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1、化工原理实验报告在化工生产中，我们经常需分离混合物中的各个组分，或者是以回收混合物 中的有用物质，以制取产品为目的，或者是以除去其中有害成分为目的，而实际 过程往往同时兼有净化和回收双重目的，因此吸收和解吸操作作为物质分离单元 操作的一种，对其加以研究，对化工及相关过程工业的设计、生产和科研具有重 要意义。通过测定填料层压降和空塔气速,了解填料塔流体力学特性。传质实验 中则通过设定不同的操作条件，研究各种因素对于液相体积总传质系数Ka的影 x 响并计算液相总传质单元高度 HOL。一、实验目的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、掌握总传质系数Ka
2、的测定方法并分析影响因素。x4、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、实验原理本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Ka，并进行x关联，得到 K a ALaV b 的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学x性能进行比较。本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。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，此压 降对气速作图可得一斜率为1.8-2的直线（图中aa 线）。当有喷淋量时，在低
3、气速下（ c 点以前）压降也 正比于气速的 1.8- 2 次幂，但大于同一气速下干填料 的压降（图中 bc 段）。随气速的增加，出现载点（图1 中 c 点），持液量开始增大，压降-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，需要计算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度法。本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡 关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此
4、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式为：G = KaV AxA x p mK a = G / V Axx A p m其中ix - xIn 2e 2x -x1e1Ax _ (x2 一 xe 2)-(xi 一 J)m=L(x - x )21二 H NOL OLH = Z / NOL OL相关的填料层高度的基本计算式为：Z _ L j x 2dxK a 0 x1 x - x x1 e其中N _Jx2oLx1 x - x1ex - x_ T +Axm_ Lol K a0x式中： g一单位时间内氧的解吸量kmol/m3h;K a 一总体积传质系数kmol/m3hAx
5、;xV 一填料层体积m3;PAx 液相对数平均浓度差；mx 一液相进塔时的摩尔分率（塔顶）;2x 一与出塔气相 y1 平衡的液相摩尔分率（塔顶）;e2x 一液相出塔的摩尔分率（塔底）;1x 一与进塔气相 y2 平衡的液相摩尔分率（塔底）;e1Z 填料层高度m；O 塔截面积m2；L 解吸液流量Kmol/h；H 以液相为推动力的传质单元高度OLN 以液相为推动力的传质单元数 OL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K =k ,由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Ka，应增大x xx液相的湍动程度。在yx图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中还是一条
6、平行于 横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。三、实验装置流程图及主要测试仪器表1. 基本数据：解吸塔径e=0.1m，吸收塔径e=0.032m，填料层高度0.83m （金属8环， 参数:（10x10x0.1 ） mm , a1540m-i ,=0.97m3/m3 ）2. 流程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0.03 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中，自来水经水转子流量计调节流量，由转子流 量计计量后进入吸收塔。在吸收塔内氧气与水并流接触，形成富氧水，富氧水经 管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机
7、13供给，经缓冲罐14，由空气流量调节 阀 16调节流量经空气转子流量计17计量，通入解吸塔底部，在塔内与塔顶喷 淋的富氧水进行接触，解析富氧水，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。1、氧气钢瓶9、吸收塔17、空气转子流量计2、氧减压阀10、
8、水流量调节阀18、解吸塔3、氧压力表11、水转子流量计19、液位平衡罐4、氧缓冲罐12、富氧水取样阀20、贫氧水取样阀5、氧压力表13、风机21、温度计6、安全阀14、空气缓冲罐22、压差计7、氧气流量调节阀15、温度计23、流量计前表压计8、氧转子流量计16、空气流量调节阀24、防水倒灌阀四、实验操作要点1、流体力学性能测定（1）、测定干填料压降a、事先吹干塔内填料。b、改变空气流量，测定填料塔压降，测取10组数据。（2）、测定湿填料压降a、测定前进行预液泛，使填料表面充分润湿。b、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10组数 据。c、实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过
9、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/(m2h)，空塔气速 0.50.8m/s氧气入塔流量为0.010.02 m3/h，适当调节氧气流量
10、，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、实验数据处理1计算并确定干填料及一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速u下，与其相 应的单位填料高度
11、压降Ap/Z的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点 与载点。干塔数据组数V/(m3/h)t/C空气表压 /Pa压降 P/KPaP/Z大气压P/PaV2/(m3/h)u/(m/s)1818112070931024207.92900.280621220122013017310252011.92840.422131620144025033310274015.88750.562242122167043057310297020.89990.739652624197057076010327025.92590.9174631262380790105310368030.95411.09537352827
12、201020136010402035.00751.2388湿填料塔水流量120L/h组数V/(m3/h)t/C空气表压P/Pa压降 P/KPaP/Z大气压P/PaV2/(m3/h)u/(m/s)1234137028037310267012.20100.43171634162048064010292016.24820.57501834182060080010312018.26150.64622034203074098710333020.26990.7173233423501000133310365023.27440.8236263428101400186710411026.25200.92892
13、93433401940258710464029.20681.0335313857104330577310701031.07381.0996以干塔第一组数据计算为例，V P T o .101300 x 291.15V = V,2 二 8二 7.9290m3 / h2 i PT .102420 x 293.152 1n X 0.052u 十二 ”290/3600 二 0.2806m / sQ计算实验条件下(一定喷淋量、一定空塔气速)的液相体积总传质系数K a及x液相总传质单元数H 。OL原始数据表格：水流量120L/h=120/18kmol/h=6.667kmol/h ;空气流量20m3h组数水流量(L/h)空气流量(m/h)富氧浓度 (mg/L)11/C贫氧浓度 (mg/L)12/C压降 P/Pa11202019.2611.512.0611.461019.3311.412.1111.421202621.6710.612.1411.3128021.310.612.0511.331402020.6611.212.2111.874021.5211.112.5111.3经数据处理得到下表：组 数t/CE/ kPaP/ kPamx1/10-6x2/10-6Xe1/10-6Xe2/10-6AXm/1
