氧解析匯報 化工原理 吸收 實驗報告材料

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1、word 化工原理 氧解析 實驗報告 課程名稱： 化工原理實驗 學 校： 化工大學 學 院： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 姓 名： 實驗日期： 同組人員： 一、實驗摘要 本實驗利用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水，送入解析塔頂再用空氣進展解析，測定不同液量和氣量下的解析液相體積總傳質系數(shù)，并進展關聯(lián)，同時對四種不同填料的傳質效果與流體力學性能進展比擬。 二、實驗目的與任務 1、熟悉填料塔的構造與操作。 2、觀察填料塔流體力學狀況，測定壓降與氣速的關系曲線。 3、掌握

2、液相體積總傳質系數(shù)Kxa的測定方法并分析影響因素。 4、學習氣-液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質速率方程處理傳質問題的方法。 三、根本原理 1、填料塔流體力學特性 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〞關系示意如圖1所示。 〔1〕在雙對數(shù)坐標系中，此壓降對氣速作圖可得斜率為1.8~2的直線〔圖中Aa直線〕。 〔2〕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次方，但大于一樣氣速下干填料的壓降〔圖中bc段〕。 〔3〕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〕

3、。 〔4〕到液泛點〔圖中d點〕后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。 lg u a lg△p A b c d 圖1 填料層“壓降—空塔氣速〞關系示意圖 2、傳質實驗 填料塔與板式塔氣液兩相接觸情況不同。在填料塔中，兩相傳質主要在填料有效濕外表上進展，需要計算完成一定吸收任務所需的填料高度，其計算方法有傳質系數(shù)、傳質單元法和等板高度法。 本實驗是對富氧水進展解吸，如圖2所示。由于富氧水濃度很低，可以認為氣液兩相平衡關系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也為直線，因此可以用對數(shù)平均濃度差計算填料層

4、傳質平均推動力。整理得到相應的傳質速率方程為 ， 即 圖2 富氧水解吸實驗 相關填料層高度的根本計算式為： 即 GA單位時間內氧的解吸量，kmol/(m2?h)； Kxa液相體積總傳質系數(shù)，kmol/(m3?h)； Vp填料層體積，m3； Δxm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，m2； L解吸液流量，kmol/(m2?h

5、)； HOL以液相為推動力的總傳質單元高度，m； NOL以液相為推動力的總傳質單元數(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系數(shù)Kxa，應增大也想的湍動程度即增大噴淋量。 在y-x圖中，解析過程的操作線在平衡線下方，本實驗中是一條平行于橫坐標的水平線〔因氧氣在水中濃度很小〕。 本實驗在計算時，氣液相濃度的單位用摩爾分數(shù)而不用摩爾比，這是因為在y-x圖中，平衡線為直線，操作線也為直線，計算比擬簡單。 四、實驗裝置與流程 氧氣吸收解吸裝置流程： MpaMPa時，安全閥自動開啟。

6、 〔2〕氧氣流量調節(jié)閥調節(jié)氧氣流量，并經轉子流量計計量，進入吸收塔中。 〔3〕自來水經水轉子流量計調節(jié)流量，由轉子流量計計量后進入吸收塔。 〔4〕在吸收塔內氧氣與水并流接觸，形成富氧水，富氧水經管道在解吸塔的頂部噴淋。 〔5〕空氣由風機供應，經緩沖罐，由空氣流量調節(jié)閥調節(jié)流量經空氣轉子流量計計量，通入解吸塔底部，在塔內與塔頂噴淋的富氧水進展接觸，解吸富氧水，解吸后的尾氣由塔頂排出，“貧氧水〞從塔底通過平衡罐排出。 〔6〕由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關，所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計?？諝饬髁坑嬊把b有計前表壓計。為了測量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計。 〔7〕在解吸塔入口設有入口采出

7、閥，用于采集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測氧儀測得。 圖3氧氣吸收解吸裝置流程圖 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 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 13、風機 14、空氣緩沖罐 15、溫度計 16、空氣流量調節(jié)閥 17、空氣轉子流量計 18、解吸塔 7、氧氣流量調節(jié)閥 8、氧轉子流量計 9、吸收塔 10

8、、水流量調節(jié)閥 11、水轉子流量計 12、富氧水取樣閥 五、實驗內容與步驟 1、流體力學性能測定 〔1〕測定干填料壓降 ① 塔內填料事先已吹干。 ② 改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取10組數(shù)據。 〔2〕測定濕填料壓降 ① 固定前先進展預液泛，是填料外表充分潤濕。 ② 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6~8組數(shù)據。 ③實驗接近液泛時，氣體的增加量不要過大，否如此圖1中的泛點不容易找到。密切觀察填料外表氣液接觸狀況，并注意填料層壓降變化幅度，務必等到各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據，液泛后填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上升。

9、④稍增加氣量，再取一兩個點，注意不要使氣速過分超過泛點，防止沖破和沖跑填料。 〔3〕注意空氣流量的調節(jié)閥要緩慢開啟和關閉，以免撞破玻璃管。 2、傳質實驗 ①MpaL/Min左右。為防止水倒灌進入氧氣轉子流量計重，開水前要關閉防倒灌閥，或先通入氧氣后通水。 ②傳質實驗操作條件選?。核畤娏苊芏热?0~15m3/(m2·h)m/sm3/hmg/L。 ③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〞，用測氧儀分析其氧的含量。 ④ 實驗完畢，關閉氧氣時，務必先關氧氣鋼瓶總閥，然后才能關閉氧減壓閥與氧氣流量調節(jié)閥。檢查總電源、總水閥與各管路閥門，確實安全后方可離開。

10、 六、實驗數(shù)據處理 計算并確定干填料與一定噴淋量下的濕填料在不同空塔氣速u下，與其相應的單位填料高度壓降Δp/Z的關系曲線，并在雙對數(shù)坐標系中作圖，找出泛點與載點。 表1 轉子流量計：空氣，T=20℃ 序號 空氣流量 V1〔m3/h〕 空氣溫度 T2〔K〕 空氣表壓 P(kPa) 全塔壓降 △P〔kPa〕 △P/Z (Pa/m) 實際空氣流量 V2(m3/h) 空氣流速 u(m/s) 1 10 117 2 15 261 3 20 444 4 25 653

11、 5 30 928 6 35 1254 表2：濕塔數(shù)據：L=60～250 L/h，h= 轉子流量計：空氣，T=20℃，P=101,325KPa；水流量80L/h。 序號 空氣流量 V1(m3/h) 氣溫度 T2(K) 空氣表壓 P(kPa) 全塔壓降 △P〔kPa〕 △P/Z 〔Pa/m〕 實際空氣流量 V2(m3/h) 空氣流速 u(m/s) 1 5 1.068 104 2 10 209 3 15 365 4

12、 20 705 5 25 304.45 1149 6 30 305.65 1699 7 35 306.55 2561 8 40 3815 〔1〕下以干塔數(shù)據中第一組為例，說明計算過程： 單位塔高壓降確定： 流量校正： 流速確定： 濕塔的計算過程與干塔一致，不再贅述。 〔2〕計算實驗條件下〔一定噴淋量、一定空塔氣速〕的液相體積總傳質系數(shù)Kxa與液相總傳質單元數(shù)HOL。 表3：氧解吸操作數(shù)據： h=0.75m，d=0.1m w平衡

13、=11.03mg/L 〔y1=y2=0.21，P=101.3KPa〕 序號 氧流量 〔L/min〕 L (L/h) G (m3/h) 空氣表壓 P(Pa) 全塔壓降 △P(Pa) 貧氧水氧含量 c1〔mg/L〕 富氧水氧含量 c2〔mg/L〕 含氧水溫度 T2(℃) 1 80 20 2 100 20 3 80 30 序號 系統(tǒng)總壓 P(Pa) 相平衡常數(shù) m 平衡mol xe1 (xe2) 對數(shù)平均 Δxm 水

14、流量L (mol/h) 氣體流率GA (mol/h) 傳質系數(shù)Kxa (kmol/m3h) HOL 〔m〕 1 33417 6.28*10-6 2.28*10-6 2443 33417 6.28*10-6 2.15*10-6 2572 2 33415 6.28*10-6 2.42*10-6 2380 33341 6.30*10-6 2.35*10-6 2422 3 33365 6.29*10-6 2.15*10-6 2615 33365 6.29*

15、10-6 2.12*10-6 2509 以第一組數(shù)據為實例，10℃3。 塔溫： 系統(tǒng)總壓確定： 亨利系數(shù)確定： 亨利系數(shù): 平衡濃度： 塔頂〔底〕摩爾分率計算： 平均推動力： 同理： 液體流率： 氣體流率： 填料塔體積： 傳質系數(shù)確實定： 傳質單元高度： 七、實驗結果作圖與分析 1、流體力學性能測定 圖5 圖4 圖6 載點與泛點的位置： 如圖6所示 水流量為80L/h時 載點為A點(0.5571,380.68) 泛點為B點(1.105,1603.04) 2

16、、傳質實驗： 液相體積總傳質系數(shù)Kxa和液相總傳質單元高度HOL計算結果如下： 氧流量〔L/min〕 L(L/h) G(m3/h) Kxa(kmol/m3h) HOL(m) 80 20 2507 100 20 2401 80 30 2562 表4：不同氣、液量下的Kxa、HOL 八、結果討論與誤差分析 1、流體力學性能測定 〔1〕無液體噴淋時如下列圖，在雙對數(shù)坐標下，干塔壓降與氣速呈線性關系，擬合關系式為：，即與u呈正比。 〔2〕當有噴淋量時〔80L/h〕，在低氣速下也與氣速呈線性關系，與u呈正比。 隨氣速的增加，出現(xiàn)載點，

17、持液量開始增大，壓降-氣速線向上彎，斜率變陡。到液泛點后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。 〔3〕將干塔、濕塔填料塔壓降與氣速關系進展比照，見圖，可以看出，有液體噴淋時，填料層壓降均大于同一氣速下的干塔壓降。 2、傳質實驗 由數(shù)據可以看出，在氧氣-水系統(tǒng)中，液相體積總傳質系數(shù)Kxa與液量正相關，而與氣量根本無關。這是由于氧氣極難溶于水，因而本系統(tǒng)是液膜控制系統(tǒng)，Kxa近似等于kxa，而kxa∝L，故液相體積總傳質系數(shù)Kxa僅與液量有關，與氣量無關。 3、誤差分析 〔1〕系統(tǒng)誤差：裝置整體氣密性不夠理想，造成流體流動時對整體系統(tǒng)帶來的波動影響，轉子流量計在計量空氣流速時不夠穩(wěn)定

18、 〔2〕主觀誤差：人為讀取壓差計與轉子流量計時存在主觀誤差。 〔3〕其他誤差：由于氧氣濃度測量儀與實驗裝置數(shù)量不匹配，導致在實驗后期不能夠在得到待測液后一分鐘內得以測量，實驗室環(huán)境含氧量與溫度在此期間對燒杯內待測液有所影響，導致最終溫度與含氧量的測定存在誤差。 九、思考題 1、闡述干填料壓降線和濕填料壓降線的特征 答：氣體通過干填料時，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，因此在對數(shù)坐標紙上作關系曲線，表現(xiàn)為一直線。當有噴淋量時，在低流速下壓降也正在于氣速的1.8～2 次方，但大于同一氣速下干填料的壓降。隨氣速增加，出現(xiàn)載點，出現(xiàn)載點，持液量增大，曲線向上彎曲，斜率變陡，到

19、達泡點后，壓降持續(xù)增大，出現(xiàn)液泛。 2、比擬液泛時單位填料高度壓降和圖中液泛壓降值是否相符，一般亂堆填料液泛時單位填料高度壓降為多少？ 答：實驗中發(fā)現(xiàn)，亂堆填料液泛時單位填料層高度的氣體壓降根本上為一恒值。由此推測，當操作氣速低于泛速時，其它等壓降曲線會有與泛點關聯(lián)圖線相像的曲線形狀。實驗結果證實了這一推測。亂堆填料液泛時單位填料高度壓降一般不低于2kPa/m。 3、試計算實驗條件下填料塔實際氣液比V/L是最小氣液比〔V/L〕min的多少倍？ 答：，實際氣液比：， 故: 4、工業(yè)上，吸收在低溫、加壓下進展，而解吸在高溫、常壓下進展，為什么？ 答：相平衡常數(shù)m=f(p,

20、T),且溫度下降，壓力上升時，m降低，氣體越易溶，越易被吸收，因而吸收常在低溫、加壓下進展。反之，高溫、減壓對解吸有利，因而解吸在高溫、常壓下進展。 5、為什么易溶氣體的吸收和解吸屬于氣膜控制過程，難溶氣體的吸收和解吸屬于液膜控制過程？ 答：根據雙膜模型導出的結果可知總傳質阻力為氣膜傳質阻力與液膜傳質阻力之和，即 對于氣膜阻力控制，即 時，， ,此時的傳質阻力主要集中于氣膜，稱這種情況為“氣膜阻力控制〞。 對于液膜控制，即 時， , ,此時的傳質阻力只要集中于液膜，稱

21、這種情況為“液膜阻力控制〞 〔易溶氣體多為氣膜阻力控制，難溶氣體多為液膜控制〕。 答：填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板。上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。氣體與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料外表上，氣液兩相密切接觸進展傳質。 填料塔具有生產能力大，別離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點。 填料塔也有一些不足之處，如填料造價高；當液體負荷較小時不能有效地潤濕填料外表，使傳質效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線進料和出料等復雜精餾不太適合等。 6、填料塔結構有什么特點？ 7、假如要實現(xiàn)計算機在線采集和控制，應如何選用測試傳感器與儀表？ 答：根據被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式；信號的輸出方法；傳感器的來源。 在動態(tài)測量中，應根據信號的特點〔穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等〕，以免產生過大的誤差。 壓力檢測儀表的正確選用主要包括確定儀表的型式、量程、X圍、準確度和靈敏度、外形尺寸以與是否需要遠傳和具有其他功能。 15 / 16