氧解析實驗____北京化工大學

1、氧解析實驗（金屬波紋絲網(wǎng)CY型）北京化工大學化工原理實驗報告 實驗名稱： 氧解吸實驗 班 級： 化工 學 號： 姓 名： 同 組 人：實驗日期： 2014.04.18 一、實驗摘要本實驗利用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水，送入解析塔頂再用空氣進行解析，測定不同液量和氣量下的解析液相體積總傳質系數(shù)，并進行關聯(lián)，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。由于富氧水濃度很低，氣液兩相平衡關系服從亨利定律。通過實驗熟悉填料塔的構造與操作，掌握液相體積總傳質系數(shù)的測定方法并分析影響因素，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。關鍵詞：傳質系數(shù)、氧吸收、氧解吸、填料層二、實驗

2、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。3、掌握液相體積總傳質系數(shù)Kxa的測定方法并分析影響因素。4、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。三、基本原理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(shù)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）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(xiàn)載點（圖中c點），持液量開始增大，壓降

3、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(shù)、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(shù)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為，即式中 ： 相關填料層高度的基本計算式為：圖-2 富氧水解

4、吸實驗 即 式中： ，其中：_單位時間內氧的解吸量，kmol/(m2h)；Kxa_液相體積總傳質系數(shù)，kmol/(m3h)；a_單位體積內具有的有效吸收表面，m2/m3；Vp填料層體積，m3；液相對數(shù)平均濃度差；液相進塔時的摩爾分數(shù)（塔頂）；與出塔氣相y1平衡的摩爾分數(shù)（塔頂）；液相出塔的摩爾分數(shù)（塔底）；與進塔氣相y1平衡的摩爾分數(shù)（塔底）；Z填料層高度，m；塔截面積，m2；L解吸液流量，kmol/(m2h)；以液相為推動力的總傳質單元高度，m；以液相為推動力的總傳質單元數(shù)。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

5、液相體積總傳質系數(shù)Kxa，應增大也想的湍動程度即增大噴淋量。在y-x圖中，解析過程的操作線在平衡線下方，本實驗中是一條平行于橫坐標的水平線（因氧氣在水中濃度很?。?。本實驗在計算時，氣液相濃度的單位用摩爾分數(shù)而不用摩爾比，這是因為在y-x圖中，平衡線為直線，操作線也為直線，計算比較簡單。四、實驗裝置及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(jīng)減壓閥進入氧氣緩沖罐，穩(wěn)壓在0.030.04Mpa，為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥，當緩沖罐在壓力達到0.08MPa時，安全閥自動開啟。氧氣流量調節(jié)閥調節(jié)氧氣流量，并經(jīng)轉子流量計計量，進入吸收塔中。自來水經(jīng)水轉子流量計調節(jié)流量，由轉子流量計計量

6、后進入吸收塔。在吸收塔內氧氣與水并流接觸，形成富氧水，富氧水經(jīng)管道在解吸塔的頂部噴淋。空氣由風機供給，經(jīng)緩沖罐，由空氣流量調節(jié)閥調節(jié)流量經(jīng)空氣轉子流量計計量，通入解吸塔底部，在塔內與塔頂噴淋的富氧水進行接觸，解吸富氧水，解吸后的尾氣由塔頂排出，貧氧水從塔底經(jīng)平衡罐排出。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。為了測量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計。在解吸塔入口設有入口采出閥，用于采集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測氧儀測得。圖-3 氧氣吸收解吸裝置流程圖1、氧氣鋼瓶 2、氧減壓閥 3、氧壓力表

7、4、氧緩沖罐 5、氧壓力表 6、安全閥 7、氧氣流量調節(jié)閥 8、氧轉子流量計 9、吸收塔 10、水流量調節(jié)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、空氣流量調節(jié)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、防水倒灌閥五、實驗操作要點1、流體力學性能測定(1) 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68組數(shù)據(jù)。(2) 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，改變空氣流量，測定填料塔壓降

8、，測取810組數(shù)據(jù)。實驗接近液泛時，進塔氣體的增加量不要過大，否則圖1中的泛點不容易找到。密切觀察填料表面氣液接觸狀況，并注意填料層壓降變化幅度，務必等各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據(jù)，液泛后填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上升，務必要掌握這個特點。稍增加氣量，再取一兩個點即可。注意不要使氣速過分超過泛點，避免沖破和沖跑填料。(3)注意空氣流量的調節(jié)閥要緩慢開啟和關閉，以免撞破玻璃管。2、傳質實驗將氧氣閥打開，氧氣減壓后進入緩沖罐，罐內壓力保持0.040.05Mpa，氧氣轉子流量計保持0.3L/Min左右。為防止水倒灌進入氧氣轉子流量計重，開水前要關閉防倒灌閥，或先通入氧氣后通水。傳質實驗操作條件選?。核?/p>

9、噴淋密度取1015m3/(m2·h)，空塔氣速0.50.8m/s，氧氣入塔流量為0.010.02m3/h，適當調節(jié)氧氣流量，使吸收后的富氧水濃度控制在不大于19.9mg/L。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，用測氧儀分析其氧的含量。 實驗完畢，關閉氧氣時，務必先關氧氣鋼瓶總閥，然后才能關閉氧減壓閥及氧氣流量調節(jié)閥。檢查總電源、總水閥及各管路閥門，確實安全后方可離開。六、實驗數(shù)據(jù)處理. 填料塔流體力學特性1、干塔時空氣流速和塔壓降的關系曲線標準狀態(tài)下：t0=20， 表1：干塔原始數(shù)據(jù)塔徑，D=0.1m 填料層高度Z=0.75m組數(shù)氣溫t/空氣流量示值V0/m

10、3/h空氣壓強P/Pa全塔壓降P/Pa12451080142251011504532715122086429201400145532251590201634301850361以第二組數(shù)據(jù)為例進行計算：空氣壓差：(絕壓)=1150+101325=102475Pa其中使用狀態(tài)下，空氣流量： 處理完后得到下表： 表2：干塔時u與的關系組數(shù)校正流量V/m3/h塔截面積/m2空塔流速u/m/s LguLg(P/Z)15.007 0.0078540.1771 -0.7518 1.2711 210.028 0.0078540.3547 -0.4502 1.7782 315.087 0.0078540.533

11、6 -0.2728 2.0594 420.166 0.0078540.7132 -0.1468 2.2863 525.309 0.0078540.8951 -0.0481 2.4281 630.431 0.0078541.0763 0.0319 2.6824 2、濕塔速度與壓降的關系曲線液體噴淋量為143L/h表3：濕塔原始數(shù)據(jù)組數(shù)空氣流量示值V0/m3/h空氣壓強P/Pa全塔壓降P/Pa氣溫t/1511056538281145803831112601163841413601883851714802603961915903104072016503604082117803854192318605

12、38421025201063243處理方法和干塔類似，完后得到一下結果： 表4：濕塔時u與的關系組數(shù)校正流量v/m3/h 塔截面積m2 空氣氣速u/m/s lgu Lg(P/Z)15.123 0.0078540.1812 -0.7418 1.9379 28.196 0.0078540.2899 -0.5378 2.0280 311.263 0.0078540.3983 -0.3997 2.1894 414.328 0.0078540.5067 -0.2952 2.3991 517.416 0.0078540.6159 -0.2105 2.5399 619.485 0.0078540.6891

13、-0.1617 2.6163 720.505 0.0078540.7252 -0.1395 2.6812 821.551 0.0078540.7622 -0.1179 2.7104 923.632 0.0078540.8358 -0.0779 2.8557 1025.708 0.0078540.9092 -0.0413 2.9257 將表2和表4的數(shù)據(jù)用oringin軟件繪制雙對數(shù)坐標圖，如下： 圖1：填料層壓降空塔氣速雙對數(shù)坐標圖. 傳質實驗 表5：傳質實驗數(shù)據(jù)組數(shù)123水流量Q（m3/h）105氧氣流量l/min0.4全塔壓降/pa2485200空氣壓力p/pa110011851370富氧

14、水溫度15.615.515.9富氧水濃度mg/l25.225.626.43貧氧水溫度15.815.716.1貧氧水濃度mg/l11.1611.0610.70富氧水平衡濃度mg/l10.2610.3810.09貧氧水平衡濃度mg/l10.1110.2610.05空氣流量m3/h51015以第二組數(shù)據(jù)為例： 富氧水氧氣摩爾分數(shù)： 貧氧水氧氣摩爾分數(shù)：富氧水平衡氧氣摩爾分數(shù)：富氧水平衡氧氣摩爾分數(shù)： 液相對數(shù)平均濃度差： 解吸液流量： 單位時間內氧的解吸量：填料層體積： 液相體積總傳質系數(shù)： 總傳質單元高度：通過以上計算得到一下實驗結果：表6：傳質實驗計算結果 空氣流量物理量510150.00001

15、4180.00001441.487E-056.278E-066.221E-065.664E-065.771E-065.839E-065.676E-065.687E-065.771E-065.653E-062.943E-062.754E-061.369E-064.607E-054.771E-055.368E-052658.02941.56657.00.2790.252 0.112七、實驗結果分析實驗條件下，干塔壓降與氣速在雙對數(shù)坐標圖中的擬合的直線方程為y=1.7348x+2.5578，直線斜率為1.7348，相關度R=0.9968，與理論上的斜率1.8-2有一定的誤差，考慮到數(shù)據(jù)很少，實驗對象

16、單一，偶然性較大，這個結果可以接受。濕塔時，載點容易找出，在第二、三點之間，大約u=0.4m/s，而泛點在第八、九點之間，大約u=0.87m/s。算傳質系數(shù)時，其實少了一套數(shù)據(jù)，沒有測一定空塔氣速下不同噴淋量下的傳質系數(shù)，但是仍可以得出液膜控制的結論。傳質實驗時第三組數(shù)據(jù)明顯偏差很大，可能是測氧濃度的過程中示數(shù)沒穩(wěn)即讀，也可能是接貧富氧水時間隔太短，沒等系統(tǒng)穩(wěn)定就接水。而且該絲網(wǎng)填料與管壁縫隙大，存在系統(tǒng)誤差。如果只考慮前兩組，則明顯改變空氣流速時，液相體積總傳質系數(shù)變化不大，可推測出是液膜控制。八、思考題1.闡述干填料壓降線和濕料塔壓降線的特征答：通過實驗數(shù)據(jù)作圖可知，干料塔壓降與氣速的關系在雙對數(shù)坐標圖中為一條直線，其斜率在1.8-2之間；而當有一定噴淋量時，在低氣速下（圖中c點以前）壓降正比于氣速，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(xiàn)載點（圖中c點），持液量開始增大，壓降-氣速線上彎，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。2工業(yè)上，吸收在低溫，加壓下進行，而解吸在高溫常壓下進行，為什么？答：低溫高壓使氣體