吸收(解吸)实验报告

化工基础实验报告实验名称吸收（解吸）系数的测定班级化21姓名张腾学号2012011864成绩实验时间2014.5同组成员张煜林努尔艾力·麦麦提一、实验目的1、了解吸收（解析）操作的基本流程和操作方法；2、测定氧解吸液相总体积传质系数𝐾𝑥a和液体流量的关系；3、测定筛板塔的板效率与液体流量和气体流量的关系。二、实验原理吸收是工业上常用的操作。在吸收过程中，气体混合物和吸收剂分别从塔底和塔顶进入塔内，气液两相在塔内实现逆流接触，使气体混合物中的溶质较完全地溶解在吸收剂中，于是塔顶获得较纯的惰性组分，从塔底得到溶质和吸收剂组成的溶液（通称富液）。当溶质有回收价值或吸收剂价格较高时，把富液送入再生装置进行解吸，得到溶质或再生的吸收剂（通称贫液），吸收剂返回吸收塔循环使用。吸收是气液相际传质过程，所以吸收速率可用气相内，液相内或者两相间的传质速率来表示。在连续吸收操作中，这三种传质速率表达式计算结果相同。对于低浓度吸收过程。计算公式如下。气相内传质的吸收速率：𝑁𝐴=𝑘𝑦(y−𝑦𝑖)𝐹液相内传质的吸收速率：𝑁𝐴=𝑘𝑥(𝑥𝑖−x)𝐹气、液两相相际传质的吸收速率：𝑁𝐴=𝐾𝑦𝐹(𝑦−𝑦∗)=𝐾𝑥𝐹(𝑥∗−𝑥)式中：𝑦,𝑦𝑖—分别表是气相主体和气相界面处的溶质摩尔分率；𝑥,𝑥𝑖—分别表示液相主体和液相界面处的溶质摩尔分率；𝑥∗,𝑦∗—分别为与y和x呈平衡的液相和气相摩尔分率；𝑘𝑥,𝐾𝑥—分别为以液相摩尔分率差为推动力的液相传质分系数和传质总系数；𝑘𝑦,𝐾𝑦—分别为以气相摩尔分率差为推动力的气相传质分系数和传质总系数；F—传质面积，𝑚2。对于难溶溶质的吸收，常用液相摩尔分率差和液相传质系数表达的吸收速率式。对于易溶气体的吸收，常用气相摩尔分率差和气相传质系数表达的吸收速率式。本实验为一解析过程，是用空气与富氧水接触，因富氧水中氧的浓度高于同空气处于平衡的水中氧的浓度。富氧水中的氧向空气扩散。解析是吸收的逆过程，传质方向与吸收相反。其原理和计算方法与吸收类似。只是传质速率方程中的气相推动力要从吸收时的(𝑦−𝑦∗)改为解析时的(𝑦∗−𝑦)。液相推动力要从吸收时的(𝑥∗−𝑥)改为解析时的(𝑥−𝑥∗)。解析和吸收操作常常联合使用，吸收了溶质的富液经过解析使其再生，恢复其吸收能力循环使用。如果解吸效果不好，吸收剂中所吸收的溶质解吸不干净，将会直接影响吸收效果，所以说解析操作时吸收操作的重要环节。三、实验装置与流程1、氧解吸实验装置流程图2、流程说明：自来水由高位槽经流量计进入溶氧塔的塔底，与由氧气钢瓶来的纯氧经氧气流量计由氧气溶氧塔塔底进入，吸收了氧气的富氧水进入塔顶富氧水槽。利用高位富氧水经转子流量计分别进入板式氧解吸塔和填料氧解吸塔的塔顶。空气由罗茨鼓风机经流量计至氧解吸塔底部与富氧水逆流接触。解析塔的顶部和底部均有液相水的取样口，经氧分析仪连续分析水中的氧含量。四、实验步骤及注意事项1、制备富氧水(1)、先将自来水阀门打开，让高位槽1充满自来水，打开进入氧吸收塔的进水阀门，让水充满氧吸收塔塔顶高位槽。(2)、开氧气瓶出口阀(逆时针)，然后慢慢开氧气表上的低压隔膜阀(顺时针)至表上读数为𝑝=0.01𝑀𝑃𝑎(3)、开氧气流量计至某读数，该读数值由进入解析塔的富氧水浓度控制。2、解吸操作(1)、开罗茨鼓风机(注意罗茨鼓风机启动时的注意事项)；(2)、先开进风的转子流量计，然后通入富氧水，进行解吸操作；3、记录数据过程稳定后，记下流量、温度，并取样测定解析塔出入口水中氧的浓度。4、自拟实验方案，测定液体流量及空塔气速对传质系数的影响。5、水中氧浓度测定采用德国WTW公司制造的溶氧仪，具体型号、规格见实验15填料塔性能测定冷模实验。五、实验数据处理1、原始数据记录：（1）实验条件：温度T/℃压力P/M8实验前31.9100.85实验后34.7100.83平均值33.3100.84（2）实验数据：组号富氧水流量L/h空气流量M3/h塔顶温度℃塔顶含氧量mg/l塔底温度℃塔底含氧量mg/l全塔压降/kpa11002023.418.9024.310.290.5122002025.316.5625.410.200.6531004026.917.3925.410.280.7842402027.214.5126.69.950.7251001527.816.2927.510.100.43塔径D/mm100孔数N6板间距H/mm300孔径d/mm26.52、原始数据整理：为了求算莫弗里板效率，我们需要知道不同温度下的平衡水中的氧浓度，为此查得各数据见下表：组号入口氧浓度mg/L出口氧浓度mg/L平衡温度℃平衡氧浓度mg/L118.910.2924.38.18216.5610.2025.48.03317.3910.2825.48.03414.519.9526.67.86516.2910.1027.57.75平衡数据来自《化学化工物性手册-无机卷》,详细参见参考文献。由手册中查到的是氧气在不同温度下的溶解度（标准状态），换算后得到氧气在水中的平衡浓度，其中假设氧气是理想气体且氧气在空气中的体积分数为0.2。以第一组数据为例（查得溶解度信息为0.02866m3(标准状况)/m3）平衡氧浓度=溶解度×氧气分压×32×10008.314×273.2×1000(𝑚𝑔𝐿⁄)平衡氧浓度=0.02866×101325×0.2×32×10008.314×273.2×1000=8.18(𝑚𝑔𝐿⁄)3、不同条件下的莫弗里板效率：有了上面的平衡氧浓度数据，就可以求算出每组数据的液相莫弗里板效率，计算结果整理如下表：组号入口氧浓度mg/L出口氧浓度mg/L平衡温度℃平衡氧浓度mg/L莫弗里板效率E118.9010.2924.38.180.8032216.5610.2025.48.030.7456317.3910.2825.48.030.7596414.519.9526.67.860.6857516.2910.1027.57.750.7248其中液相莫弗里板效率计算公式为：E=入口氧浓度−出口氧浓度入口氧浓度−平衡氧浓度以第一组数据为例：E=18.90−10.2918.90−8.18=0.8032再按照不同气量和液量将其分为两组数据如下表:富氧水流量：200L/h组号空气流量M3/h入口氧浓度mg/L出口氧浓度mg/L平衡温度℃平衡氧浓度mg/L莫弗里板效率E12018.9010.2924.38.180.803234017.3910.2825.48.030.759651516.2910.1027.57.750.7248空气流量:20M3/h组号富氧水流量L/h入口氧浓度mg/L出口氧浓度mg/L平衡温度℃平衡氧浓度mg/L莫弗里板效率E110018.9010.2924.38.180.8032220016.5610.2025.48.030.7456424014.519.9526.67.860.6857据此作图-0.34-0.32-0.3-0.28-0.26-0.24-0.22-0.22.52.72.93.13.33.53.73.9莫弗里板效率与空气流量关系双对数图空气流量对莫弗里板效率的图像比较诡异，分析其原因，最可能就是在实验过程中数据的测量出现了较大的误差甚至错误，否则不可能导致颠覆性的结果。尽管在一定范围内，气速越大，理论上莫弗里板效率也应该越大，但如果气速过大而导致塔在不正常的情况下操作也有可能使效率受到极大的影响，这里并不排除这种因素。但由于数据量太小，无法进一步做出准确的判断。对于莫弗里板效率对喷淋密度的关系，基本上可以确定在实验条件下，莫弗里板效率随喷淋密度的增大而减小，这也是很容易理解的，处理量大了，效率自然会降低。实验结果也比较好的呈现出这一趋势。六、思考题1、为什么氧解吸过程属于液膜传质阻力控制？氧很难溶解在水中。由1𝐾𝑥=1𝑘+1𝑚𝑘𝑦，可得，难溶物质m很大，故𝐾𝑥≈𝑘𝑥，即气膜阻力可以忽略不计。2、用于计算吸收操作与解析操作求理论板数的方法有何异同？两种方法及原理基本一致，只是吸收操作的推动力是𝑥∗−𝑥,𝑦−𝑦∗，而解析操作的推动力是𝑥−𝑥∗,𝑦∗−𝑦。3、将本试验氧解析过程画在y-x图上。-0.4-0.38-0.36-0.34-0.32-0.3-0.28-0.26-0.24-0.22-0.24.64.74.84.955.15.25.35.45.5莫弗里板效率与喷淋密度的关系双对数图4、氧气瓶开启时应注意什么？停住呢？（1）开启：开启时应先检查一下压力是否正常，先开启外边流量阀门，调节到一定量，在开启氧气瓶的阀门。（2）停止：及时关闭出口阀，并使低压隔膜阀松开。5、试归纳传质过程强化的基本思路与措施。降低传质阻力：可通过促进气液接界，增加搅动完成；增大推动力：可通过化学吸收，及时反应掉吸收的物质，或通过特殊的膜吸收完成；6、为什么引入体积传质系数，它的物理意义是？引入𝐾𝑥a是为了方便填料塔的计算，当填料与物流状态不变的情况下，𝐾𝑥a的值一般不随塔径和塔高的变化而改变，故可以方便对塔进行设计。𝐾𝑥的物理意义是以液相计的传质系数，表征了所进行的操作物质的本性。a的物理意义是有效接触面积，表征了填料和操作方式带来的影响因素。其物理意义是：在单位体积流量，推动力为1的情况下的传质速率。实验总结本次实验相对而言比较简单，采集的数据个数并不多，但也因为数据量采集有限，是后来处理数据时碰到了一些问题，个别数据的偏差就可能使结果差很多。不管实验最终的结果如何，在实验过程中最重要的收获还是加深了对吸收过程的理解，熟悉了吸收过程的操作方法，也在实验设备的设计上看到了工程师的智慧。参考文献：[1]《化工基础实验》，清华大学出版社.(2004)[2]《化学化工物性数据手册—无机卷》,化学工业出版社.(2002)oxyx2x1y1y2