 填料塔的流体力学性能测定组号空气流V1m3/h空气流V2m3/hu(m/s)lgulg P14372.6813.191.1311.25528696.3325.281.4031.875312941.2834.171.5342.2554161122.0040.811. 6112.4605201213.7844.151.6452.7006241266.7244.821.6512.7637281257.1744.481.6482.6628321211.9342.881.6322.700以第一组数据为例：使用状态下的空气流量V2 V2=V1*P1*T2/(P2*T1)V1空气转
10、子流量计示值m3/hT1、P1标定状态下空气的温度和压强KKPaT2、P2使用状态下空气的温度和压强KKPaV2=V1*P1*T2/(P2*T1)=4*101.3*287.15/(1.065*293.15)=372.68m3/hV2=1/4u d=0.1m 可得： u=13.19 m/slgu=1.131m/s lg P=lg18=1.255 填料塔层降和空塔气速关系图2.传质实验：水流量LL/h填料层压降PPa富氧水含量mg/L贫氧水含量mg/L水温150230 12 6.5 20水温为20时，可查得：水的密度为998.2kg/m3 可求得：x1=12mg/L=6.7610-6 x2=6.5
11、mg/L=3.6610-61.单位时间氧解吸量GA L=370 L/h=150998.218=8.32kmol/hGA=L（x1-x2）=8.32（6.7610-6-3.6610-6）=2.579210-5 kmol/h2.对数平均浓度差Xm 氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取：E=-8.569410-5t2+0.07714t+2.56106 （KPa） =-8.569410-5293.152+0.07714293.15+2.56106 = 1.781107KPaP=大气压+1/2（填料层压差）=101.325+1/20.23=101.44KPam=E/P=1.781107/101.44
12、=1.756105进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1 y1=y2=0.21 x1*=x2*= y2/m=0.21/ 1.756105 =1.19610-6代入数据得：Xm=3.8110-63. 液相总体积传质系数 Kxa （Kmol/(m3h)） Kxa= GA/（VpXm）= GA/(1/4HXm） =2.579210-5 /(1/43.140.120.83.8110-6) =1077.95Kmol/(m3h)4. 液相总传质单元高度HoL(m) HoL=8.32/（1077.951/43.140.12)=0.983m七、结果分析与讨论由上图看出本次实验前几组比较正确，后几组就不那么准确了。
13、误差存在的可能原因是：1、 与氧气的接触时间不够，吸氧不充分。2、 实验仪器本身就存在一定的系统误差。3、 在读数时，数据变化较快，无法精确读取。4、 计算过程中小数点的取舍，也可能导致结果有一定的偏差。5、 后几组流量的变化太小，导致作图时点都聚在了一个地方。八、思考题解答1. 填料塔在一定喷淋量时，气相负荷应控制在那个范围内进行操作？答：水喷淋的密度取10 15m3/m2h，空塔气速则维持在0.50.8m/s左右，氧气流量为0.010.02m3/s左右。2. 通过实验观察，填料塔的液泛首先从哪一部位开始？答：液泛由塔底开始。直径一定的塔，可供气、液两相自由流动的截面是有限的。二者之一的流量若增大到某个限度，降液管内的液体便不能顺畅地流下；当管内的液体满到上层板的溢流堰顶时，便要漫到上层板，产生不正常积液，最后可导致两层板之间被泡沫液充满。这种现象，称为液泛，亦称淹塔。由定义可知，液泛即从塔底开始，由下至上。3. 欲提高传质系数，你认为应采取哪些措施？答：可以通过提高液体的流速，以加强液相德湍流程度来提高传质系数。
