氧解吸实验报告

化原实验报告实验题目：氧解吸实验班级：化工0907班姓名：学号：同组人：x1y1y2x2氧解吸实验一、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.掌握液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。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Kxa，并进行关联，得到Kxaa的关联式，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。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，如右图所示。由于富氧水浓度很图2富氧水解析实验小，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：GKxap∆xm即KxaG/p∆xm式中∆xm(x2−xe2)−(x1−xe1)lnx2−xe2x1−xe1G(x2−x1)PZΩ相关填料层高度的基本计算式为：ZKxaΩ∫dxxe−xx2x1HONOHOZNO⁄式中，NO∫dxxe−xx2x1x2−x1ΔxmHOKxaΩ式中：GA—单位时间氧的解吸量，[kmol/h]；Kxa—总体积传质系数，[kmol/m3hΔx]；VP—填料层体积，[m3]Δxm—液相对数平均浓度差；x1—液相进塔时的摩尔分率（塔顶）；xe1—与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率（塔顶）；x2—液相出塔的摩尔分率（塔底）；xe2—与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率（塔底）；Z—填料层高度，[m]；Ω—塔截面积，[m2]；L—解吸液流量，[kmol/h]；HOL—以液相为推动力的传质单元高度，[m]；NOL—以液相为推动力的传质单元数。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即增大喷淋量。在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中还是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分数而不是摩尔比，这是因为在y-x图中，平衡线为直线，操作线也为直线，计算比较简单。四、装置和流程设备参数：基本数据：解吸塔径Φ=0.10m，吸收塔径Φ=0.032m，填料层高0.8m；填料参数：金属波纹丝网，CY型，at=700m-1，ε=0.85m3/m3;实验流程图：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0.04～0.05[Mpa],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，自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱，气体与水并流吸收。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，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔底部，在塔与塔顶喷淋的富氧水进行接触，解吸富氧水，解吸后的尾气由塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均装有表压计和温度计。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富氧水取样阀12，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上贫氧水取样阀20取样。两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。图3：氧解吸装置流程图1、氧气钢瓶9、吸收塔17、空气转子流量计2、氧减压阀10、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、防水倒灌阀五、实验操作1．流体力学性能测定排空排入地沟水(1)测定干填料压降a.塔填料务必事先吹干。b.改变空气流量，测定填料塔压降，测取6~8组数据。(2)测定湿填料压降a.测定前要进行预液泛，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8~10组数据。c.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，再取一两个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。(3)注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。2．传质实验(1)氧气减压后进入缓冲罐，罐压力保持0.04～0.05[Mpa]，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取10～15[m3/m2h]，空塔气速0.5～0.8[m/s]，氧气入塔流量为0.01~0.02[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19.9[mg/l]。(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。(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、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。六、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压降Δp/Z的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点与载点。表1：干塔数据：转子流量计：空气，20C，101325pa序号空气流量V1（m3/h）温度T2（K）空气表压P(Pa)全塔压降△P(Pa)△P/Z(Pa/m)实际空气流量V2(m3/h)空气流速u(m/s)140287.75397036045038.87541.3756235289.15366030037534.14891.2084330289.55345024030029.32011.0375425290.15335017021324.47040.8659521290.55326513016320.08770.7108615290.953125607514.71830.5208表2：湿塔数据：转子流量计：空气，20C，101325pa；水流量150L/h。序号空气流量V1(m3/h)温度T2(K)空气表压P1(Pa)全塔压降△P(Pa)△P/Z（Pa/m）实际空气流量V2(m3/h)空气流速u(m/s)15294.7530705062.54.93930.174828294.753120130162.57.90110.2796311294.753220220275.010.85870.3842413294.753290280350.012.82880.4540515294.753390340425.014.79540.5235618294.753510440550.017.74430.6279719294.753640510637.518.71840.6624820294.753690580725.019.69890.6971921294.753790670837.520.67400.73161022294.753890760950.021.64820.76601125294.7540108801100.024.58620.87001228294.75436012301537.527.49090.9728下以干塔数据中第一组为例，说明计算过程：实际空气流量21√P1T2P2T140.0×√101300×287.8105270×293.238.9m3/h空气流速u2Ω38.9(3.144×0.012)×36001.4m/s单位高度压降ΔPz3600.8450Pa/m湿塔的计算过程与干塔一致，不再赘述。○2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Kxa及液相总传质单元数HOL。表3：氧解吸操作数据：气相氧含量（摩尔分数）y1=y2=0.21序号L(L/h)G(m3/h)空气温度T1(℃)空气表压P(Pa)全塔压降△P(Pa)贫氧水氧含量x1（mg/L）富氧水氧含量x2（mg/L）含氧水温度T2(℃)11602024359045012.45528.82510.62521601524340037011.38028.52011.05031202024354045011.15029.45011.050序号系统总压P(Pa)mxe1(xe2)ΔxmL(kmol/h)GA(kmol/h)Kxa(kmol/m3h)HOL（m）110155033184.996.3283E-063.4270E-068.88448.1850E-053839.98410.2973210151033513.286.2662E-062.2647E-068.88448.5700E-056025.65650.1878310155033500.086.2686E-061.3939E-066.66336.8625E-057839.57010.1083以第一组数据为例，计算过程如下：对于解析塔：温度为11.125℃时，E[(−8.5694×10−5×10.82+0.07714×10.8+2.56)×106]3383116.6518kPa系统总压差P(101325+0.5×450)101550Pa相平衡常数mEP3383116.6518101550×10−333314.79贫氧水中含氧的摩尔分数x1x1′/(1000Mo2)ρH2O/MH2O12.08/(1000×32)999.5/186.7984×10−6富氧水中含氧的摩尔分数x2x2′/(1000Mo2)ρH2O/MH2O28.28/(1000×32)999.5/181.5915×10−5液相平衡摩尔分数xe1≈xe2ym0.2133314.796.3035×10−6对数平均浓度差∆xm(x2−xe2)−(x1−xe1)lnx2−xe2x1−xe1(15.915−6.7984)×10−6ln15.915−6.30356.7984−6.30353.0734×10−6水流量′ρM160×999.518×10008.8844kmol/h单位时间氧解析量G(x2−x1)8.8844×(15.915−6.784)×10−68.100×10−5kmol/h液相体积总传质系数KxaGp∆xm8.100×10−56.28×10−3×3.0734×10−64196.6590kmol/(m3h)塔的截面积Ω14πd20.25×3.14×0.127.85×10−3m2液相总传质单元高度HOKxaΩ8.88444196.6590×7.85×10−30.2697m七、实验结果作图及分析：1.流体力学性能测定做填料层压降-空塔气速关系的示意图，如下图所示。图4：干塔填料层压降与空气流速关系图图5：湿塔填料层压降与空气流速关系图图6：干塔与湿塔填料层压降对比图载点与泛点的位置：如图6所示：水流量为150L/h