實驗名稱：氧解吸實驗班 級：姓 名： 學(xué) 號： 同組人：實驗日期：實驗摘要本實驗測定不同氣速下干填料塔和濕填料塔的壓降，得到填料層壓降一空塔氣速關(guān)系曲線，確定塔的處理能力及找到最佳操作點。然后用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水，送入解析塔再用空氣進(jìn)行解吸，進(jìn)而可計算出不同氣液流量比下液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，液相總傳質(zhì)單元高度Hol，液相總傳質(zhì)單元數(shù)Nol。關(guān)鍵詞：氧氣解吸液相體積總傳質(zhì)系數(shù)液相總傳質(zhì)單元高度液相總傳質(zhì)單元數(shù) /-、實驗?zāi)康?41、 測量填料塔的流體力學(xué)性能2、 測量填料塔的吸收-解吸傳質(zhì)性能3、 比較不同填料的差異二、實驗原理1、 填料塔流體力學(xué)性能為保證填料塔的正常運行，通常需要控制操作氣速處于液泛氣速的0.5~0.8倍之間。如圖4-1在雙對數(shù)坐標(biāo)系下，氣體自下而上通過填料層時，塔壓降A(chǔ)P與空塔氣速U符合關(guān)系式廿=u1.8~2.0.當(dāng)有液體噴下，低氣速操作時3PsU1.8~2.0,此時的AP比無液體噴下時要高。氣速增加到d點，氣液兩相的流動開始互相影響，廿sU2.0以上，此時的操作點稱為載液點。氣速在增大到e點時，氣液兩相的交互影響惡性發(fā)展，導(dǎo)致塔內(nèi)大量積液且嚴(yán)重返混，APsui0以上,此時的操作點稱為泛液點，對應(yīng)的氣速就是液泛氣速。本次實驗直接測量填料塔性能參數(shù)，確定其液泛氣速，另外還可以用公式法、關(guān)聯(lián)圖法等確定。全塔壓降直接讀儀表，空塔氣速U由孔板流量計測定：

0.61x0.7854x0.0182x(2AP孔板0.7854x0.12式中蔭孔板——孔板壓降，Kpa孔板0.7854x0.12xa2、 填料塔傳質(zhì)性能——考察氧解吸過程的液相體積傳質(zhì)系數(shù)Kxa以氧氣為溶質(zhì)，解吸塔內(nèi)空氣、水的摩爾流率不變，水溫恒定。由低含量氣體吸收——解吸全塔傳質(zhì)速率方程可知：H=H?N=-L?jx2_^OLOLK x1X-X氧氣在水中的平衡含量xe與在空氣中的分壓PO2服從亨利定律：P=E?x或x=P/E其中E=(—8.5694x10-5t2+0.07714t+2.56)x106O2 。 。 O2E——亨利系數(shù)，Kpa;t——水溫度，。C;PO2——吸收時取103Kpa，解吸時取20.9Kpa解吸過程的平衡線與操作線都是直線，傳質(zhì)單元數(shù)可用對數(shù)平均推動力法計算：…dxx—xx—x「w—wN=jx2 = 1qln 2e-qln 2eOLx1x—xAxx—xw—wem11e11eAx=(：2-X2e)-?1-xie)L=0.055?V/(0.7854X0.12)m ln(x-x)/(x-x) 水H——填料高度，0.75m;V水——水流量，L/h;L——水摩爾流率，Kmol/(m2.h),噴淋密度大于7.3m3/(m2.h);Kxa——液相體積傳質(zhì)系數(shù)，Kmol/(m3h);w2——富氧水質(zhì)量濃度，mg/L;w1——貧氧水質(zhì)量濃度，mg/L；w2e,w1e——富氧水、貧氧水平衡含氧量，查表或?qū)嶒灉y定，mg/L』根據(jù)以上各式，測量出水溫度t，水流量V水，氧濃度w1、w2，即可算出填料塔傳質(zhì)系數(shù)Kxaxsy2xiyi圖4-2氣液流向和組成三、實驗流程

—1hlIH—!■—I一I—1hlIH—!■—I一I 水L1排入地溝圖4-3氧氣吸收與解吸實驗裝置和流程1、氧氣鋼瓶2、氧減壓閥3、氧壓力表4、氧緩沖罐5、氧壓力表6、安全閥7、氧氣流量調(diào)節(jié)閥8、氧轉(zhuǎn)子流量計9、吸收塔10、水流量調(diào)節(jié)閥11、水轉(zhuǎn)子流量計12、富氧水取樣閥13、風(fēng)機14、空氣緩沖罐15、溫度計16、空氣流量調(diào)節(jié)閥17、空氣轉(zhuǎn)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、防水倒灌閥四、實驗步驟1、 關(guān)閉閥門啟動風(fēng)機，從小到大改變氣量，記錄數(shù)據(jù)完成干料實驗2、 啟動水泵，增大水流量至液泛，即刻關(guān)閉空氣閥門3、 固定水流量，從小到大改變氣量，每個點穩(wěn)定后，記錄數(shù)據(jù)4、 塔開始液泛時，記錄最后一組數(shù)據(jù)，粗略確定泛點，完成濕料實驗5、 調(diào)節(jié)氣量到當(dāng)前值得一半，穩(wěn)定2min,塔釜取樣測量we=11.13mg/L6、檢查氧氣罐壓力約為0.05Mpa,打開防水倒灌閥和流量調(diào)節(jié)閥同氧氣7、 載點附近完成解吸操作，每個點穩(wěn)定3min，頂、釜同時取樣（兩次）測量氧濃度8、 實驗結(jié)束后，關(guān)閉防水倒灌閥門，總閥門，溶氧儀等注意事項1、 每次取樣品約400ml，轉(zhuǎn)速一樣，溶氧儀穩(wěn)定后讀數(shù)2、 探頭豎直放置，每次的位置最好一樣，不能碰到轉(zhuǎn)子3、 排隊測量富氧水濃度時，最好蓋住上口，數(shù)值大于200mg/L4、 測量后的廢水倒入循環(huán)水罐。 4五、實驗數(shù)據(jù)處理第七組儀器（波紋絲網(wǎng)填料）表1、干塔填料數(shù)據(jù)記錄表（刪除不必要的點之后的數(shù)據(jù)）干填料數(shù)據(jù)：水流量L=0L/h填料高度h=0.75m塔徑d=0.1m序號孔板壓降△P/kPa全塔壓降△P/kPa空氣流量V/m3.h-1空塔氣速u/m.s-1單位填料高壓降kPa.m-110.760.033.00.690.0421.270.1813.10.890.2431.820.4823.81.070.6442.420.8532.01.231.1353.141.2437.91.401.65

TOC\o"1-5"\h\z6 3.33 1.33 41.0 1.44 1.77舉例計算：\o"CurrentDocument"以第四組數(shù)據(jù)為例：孔板壓降△P=2.42kPa,全塔壓降△P=0.85kPa, 空氣流量V=32.0ma/h，填料高度h=0.75m塔徑d=0.1mV_0.61x0.7854x0.0182x(2叫 x1000x1.25)0.5則空氣流速u=A= 0.7854x0.12板0.61x0.7854x0.0182x(2x2.42x1000x1.25)0.5 、/0.785x0.12=0.785x0.12單位填料高壓降P=AP/h=0.85/0.75=1.13kPa/m表2、濕塔填料數(shù)據(jù)記錄表（刪除不必要的點之后的數(shù)據(jù)）濕塔填料數(shù)據(jù)：L=100L/hh=0.75md=0.1m序號孔板壓降△P/kPa全塔壓降△P/kPa空氣流量V/m3.h-1空塔氣速u/m.s-1單位填料高壓降kPa.m-110.600.033.00.610.0420.810.043.00.710.0531.220.159.00.870.2041.370.2512.50.930.3351.930.5718.91.100.7662.010.7321.51.120.9772.280.9424.11.191.2582.571.1826.51.271.5793.031.5929.51.382.12舉例計算同表1

表3、解吸實驗數(shù)據(jù)記錄表解吸傳質(zhì)實驗：h=0.75md=0.1mw平衡=11.13mg/Lt=12.5°C序號氧氣流量V*氧/L.min-1水流量V水/L.h-1空氣流量V空/m3.h-1全塔壓降△P/kPa富氧水濃度Wz/mg.L-1平均富氧水濃度w2/mg.L-1貧氧水濃度w1/mg.L-1平均貧氧水濃度w1/mg.L-1平均水溫t/C體積傳質(zhì)系數(shù)Kxa/kmol.m-3.h-1質(zhì)mnol10.410015.00.5625.6025.65511.1511.19012.5172.00.1375.4825.7111.235920.615015.00.4125.3525.73011.4111.45513.5377.50.1973.8026.1111.5085舉例計算：以第二組數(shù)據(jù)計算為例：塔高h(yuǎn)=0.75m，塔徑d=0.1m，水平衡氧含量w=11.13mg/L平均富氧水濃度w=1x(25.35+26.11)=25.730mg/L2 2平均貧氧水濃度w=1x(11.41+11.50)=11.455mg/LlnH一lnH一11.13=3.80511.455一11.13傳質(zhì)單元數(shù)NQlnW2-we=OLw一w傳質(zhì)單元高度H=h=0.75=0.197mOL—、=0.197m水摩爾流量L=0.055-V/(0.7854x0.R)=0，055x150=1059.97Kmol/(m2.h)水 0.7854x0.12體積傳質(zhì)單元數(shù)k1059.97xaH體積傳質(zhì)單元數(shù)k1059.97xaHOL0.1975377.5kmol.m-3.h-i六、作圖分析0.01液.點70.01液.點7jit ....必項7..3.........../VL..Z1??……液.....點..... G Jz 2以. 二二… 二二二二二 ..................................... zv ........::::::……1Pg0.11igu圖4-4單位填料高壓降與氣速關(guān)系經(jīng)origin分析，所得曲線的斜率見下列表格曲線2:曲線1:曲線2:Equationy=a+b*xAdj.R-Square0.9665ValueStandardErrorBIntercept-0.46060.04967BSlope5.062190.41999曲線3:Equationy=a+b*xAdj.R-Square0.85175ValueStandardErrorDIntercept-0.468160.20333DSlope4.643051.31372Equationy=a+b*xAdj.R-Square0.98333ValueStandardErrorDIntercept-0.324870.02053DSlope5.844560.43811曲線4:Equationy=a+b*xAdj.R-Square0.9979ValueStandardErrorDIntercept-0.188630.0096DSlope3.701020.09789實驗圖表分析1、 干塔填料實驗，在上圖中AP=U5.1（與實際的△P=U1.8~2.0相差較大）原因在于實驗過程中讀取全塔壓降的讀數(shù)偏大，導(dǎo)致實驗結(jié)果偏大。濕塔填料實驗，各條直線的斜率均與實際斜率相差較大（實際斜率：k2=1.8~2.0、k3>2.0、k4>10.0）原因在于讀取壓降的讀數(shù)時，存在錯誤，讀數(shù)偏小，使得曲線4的斜率偏小，另外所取的氣速間隔不是很均勻，數(shù)據(jù)分布不均勻，導(dǎo)致在前期測量時所取的數(shù)據(jù)點偏少，擬合效果不是很理想（相關(guān)系數(shù)僅為0.85175）,使得曲線2斜率偏大。實驗中水流量波動，存在系統(tǒng)誤差，另外在實驗之前實驗設(shè)備，沒有仔細(xì)檢查設(shè)備，設(shè)備的錯誤（解吸塔中填料上方有東西掉落）沒有及時得到糾正。2、 傳質(zhì)實驗中液相體積傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度、傳質(zhì)單元數(shù)見表33、 Kxa的影響因素以及填料差異的原因本實驗中氧氣難溶于水，傳質(zhì)過程為液相控制過程，Kxa的大小受液相流量的影響，液相流量越大，Kxa的值也會越大。填料差異的原因：不同種類的填料，它們的比表面積、孔隙率、填料的幾何形狀都不一樣，這些因素的差異導(dǎo)致不同填料有不同的性能。七、思考題1、吸收填料塔的傳質(zhì)單元高度Hol、Hog和精餾填料塔的等板高度HETP有什么區(qū)別？答：吸收填料塔：塔高度=傳質(zhì)單元高度x傳質(zhì)單元數(shù)

精餾填料塔：塔高度=等板高度X塔板數(shù)兩者相類似，但對于吸收塔而言，傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)是沒有什么實際的物理意義，只能通過公式進(jìn)行計算，但對于精餾塔而言，等板高度HETP（即分離效果相當(dāng)于一塊理論版的填料高度）是真實存在的，但不能用什么理論公式來進(jìn)行計算，一般它的確定都是工程經(jīng)驗，對于不同型號的塔板，它都有自己約定俗稱的等板高度。2、32、3、答：液泛氣速為1.27m/s，壓降為1.573Kpa用w代替x計算所得的Nol誤差為多少？（分別用摩爾分率和質(zhì)量分率算，看差多少）答：以第二組數(shù)據(jù)計算為例：平衡濃度XeX2ew 平衡濃度XeX2ew e 103xM-O2 +PH2O

MH2O11.13103x32w e 103xM02=0.62x10-511.13 999.7 +103x3218w w a.25.730Axm塔頂濃度x2塔底濃度X1(x—X)-(X-Axm塔頂濃度x2塔底濃度X1(x—X)-(X-x—xln 2eX-X103xM

O2

wp

—2 +H2OMH2O103xMO2w 1 103xM-O2 +PH2O

MH2Ow 1 103xM02-X1e)103x3225.730 999.7 + 103x32 1811.455103x32=1.45x10-5=0.64x10-511.455 999.7 + 103x32 18"-5x10-5=0.22x10-5[1.45—0.62In0.64-0.62NOL3.682X2—X1_1.45—0.NOL3.682Ax 0.22與表3中的Nol=3.805相比，誤差為(3.805-3.682)/3.682=3.3%

4、 本實驗的最小氣液比(G/L)min和最小空氣用量Gmin是多少？實際(G/L)是多少？答：以第二組數(shù)據(jù)計算為例系統(tǒng)總壓強AP=P/'?全塔=101.13+O'；1=101.335kPa=(-8.5694x10-5t2+0.0771此+2.56)x106(-8.5694x10-5相平衡系數(shù)m3510720AP101.33534645'LvL7.min.45-0.64)x(-8.5694x10-5相平衡系數(shù)m3510720AP101.33534645'LvL7.min.45-0.64)x10-5y2e=2.77x10-534645x1.45x10-5一0.21Gmin實際Gmin實際G=°.°4氣氣

L0.055-V水°?044x15?0=0.080.055x150L=0.055-V水=0.055x150=8.25kmol/h=2.77x10-5xL=2.77x10-5x8.25=2.29x10-4kmol/h

附原始數(shù)據(jù)表:干填料數(shù)據(jù)：水流量L=0L/h填料高度h=0.75m塔徑d=0.1m孔板壓降全塔壓降空氣流量空塔氣速單位填料高序號△P/kPa△P/kPaV/m3.h-1u/m.s-1壓降kPa.m-110.200.033.00.350.04020.450.033.00.530.04030.760.033.00.690.04041.270.1813.10.890.24051.820.4823.81.070.64062.420.8532.01.231.13373.141.2437.91.401.65383.331.3341.01.441.773濕塔