化工原理實驗報告實驗名稱：氧解析實驗實驗?zāi)康模?、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，測定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、掌握液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測定方法并分析影響因素。4、學(xué)習氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問題的方法。實驗儀器：吸收塔及解吸塔設(shè)備、9070型測氧儀實驗原理：本裝置先用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水后，送入解吸塔頂再用空氣進行解吸，實驗需要測定不同液量和氣量下的解吸液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，并進行關(guān)聯(lián)，得到Kxa=ALaVb關(guān)聯(lián)式，同時對四種不同填料的傳質(zhì)效果及流體力學(xué)性能進行比較。填料塔流體力學(xué)特性氣體通過干填料層時，流體流動引起的壓降和湍流流動引起的壓降規(guī)律相一致。填料層壓降—空塔氣速關(guān)系示意圖如下，在雙對數(shù)坐標系中，此壓降對氣速作圖可得一斜率為1.8~2的直線（圖中aa’）。當有噴淋量時，在低氣速下（c點以前）壓降正比于氣速的1.8~2次冪，但大于相同氣速下干填料的壓降（圖中bc段）。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點（圖中c點），持液量開始增大，壓降—氣速線向上彎，斜率變陡（圖中cd段）。到液泛點（圖中d點）后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。llgualg△pa’bcd填料層壓降—空塔氣速示意2、傳質(zhì)實驗在填料塔中，兩相傳質(zhì)主要在填料有效濕表面上進行，需要計算完成一定吸收任務(wù)所需的填料高度，其計算方法有傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元法和等板高度法。本實驗是對富氧水進行解吸，如圖下所示。由于富氧水濃度很低，可以認為氣液兩相平衡關(guān)系服從亨利定律，及平衡線位置線，操作線也是直線，因此可以用對數(shù)平均濃度差計算填料層傳質(zhì)平均推動力。整理得到相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程為GA=KxaVp△xm即Kxa=GAVp△xm）其中x1x1y1y2x2GA=L（x2-x1）Vp=Z?相關(guān)填料層高度的基本計算式為即其中，HOL=式中GA——單位時間內(nèi)氧的解吸量，kmol/(m2?h)Kxa——液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3?h)Vp——填料層體積，m3xm——液相對數(shù)平均濃度差x2——液相進塔時的摩爾分數(shù)（塔頂）xe2——與出塔氣相y1平衡的摩爾分數(shù)（塔頂）x1——液相出塔的摩爾分數(shù)（塔底）xe1——與進塔氣相y1平衡的摩爾分數(shù)（塔底）Z——填料層高度，m?——塔截面積，m2L——解吸液流量，kmol/(m2?h)HOL——以液相為推動力的總傳質(zhì)單元高度，mNOL——以液相為推動力的總傳質(zhì)單元數(shù)由于氧氣為難容氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質(zhì)阻力幾乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于屬液膜控制過程，所以要提高液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，應(yīng)增大液相的湍動程度即增大噴淋量。實驗流程圖：下圖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8計量，進入吸收塔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機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17計量，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。自來水經(jīng)調(diào)節(jié)閥10，由轉(zhuǎn)子流量計17計量后進入吸收柱。由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān)，所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計。空氣流量計前裝有計前表壓計23。為了測量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計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型測氧儀測得。氧氣吸收與解吸實驗流程圖1、氧氣鋼瓶9、吸收塔17、空氣轉(zhuǎn)子流量計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、風機21、溫度計6、安全閥14、空氣緩沖罐22、壓差計7、氧氣流量調(diào)節(jié)閥15、溫度計23、流量計前表壓計8、氧轉(zhuǎn)子流量計16、空氣流量調(diào)節(jié)閥24、防水倒灌閥實驗步驟：流體力學(xué)性能測定（1）、測定干填料壓降a、事先吹干塔內(nèi)填料。b、待填料塔內(nèi)填料吹干以后，改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取6~8組數(shù)據(jù)。（2）、測定濕填料壓降a、測定前進行預(yù)液泛，使填料表面充分潤濕。b、固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取8~10組數(shù)據(jù)。c、實驗接近液泛時，進塔氣體的增加量不要過大。小心增加氣體流量，使液泛現(xiàn)象平穩(wěn)變化。調(diào)好流量后，等各參數(shù)穩(wěn)定后再取數(shù)據(jù)。著重注意液泛后填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上升的這一特點。注意氣量不要過大，以免沖破和沖泡填料。（3）、注意空氣流量的調(diào)節(jié)閥要緩慢開啟和關(guān)閉，以免撞破玻璃管。2、傳質(zhì)實驗a、將氧氣閥打開，氧氣減壓后進入緩沖罐，罐內(nèi)壓力保持0.04~0.05MPa，不要過高，并注意減壓閥使用方法。為防止水倒灌進入氧氣轉(zhuǎn)子流量計中，開水前要關(guān)閉防倒灌，或先通入氧氣后通水。b、傳質(zhì)實驗操作條件選?。核畤娏苊芏热?0~15m3/(m2?h)，空塔氣速0.5~0.8m/s氧氣入塔流量為0.01~0.02m3/h，適當調(diào)節(jié)氧氣流量，使吸收后的富氧水濃度控制在不大于19.9mg/l。c、塔頂和塔底液相氧濃度測定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水，注意在每次更換流量的第一次所取樣品要倒掉，第二次以后所取的樣品方能進行氧含量的測定，并且富氧水與貧氧水同時進行取樣。d、用測氧儀分析其氧的含量。測量時，對于富氧水，取分析儀數(shù)據(jù)由增大到減小時的轉(zhuǎn)折點為數(shù)據(jù)值；對于貧氧水，取分析儀數(shù)據(jù)由變小到增大時的轉(zhuǎn)折點為數(shù)據(jù)值。同時記錄對應(yīng)的水溫。e、實驗完畢，關(guān)閉氧氣減壓閥，再關(guān)閉氧氣流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉其他閥門。檢查無誤以后離開。實驗數(shù)據(jù)及處理：填料塔壓降與空塔氣速關(guān)系圖根據(jù)公式V1=26.2△P0.54求出V1,再由和u=Vs/A求得u,A=3.14×0.052=7.85×10-3m2由以上公式求得各u值如數(shù)據(jù)表所示。根據(jù)數(shù)值可在雙對數(shù)坐標系中描出關(guān)系圖如下：V1=26.2△P0.54取第一組數(shù)據(jù)計算，V1=26.2×0.320.54=14.16m3/h，取第一組數(shù)據(jù)計算，14.16×（101.3×312.55）/[（90+0.41）×293.15]=16.92m3/h空塔實驗數(shù)據(jù)表:空氣溫度t1/℃39.43939.239.439.740.140.441.2孔板壓降P1/kPa0.320.440.630.770.981.281.51.78空氣壓力P/kPa0.411.580.831.092.36填料塔壓降P/kPa30.380.470.590.670.78V1/m3/h14.1616.8220.4122.7525.9229.9432.6135.77P2/kPa90.4191.5890.8391.0191.3091.7091.9992.36Vs/m3/h16.9219.8124.2627.0030.6935.3438.4142.07u/m/s0.600.700.860.961.091.251.361.49濕料塔實驗數(shù)據(jù)塔:Q=50空氣溫度t1/℃40.940.340.540.741.141.742.142.6水溫度t2/℃19.619.419.419.419.319.319.319.3孔板壓降P1/kPa0.350.490.640.810.941.221.471.74空氣壓力P/kPa0.590.851.111.441.732.342.913.58填料塔壓降P/kPa0.320.440.550.680.841.151.461.81V1/m3/h14.86317.8220.58923.38225.33929.1732.25935.334P2/kPa90.5990.8591.1191.4491.7392.3492.9193.58Vs/m3/h17.80521.2524.49327.73229.99734.36937.82441.198u/m/s0.630.7520.86670.98131.06151.21621.33841.4578Q=100Q=15042.241.841.841.942.242.841.841.841.842.119.319.11918.918.918.818.918.618.618.70.350.410.610.790.991.180.380.460.580.760.731.031.411.92.634.071.081.361.913.340.440.60.821.11.682.660.710.891.262.3814.8616.18820.06223.06926.05828.6515.53817.2319.5222.59190.7391.0391.4191.992.6394.0791.0891.3691.9193.3417.8519.35423.88627.32830.65533.25118.56620.5223.1226.3660.6320.68490.84520.9671.08481.17660.6570.7260.8180.933求Kxa、HOL，根據(jù)實驗原理中列舉的各數(shù)據(jù)關(guān)系式及以下公式填料層體積Vp=3.14×0.052×0.8=6.28×10-3m3P=90kPa+1/2P塔壓降取第一組數(shù)據(jù)計算，P=90+1/2×0.48=90.24kPaE=(-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56)×106取第一組數(shù)據(jù)計算，E=(-8.5694×10-5×16.772+0.07714×16.77+2.56)×106=3851780kPam=E/P取第一組數(shù)據(jù)計算，m=3851780kPa/90.24kPa=42397.138Xe1=Xe2=y/m，y=0.21（y=y1=y2）取第一組數(shù)據(jù)計算，Xe1=Xe2=0.21/42397.138=4.95×10-6V1=26.2△P0.54取第一組數(shù)據(jù)計算，V1=26.2×0.430.54=16.61m3/h，取第一組數(shù)據(jù)計算，16.61×（101.3×314.95）/[（90+0.85）×293.15]=19.90m3/h，取第一組數(shù)據(jù)計算，=(998.2-999.7)/10×(17.1-10)+999.7=998.64kg/m3L=Q×10-3ρt/(M水)，取第一組數(shù)據(jù)計算，L=100×10-3×998.635/18=5.55kmol/hX1=(C貧氧×10-3/M氧氣)/[(C貧氧×10-3/M氧氣)+(/M水)]，取第一組數(shù)據(jù)計算，X1=(8.91×10-3/32)/[(8.91×10-3/32)+(998.64/18)]=5.02×10-6X2=(C富氧×10-3/M氧氣)/[(C富氧×10-3/M氧氣)+(/M水)]，取第一組數(shù)據(jù)計算，X2=(17.39×10-3/32)/[(17.39×10-3/32)+(998.64/18)]=9.79×10-6，取第一組數(shù)據(jù)計算，GA=L（x2-x1），取第一組數(shù)據(jù)計算，GA=5.55×（9.79×10-6-5.02×10-6)=2.65×10-5kmol/(m2×h)，取第一組數(shù)據(jù)計算，HOL=，取第一組數(shù)據(jù)計算，HOL==0.186m可求得相關(guān)數(shù)據(jù)如下兩個表：QL/hLkmol/(m2×h)Xe1和Xe2X1X2EkPPkPm1005.554.95×10-65.02×10-69.79×10-63.85×10690.244.24×1041256.944.99×10-65.13×10-69.49×10-63.83×10690.3254.21×1041508.324.97×10-65.05×10-61.03×10-53.85×10690.3754.23×104QL/hGA/kmol/(m2×h)Kxa△XmHOL/m1002.65×10-53803.931.11×10-60.1861253.03×10-53860.471.25×10-60.2291504.40×10-55546.791.26×10-60.191實驗結(jié)論及誤差分析：系統(tǒng)誤差，人為操作所造成的誤差，讀取數(shù)據(jù)時的隨意性也可導(dǎo)致誤差，在數(shù)據(jù)處理過程中有效值的取舍帶來的誤差等等。通過實驗所得的填料塔壓降與空塔氣速關(guān)系圖如上坐標圖所示；求得100L/h、125L/h、150L/h對應(yīng)Kxa、HOL如上表。思考題：（1）、闡述干填料壓降線和濕料塔壓降線的特征干料塔壓降與氣速關(guān)系成一條直線，是線性相關(guān)的兩個變量；濕料塔壓降線與干料塔有所不同，其在氣速達到一