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1、北京化工大学 化原实验报告学院名化学工程学院班 级：同组人员课程名称实验名称实验日期号：环工1302郑豪，刘定坤，邵鑫 化工原理实验氧解吸实验2014-4-15实验名称：氧解吸实验报告摘要：本实验首先利用气体分别通过干填料层、湿填料层，测流体流动引起的填料层压 降与空塔气速的关系，利用双对数坐标画出关系。其次做传质实验求取传质单元 高度，利用Ka=G /xxA)AX(x -x )-(x -x )2 e21e2皿(L2)(x - x )1e1G =L(x -x )求出A 2 1OLKXa一、实验目的及任务：1）熟悉填料塔的构造与操作。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
2、液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。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、基本原理：本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后，送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需要测定不同液量和气量下的解吸液相体积总传质系数Ka，并进行关联，得到Ka=ALaVb xx 关联式，同时对四种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。填料层压降空塔气速关系示意图如下，在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为 1.82的直线（图中aa）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降
3、正比于气速的1.82次幕, 但大于相同气速下干填料的压降（图中 bc 段）。随气速的增加，出现载点（图中 c 点），持 液量开始增大，压降一气速线向上弯，斜率变陡（图中cd段）。到液泛点（图中d点）后,在几乎不变的气速下，压降急剧上升。2、传质实验在填料塔中，两相传质主要在填料有效湿表面上进行，需要计算完成一定吸收任务 所需的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。本实验是对富氧水进行解吸，如图下所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两 相平衡关系服从亨利定律，及平衡线位置线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓 度差计算填料层传质平均推动力。整理得到相应的传质速率方程为其中A
4、X =巴丸)7S 一 J/ mln(X2 - Xe2)(x 一 x )1 e1Ga=L 今）Vp=z0相关填料层高度的基本计算式为K ax x 一 xolx 2 eoL即HOL=Z / NoL其中x dxx 一 xN xi丄2LoLx x 一 xAx2 em7OL= K aOX式中 GA A单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2h)Z 二 LJx丄二 H NKa液相体积总传质系数，kmol/（m3h）xVp填料层体积，m3 xm液相对数平均浓度差x 液相进塔时的摩尔分数（塔顶）2x 与出塔气相 y 平衡的摩尔分数（塔顶） e21x 液相出塔的摩尔分数（塔底）1x 与进塔气相 y 平衡的摩尔分数
5、（塔底） e11Z填料层高度，m0塔截面积，m2L解吸液流量，kmol/（m2h）Hol以液相为推动力的总传质单元高度，mNol以液相为推动力的总传质单元数由于氧气为难容气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高液相体积总传质系数Ka，应增大液相的湍动程x x x度即增大喷淋量。三、装置和流程图：实验仪器：吸收塔及解吸塔设备、9070 型测氧仪吸收解析塔参数解析塔径=O.lm,吸收塔径=0.032m,填料高度0.8m（陶瓷拉西环、星形填料和金属 波纹丝网填料）和0.83m（金属0环）。填料数据如下：陶瓷拉西环金属0环属波纹丝网填料星
6、形填料（塑料）(12xl2xl.3)mm(10x10x0.1)mmCY型(15x8.5x0.3)mmat=850m2/m3at=403m2/m3= 0.764m3/ m3at=540m2/m3= 0.97m3/ m3at=700m2/m3= 0.85m3/ m3实验流程图：（参照教材和实际工艺流程）下图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， 稳压在0.030.04Mpa，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 中，与水并流吸收。含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
7、阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔底 部解吸富氧水，解吸后的尾气从塔顶排出，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计量后进入吸收柱。由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量 计前装有计前表压计 23。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计22。在解吸塔入口设有入口采出阀 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。两水样液相氧浓度由 9070 型测氧仪测得。排入地沟氧气吸收与解吸实验流程图1、氧气钢瓶 2、氧减压阀 3、氧压力表 4、氧缓冲罐 5、氧压力表 6、安全阀 7、氧气流量调节阀
8、8、氧转子流量计 9、吸收塔 10、水流量调节阀 11、水转子流量计 12、富氧水取样阀 13、风机 14、空气缓冲罐 15、温度计 16、空气流量调节阀 17、空气转子流量计 18、解吸塔 19、液位平衡罐20、贫氧水取样阀 21、温度计 22、压差计 23、流量计前表压计 24、防水倒灌阀四、实验步骤：（参照教材和实际工艺流程）1. 流体力学性能测定（1）测定干填料压降1 事先吹干塔内填料。2 待填料塔内填料吹干以后，改变空气流量，测定填料塔压降，测取68 组数据。（2）测定湿填料压降1 测定前进行预液泛，使填料表面充分润湿。2 固定水在某一喷淋量下，改变空气流量，测定填料塔压降，测取81
9、0 组数据。3 实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大。小心增加气体流量，使液泛现象平 稳变化。调好流量后，等各参数稳定后再取数据。着重注意液泛后填料层压降在几乎不 变的气速下明显上升的这一特点。注意气量不要过大，以免冲破和冲泡填料。（3）注意空气流量的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。2. 传质实验a、将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.040.05MPa,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，开水前要关闭防 倒灌，或先通入氧气后通水。b、传质实验操作条件选取：水喷淋密度取1015m3/（m2 h）,空塔气速0.50.8m/s氧 气入塔流
10、量为0.010.02 m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在 不大于 19.9mg/l。c、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，注意在每 次更换流量的第一次所取样品要倒掉，第二次以后所取的样品方能进行氧含量的 测定，并且富氧水与贫氧水同时进行取样。d、用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水，取分析仪数据由增大到减小时 的转折点为数据值；对于贫氧水，取分析仪数据由变小到增大时的转折点为数据 值。同时记录对应的水温。e、实验完毕，关闭氧气减压阀，再关闭氧气流量调节阀，关闭其他阀门。检查无误 以后离开。五、实验数据及处理：1.填料塔压降与空塔气速关系图a
11、）干塔数据计算原始数据：表1干床数据T=36.7oC, d=0.1m, h=0.8m序号空气流量（m3/h）空气压力（kPa）填料塔压降（kPa）1405.331.422353.971.063302.820.754251.930.525201.250.346150.730.207100.350.10处理数据：表2干床数据处理序号校正空气流量流速单位高度压差logulog(AP/z)(m3/h)(m/s)(kPa/m)140.171.421.780.150.25235.601.251.330.100.12330.851.080.940.03-0.03425.930.900.65-0.05-0.1
12、9520.880.720.43-0.14-0.37615.740.540.25-0.26-0.60710.530.360.13-0。44-0.90干塔压降与液速关系图：P/z干塔拟合曲线-rM-奮压度高位单ub）湿塔数据计算原始数据：表3 湿床数据序号空气流量空气压力填料塔压降(m3/h)（kPa）（kPa）170.260.19290.400.223110.550.244130.750.335150.980.446171.260.597191.600.768212.091.169232.741.6310253.682.2111264.372.83处理数据：表4湿床数据处理序号校正空气流量（m3
13、/h）流速(m/s)单位高度压差（kPa/m）logulog(AP/z)17.320.250.24-0.60-0.6229.400.330.28-0.49-0.56311.470.400.30-0.40-0.52413.530.470.41-0.33-0.38515.570.540.55-0.27-0.26617.600.610.74-0.21-0.13719.600.680.95-0.17-0.02821.570.751.45-0.120.16923.470.822.04-0.090.311025.280.892.76-0.050.441126.670.933.54-0.030.55湿塔压降与液速关系图：湿塔拟合曲线鼠压度高位单干塔、湿塔压降与液速曲线流速u奮压度高位单计算实例（以干塔第一组数据为例）：流量校正：V 二 V X 厶 22 1 p T21=40 x101.325 x 309.85(101.32
