.8/8吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募叭蝿?wù)：

1、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀察填料塔流體力學(xué)狀況,測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測(cè)定方法并分析影響因素。4、學(xué)習(xí)氣液連續(xù)接觸式填料塔,利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問(wèn)題的方法。二、基本原理：本裝置先用吸收柱將水吸收純氧形成富氧水后〔并流操作,送入解吸塔頂再用空氣進(jìn)行解吸,實(shí)驗(yàn)需測(cè)定不同液量和氣量下的解吸總傳質(zhì)系數(shù)Kxa,并進(jìn)行關(guān)聯(lián),得到Kxa=ALa·Vb的關(guān)聯(lián)式,同時(shí)對(duì)四種不同填料的傳質(zhì)效果及流體力學(xué)性能進(jìn)行比較。本實(shí)驗(yàn)引入了計(jì)算機(jī)在線數(shù)據(jù)采集技術(shù),加快了數(shù)據(jù)記錄與處理的速度。1、填料塔流體力學(xué)特性：圖1填料層壓降–空塔氣速關(guān)系示意圖氣體通過(guò)干填料層時(shí),流體流動(dòng)引起的壓降和湍流流動(dòng)引起的壓降規(guī)律相一致。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中,此壓降對(duì)氣速作圖可得一斜率為圖1填料層壓降–空塔氣速關(guān)系示意圖2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：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(zhì)主要是在填料有效濕表面上進(jìn)行,需要計(jì)算完成一定吸收任務(wù)所需填料高度,其計(jì)算方法有：傳質(zhì)系數(shù)法、傳質(zhì)單元法和等板高度法。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸。由于富氧水濃度很小,可認(rèn)為氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律,即平衡線為直線,操作線也是直線,因此可以用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。整理得到相應(yīng)的傳質(zhì)速率方式為：其中相關(guān)的填料層高度的基本計(jì)算式為：即其中,式中：GA—單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量[Kmol/h]Kxa—總體積傳質(zhì)系數(shù)[Kmol/m3?h?Δx]VP—填料層體積[m3]Δxm—液相對(duì)數(shù)平均濃度差x1—液相進(jìn)塔時(shí)的摩爾分率〔塔頂xe1—與出塔氣相y1平衡的液相摩爾分率〔塔頂x2—液相出塔的摩爾分率〔塔底xe2—與進(jìn)塔氣相y2平衡的液相摩爾分率〔塔底Z—填料層高度[m]Ω—塔截面積[m2]L—解吸液流量[Kmol/h]HOL—以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元高度NOL—以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元數(shù)由于氧氣為難溶氣體,在水中的溶解度很小,因此傳質(zhì)阻力幾乎全部集中于液膜中,即Kx=kx,由于屬液膜控制過(guò)程,所以要提高總傳質(zhì)系數(shù)Kxa,應(yīng)增大液相的湍動(dòng)程度。在y—x圖中,解吸過(guò)程的操作線在平衡線下方,本實(shí)驗(yàn)中還是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線〔因氧在水中濃度很小。備注：本實(shí)驗(yàn)在計(jì)算時(shí),氣液相濃度的單位用摩爾分率而不用摩爾比,這是因?yàn)樵趛—x圖中,平衡線為直線,操作線也是直線,計(jì)算比較簡(jiǎn)單。三、裝置說(shuō)明與操作：1．基本數(shù)據(jù)：解吸塔徑Φ=0.1m,吸收塔徑Φ=0.032m,填料層高度0.8m〔陶瓷拉西環(huán)、陶瓷波紋板、金屬波紋絲網(wǎng)填料和0.83m〔金屬θ環(huán)。填料參數(shù)：瓷拉西環(huán)金屬θ環(huán)10×10×0.1[mm]at=403[m2/m3]at—540[m-1]ε=0.764[m3/m3]ε—0.97at/ε=903[m2/m3]

2．實(shí)驗(yàn)流程：圖2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2進(jìn)入氧氣緩沖罐4,穩(wěn)壓在0.03～0.04[Mpa],為確保安全,緩沖罐上裝有安全閥6,由閥7調(diào)節(jié)氧氣流量,并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)8計(jì)量,進(jìn)入吸收塔9中,與水并流吸收。含富氧水經(jīng)管道在解吸塔的頂部噴淋?？諝庥娠L(fēng)機(jī)13供給,經(jīng)緩沖罐14,由閥16調(diào)節(jié)流量經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17計(jì)量,通入解吸塔底部解吸富氧水,解吸后的尾氣從塔頂排出,貧氧水從塔底經(jīng)平衡罐19排出。自來(lái)水經(jīng)調(diào)節(jié)閥10,由轉(zhuǎn)子流量計(jì)17計(jì)量后進(jìn)入吸收柱。由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān),所以每個(gè)氣體流量計(jì)前均有表壓計(jì)和溫度計(jì)?？諝饬髁坑?jì)前裝有計(jì)前表壓計(jì)23。為了測(cè)量填料層壓降,解吸塔裝有壓差計(jì)22。在解吸塔入口設(shè)有入口采出閥12,用于采集入口水樣,出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥20取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測(cè)氧儀測(cè)得。圖2、氧氣吸收與解吸實(shí)驗(yàn)流程圖1、氧氣鋼瓶9、吸收塔17、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)2、氧減壓閥10、水流量調(diào)節(jié)閥18、解吸塔3、氧壓力表11、水轉(zhuǎn)子流量計(jì)19、液位平衡罐4、氧緩沖罐12、富氧水取樣閥20、貧氧水取樣閥5、氧壓力表13、風(fēng)機(jī)21、溫度計(jì)6、安全閥14、空氣緩沖罐22、壓差計(jì)7、氧氣流量調(diào)節(jié)閥15、溫度計(jì)23、流量計(jì)前表壓計(jì)8、氧轉(zhuǎn)子流量計(jì)16、空氣流量調(diào)節(jié)閥24、防水倒灌閥3．操作要點(diǎn)①、流體力學(xué)性能測(cè)定<1>測(cè)定干填料壓降時(shí),塔內(nèi)填料務(wù)必事先吹干。<2>測(cè)定濕填料壓降a.測(cè)定前要進(jìn)行預(yù)液泛,使填料表面充分潤(rùn)濕。b.實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí),進(jìn)塔氣體的增加量要減小,否則圖中泛點(diǎn)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(wù)必讓各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據(jù),液泛后填料層壓降在幾乎不變氣速下明顯上升,務(wù)必要掌握這個(gè)特點(diǎn)。稍稍增加氣量,再取一、兩個(gè)點(diǎn)即可。注意不要使氣速過(guò)分超過(guò)泛點(diǎn),避免沖破和沖跑填料。<3>注意空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)的調(diào)節(jié)閥要緩慢開(kāi)啟和關(guān)閉,以免撞破玻璃管。②、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)<1>氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐,罐內(nèi)壓力保持0.03～0.04[Mpa],不要過(guò)高,并注意減壓閥使用方法。為防止水倒灌進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)中,開(kāi)水前要關(guān)閉防倒灌閥24,或先通入氧氣后通水。<2>傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選取水噴淋密度取10～15[m3/m2?h],空塔氣速0.5～0.8[m/s]氧氣入塔流量為0.01～0.02[m3/h],適當(dāng)調(diào)節(jié)氧氣流量,使吸收后的富氧水濃度控制在≤19.9[ppm]。<3>塔頂和塔底液相氧濃度測(cè)定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水,用測(cè)氧儀分析各自氧的含量。〔測(cè)氧儀的使用見(jiàn)附錄<4>實(shí)驗(yàn)完畢,關(guān)閉氧氣時(shí),務(wù)必先關(guān)氧氣鋼瓶總閥,然后才能關(guān)閉減壓閥2及調(diào)節(jié)閥8。檢查總電源、總水閥及各管路閥門,確實(shí)安全后方可離開(kāi)。四、吸收與解吸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集程序的安裝與使用〔一硬件與系統(tǒng)配制要求1.CPU:奔騰/166以上;2.內(nèi)存:16兆以上;3.顯示器:VGA彩顯,1024×768像素點(diǎn);4.系統(tǒng):WIN98,WINXP;5.通訊口:1個(gè)RS-232串行通訊口?！捕?jì)算機(jī)與儀表間的通訊AI工業(yè)調(diào)節(jié)器〔它是以RS-485方式進(jìn)行通訊的,所以一個(gè)通訊口可以接多塊儀表的17、18號(hào)接線柱分別與通訊控制器的端口1或2連接,變頻儀通訊端口與通訊控制器的端口3連接,通訊控制器端口4與計(jì)算機(jī)的串行通訊口〔即COM1相連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊〔見(jiàn)圖3。圖3〔三軟件安裝在WIN98或WINXP系統(tǒng)下運(yùn)行軟盤中的SETUP.EXE,啟動(dòng)安裝向?qū)?安裝數(shù)據(jù)采集程序。安裝程序自動(dòng)在"開(kāi)始"菜單的"程序"項(xiàng)中建立一個(gè)"氧解吸實(shí)驗(yàn)"的快捷方式。點(diǎn)擊此快捷方式,便可運(yùn)行數(shù)據(jù)采集軟件?！菜奈张c解吸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行與使用當(dāng)系統(tǒng)安裝完畢后,啟動(dòng)程序。若為第一次運(yùn)行此軟件,屏幕中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)提示框,要求用戶輸入孔板流量計(jì)的參數(shù)和換熱器的管長(zhǎng)及管徑。點(diǎn)擊"確定",屏幕上會(huì)出現(xiàn)初始畫(huà)面<見(jiàn)圖4>若用戶第一次使用此軟件,會(huì)出現(xiàn)一窗口,要求用戶輸入：空氣孔板流量計(jì)的參數(shù)A1,A2；填料層高度m；<見(jiàn)圖5>圖5其中：A1、A2見(jiàn)附錄二。這些參數(shù)只需要輸入一次,將來(lái)運(yùn)行軟件時(shí),若這些參數(shù)不需要修改,則不用再輸入這些數(shù)據(jù)了。1.數(shù)據(jù)采集當(dāng)選擇數(shù)據(jù)采集項(xiàng)時(shí),程序則要求用戶輸入保存數(shù)據(jù)的文件名。當(dāng)用戶輸入文件名后,程序進(jìn)入主畫(huà)面,即吸收實(shí)驗(yàn)的流程圖〔見(jiàn)圖6,在此圖中1-數(shù)字顯示框?yàn)榭諝膺M(jìn)口溫度〔℃,2-數(shù)字顯示框空氣壓力〔kPa,3-數(shù)字顯示框?yàn)榭諝饬髁俊瞞3/h,4-數(shù)字顯示框?yàn)樘盍纤航怠瞜Pa,5-數(shù)字顯示框?yàn)樗髁俊瞝/h,6-數(shù)字顯示框水溫〔℃,7-數(shù)字顯示框?yàn)槿胨谎跛趿俊瞞g/l,8-數(shù)字顯示框?yàn)槌鏊氀跛趿俊瞞g/l。在畫(huà)面上方有一排4個(gè)按鈕,其分別為:"實(shí)驗(yàn)選擇","記錄數(shù)據(jù)","查看數(shù)據(jù)","退出"圖6①實(shí)驗(yàn)選擇選此功能時(shí),出現(xiàn)第一級(jí)下拉菜單,分別為"流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)","傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)"〔見(jiàn)圖7。此時(shí),若選"流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)",則又出現(xiàn)第二級(jí)下拉菜單,為"干填料","濕填料"〔見(jiàn)圖8。若選"干填料",則說(shuō)明用戶要做干填料時(shí)的流體力圖7學(xué)實(shí)驗(yàn)。若選"濕填料",則出現(xiàn)第三級(jí)下拉菜單,分別為"第一噴淋量"、"第二噴淋量"、"第三噴淋量"、"第四噴淋量",〔見(jiàn)圖9本軟件可以允許用戶一次實(shí)驗(yàn)做四組噴淋量下的濕填料流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),當(dāng)用戶調(diào)整好水的流量時(shí),確定第幾噴淋量,則軟件將第一次記錄的水流量圖8圖9做為基準(zhǔn),進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)實(shí)驗(yàn)中水的流量改變了±5l/h時(shí),軟件會(huì)自動(dòng)提醒用戶水量改變,要求用戶調(diào)整水量,或選擇另一噴淋量做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)用戶改變了水的流量后,準(zhǔn)備做另一噴淋量下的實(shí)驗(yàn)時(shí),必須選擇另一噴淋量,如：前面實(shí)驗(yàn)選的是"第一噴淋量",水的流量為100l/h,則當(dāng)實(shí)驗(yàn)者改變水量為150l/h時(shí),則必須選擇"第二噴淋量"或"第三噴淋量"或"第四噴淋量",否則計(jì)算機(jī)將不給記錄數(shù)據(jù)。若前面已經(jīng)做過(guò)"第一噴淋量"的實(shí)驗(yàn)了,現(xiàn)在想返回再補(bǔ)幾組數(shù)據(jù),如前面做了水流量為100l/h的實(shí)驗(yàn),并將其定為"第一噴淋量",現(xiàn)在要補(bǔ)幾組數(shù)據(jù),則要將水流量調(diào)整到95-105l/h之間,之后選擇"第一噴淋量",此時(shí)就可以繼續(xù)做"第一噴淋量"下的實(shí)驗(yàn)了。在第一級(jí)菜單下選則"傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)",則可以進(jìn)行氧的吸收與解吸實(shí)驗(yàn)。由于富氧水的含氧量與貧氧水的含氧量必須由溶氧儀來(lái)測(cè)定,不能在線數(shù)據(jù)采集,所以必須人工輸入。具體做法是用鼠標(biāo)電擊數(shù)字顯示框7旁邊的"測(cè)氧儀",則屏幕中出現(xiàn)一詢問(wèn)窗口,要求實(shí)驗(yàn)者輸入入塔水中氧的含量,此時(shí)實(shí)驗(yàn)者將由溶氧儀測(cè)定的富氧水的含氧量輸入,則在數(shù)字顯示框7中顯示富氧水的含氧量。用鼠標(biāo)電擊數(shù)字顯示框8旁邊的"測(cè)氧儀",按照前面的操作方法一樣操作,則在數(shù)字顯示框8中顯示貧氧水的含氧量。②記錄數(shù)據(jù)將當(dāng)前最新的數(shù)據(jù)存入前面選定的數(shù)據(jù)文件中。③查看數(shù)據(jù)選此功能時(shí),出現(xiàn)一下拉菜單,分別為"實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)"及"實(shí)驗(yàn)結(jié)果"〔見(jiàn)圖10。當(dāng)選擇"實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)"時(shí),畫(huà)面中出現(xiàn)圖10一列表框,將前面所有記錄當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)全部列出來(lái),供用戶查看,如當(dāng)前做的是"干填料"的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),則顯示"干填料"的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),若做的是"第二噴淋量"下的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),則顯示"第二噴淋量"下的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。若用戶對(duì)某一組數(shù)據(jù)不滿意,可以刪除。當(dāng)選擇"實(shí)驗(yàn)結(jié)果"時(shí),若做流體力學(xué)實(shí)驗(yàn),則屏幕中出現(xiàn)一橫坐標(biāo)為空塔氣速,縱坐標(biāo)為單位填料高度下的填料塔壓降的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系,將用戶當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出。若做傳質(zhì)實(shí)驗(yàn),則出現(xiàn)一列表框,給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,即Kxa及Hol。④退出選此按鈕時(shí),程序退出采集回到主菜單。2.顯示結(jié)果當(dāng)用戶在圖4畫(huà)面中選擇"顯示結(jié)果",程序會(huì)要求用戶輸入數(shù)據(jù)文件名,之后屏幕中出現(xiàn)〔圖11：圖11選擇"打開(kāi)文件",屏幕中出現(xiàn)一詢問(wèn)框,要求用戶輸入要打開(kāi)的數(shù)據(jù)文件名。圖12點(diǎn)擊"查看數(shù)據(jù)",出現(xiàn)一下拉菜單,分別為"流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)","傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)"。當(dāng)用戶選擇之后,屏幕中出現(xiàn)一個(gè)列表,將用戶要查看的數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)列于表內(nèi)〔見(jiàn)圖12。此時(shí),若發(fā)現(xiàn)某組數(shù)據(jù)不好,點(diǎn)擊此數(shù)據(jù)行,此時(shí)"刪除"項(xiàng)變黑,然后選擇"刪除",可刪除此組數(shù)據(jù)。若要打印數(shù)據(jù),點(diǎn)擊"打印數(shù)據(jù)",則可在打印機(jī)中打出此表中的全部數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊"實(shí)驗(yàn)結(jié)果",也出現(xiàn)一下拉菜單,分別為"流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)","傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)"〔見(jiàn)圖13。此時(shí)若選"流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)",著屏幕中出現(xiàn)一橫坐標(biāo)為空塔氣速,縱坐標(biāo)為單位填料高度下的填料塔壓降的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系,將用戶全部流體里學(xué)實(shí)驗(yàn)〔包括"干填料"及濕填料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出〔見(jiàn)圖14。若選擇"傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)",則出現(xiàn)一列表框,給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,即Kxa及Hol?！惨?jiàn)圖15圖13圖143.修改參數(shù)在圖4畫(huà)面中選"修改參數(shù)"時(shí),屏幕中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)提示框,要求用戶輸入：空氣孔板流量計(jì)的參數(shù)A1,A2；填料層高度m；〔見(jiàn)圖5其中：A1、A2見(jiàn)附錄二。這些參數(shù)只需要輸入一次,將來(lái)運(yùn)行軟件時(shí),若這些參數(shù)不需要修改,則不用再輸入這些數(shù)據(jù)了。4.退出當(dāng)用戶在初始畫(huà)面中選"退出"時(shí),即結(jié)束程序的運(yùn)行。圖15附錄一吸收裝置各個(gè)儀表的單位及參數(shù)設(shè)定儀表空氣溫度空氣壓力空氣孔板塔壓降渦輪流量計(jì)水溫度單位CkPakPakPal/hCSn213333333321DIP122221Frd

600

FdIP

0

FdIH

1532

DIL

000

DIH

202020

CF000000Addr123456bAud960096009600960096009600注：若孔板壓差與管路壓降在無(wú)流量時(shí),儀表顯示的測(cè)量值不為0,說(shuō)明壓力傳感器出現(xiàn)漂移,則利用儀表中的SC進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整。例：無(wú)流量時(shí)儀表顯示的測(cè)量值為3,則將SC設(shè)定為-3。附錄二孔板流量計(jì)的計(jì)算公式與參數(shù)1．孔板流量計(jì)計(jì)算公式①空氣：V=A1RA2V：流量,單位m3/hR：孔板壓差,單位kPa2．孔板流量計(jì)參數(shù)A1=20.1A2=0.47附錄三：1、氧氣不同溫度下的亨利系數(shù)E可用下式求?。篬Kpa]2、不同溫度氧在水中的濃度：溫度℃濃度ppm溫度℃濃度ppm溫度℃濃度ppm0.0014.640012.0010.930524.008.65831.0014.245313.0010.702725.008.51092.0013.868714.0010.483826.008.36933.0013.509415.0010.271327.008.23354.0013.166816.0010.069928.008.10345.0012.839917.009.873329.007.97906.0012.528018.009.682730.007.86027.0012.230519.009.491731.007.74708.0011.946520.009.316032.007.63949.0011.675221.009.135733.007.537310.0011.416022.008.970734.007.440611.0011.168023.008.811635.007.3495附錄四：溶氧儀使用說(shuō)明書(shū)A、初次使用1、裝入電池。2、將氧探頭與溫度探頭插在儀表上。3、準(zhǔn)備一杯清水,在空氣中靜止數(shù)小時(shí),使其成為飽和氧水溶液。4、將氧探頭與溫度探頭同時(shí)插入飽和水溶液中,約十分鐘使其極化。5、若探頭一直保持連接狀態(tài),就不再需要極化操作,關(guān)閉儀表不受影響。B、測(cè)量1、按ON鍵打開(kāi)儀表。2、將兩探頭同時(shí)插入飽和氧水溶液中,并要溶液保持流動(dòng),若不流動(dòng),需要攪拌。3、按MODE鍵,使屏幕中右下腳顯示%,調(diào)節(jié)Slope旋扭,使屏中數(shù)據(jù)達(dá)到100%。4、按MODE鍵,使左