氧吸收与解吸试验

氧吸收与解吸实验实验日期：2011/4/8班级:*****姓名：**学号:********同组人:********实验装置：1号陶瓷拉西环摘要：填料塔是化工过程重要的单元，本实验在室温、常压下，通过分别测定干、湿填料层压降与空塔气速的数据，并作图分析得到两种情况下塔压降与空塔气速关系，从而熟悉填料塔的构造与操作、确定填料塔流体力学特性，进而得知填料塔的处理能力及性能高低。同时，本实验通过对富氧水进行解吸，测定了解吸液相体积的总传质系数Kxa，进而确定液相总传质单元高度HOL。一、实验名称：氧吸收与解吸实验二、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。三、基本原理：本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作，该步实验中省略），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Kxa=ALa·Vb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。本实验手工采集数据，具有可操作性。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，在低气图1-1填料层压降–空塔气速关系示意图速下（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，出现截点（图中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：mpxAxVaKGmpAxxVGaK其中22112211ln)()(eeeemxxxxxxxxx21xxLGAZVp相关的填料层高度的基本计算式为：OLOLxxexNHxxdxaKLZ12即OLOLNZH/其中mxxeOLxxxxxdxN2112，aKLHxOL式中：GA—单位时间内氧的解吸量[Kmol/h]Kxa—总体积传质系数[Kmol/m3•h•Δx]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。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率而不用摩尔比，这是因为在y—x图中，平衡线为直线，操作线也是直线，计算比较简单。四、实验装置与流程：实验装置：1号陶瓷拉西环1．基本数据：解吸塔径Φ=0.1m，吸收塔径Φ=0.032m，填料层高度0.8m填料参数：瓷拉西环（12×12×1.3）mmat=403m2/m3ε=0.764m3/m3at/ε=903m2/m32．流程：图2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0.03～0.04[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，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。图-2氧气吸收解吸装置流程图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、操作要点：1、流体力学性能测定(1)测定干填料压降塔内填料务必事先吹干。a.塔内填料务必事先吹干。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，罐内压力保持0.03～0.04[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/m2•h]，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≤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。（测氧仪的使用见附录）(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.流体力学性能实验(1)原始数据干填料流体力学数据空气流量/(m3/h)温度/℃计前表压P/Pa塔压降ΔP/PaP1P2P1P21015-1909701502501316-22010001002601617-29010601002801918-3601140403302219-4401220-403902520-5201300-1204702823-6001380-2205603128-7501500-2806303430-6001400-4107403731-8501600-5208404032-10501820-650950湿填料流体力学数据水流量/(L/h)60空气流量V/（m3/h)温度T/℃计前表压P/Pa塔压降ΔP/PaP1P2P1P2833-1509001002701033-2601030703001233-2801050403301432-3501100103601632-4001160-404001832-4701240-1204702033-6301400-2706102233-7701540-4207502434-10901850-72010202635-15802350-135015202836-19002670-162019703036-22002970-19002070（2）数据处理a.干塔数据处理表b.湿塔数据处理表序号空气压力p2/Pap2/Pat2/℃全塔压降△P/Pa校正流量V2(M^3/h)全塔压降△p/Z(Pa/m)lg△P/Zum/hlgu11160102485288.151009.858125.02.0971255.8073.09921220102545289.1516012.834200.02.3011634.9013.21331350102675290.1518015.813225.02.3522014.3863.30441500102825291.1529018.796362.52.5592394.4533.37951660102985292.1543021.785537.52.7302775.1243.44361820103145293.1559024.778737.52.8683156.4913.49971980103305296.1578027.872975.02.9893550.5613.55082250103575301.1591031.0771137.53.0563958.8533.59892000103325303.15115034.2391437.53.1584361.6293.640102450103775304.15136037.2401700.03.2304743.9813.676112870104195305.15160040.2452000.03.3015126.6893.710取干填料第一组数据进行计算：指示流量hmv3110，则校正流量hTPTPVV3122112m858.915.29310248515.28810132510气速hmdvu807.12551.014.34858.914.34222)/(1258.0/100/mpazp△双对数坐标系下作图课可得：序号空气压力p2/Pap2/Pat2/℃全塔压降△P/Pa校正流量V2(M^3/h)全塔压降△p/Z(Pa/m)lg△P/Zum/hlgu11050102375306.151708.133212.52.3271036.1053.01521290102615306.1523010.155287.52.4591293.6163.11231330102655306.1529012.183362.52.5591552.0373.19141450102775305.1535014.183437.52.6411806.6943.25751560102885305.1544016.200550.02.7402063.6893.31561710103035305.1559018.212737.52.8682319.9603.36572030103355306.1588020.2371100.03.0412577.9543.41182310103635306.15117022.2311462.53.1652831.9153.45292940104265307.15174024.2182175.03.3373085.0413.489103930105255308.15287026.1553587.53.5553331.7833.523114570105895309.15359028.1274487.53.6523583.0153.554125170106495309.15397029.0494962.53.6963700.5113.568填料层压降与空塔气速关系图2.0002.2002.4002.6002.8003.0003.2003.4003.6003.8004.0002.0002.5003.0003.5004.000lgulg(△p/z)干塔压降系列2系列3系