氧解吸实验报告

氧解吸实验报告

化实0801司21

北京化工大学化工原理实验（下）

实验名称：氧解吸实验

实验时间：20__年3月16日

报告人：司同组人：许可、付博

报告摘要：本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔顶再用空气进行解吸，实验测定不同液量和气量下的解吸液相体积总传质系数K_a，并进行关联，得到K_a=ALaVb的关联式，从而求的液相总传质单元高度HOL.

一、实验目的及任务

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掌握液相体积总传质系数K_a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。

二、基本原理

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。填料层压降—空塔气速关系示意如图1所示，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’）。当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的1.8~2次幂，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速的增加，出现载点（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。

lg△plgu

图-1填料层压降—空塔气速关系示意

北京化工大学化工原理实验（下）

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的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。

本实验是对富氧水进行解吸，如图2所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两相平衡关系服从亨定律，即平衡线为直线，操作线也为直线，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程为

GAK_aVp_m

即K_aGA/VP_m

式中，_(_2_e2)(_1_e1)

ln[2e2(__]

1e1)

GAL_2_1VPZ

相关填料层高度的基本计算式为

ZL_1

K_ad_

A单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2h)；

K_a——液相体积总传质系数，kmol/(m3h)；

Vp——填料层体积，m3；

_m——液相对数平均浓度差；

_2——液相进塔时的摩尔分数（塔顶）；

_e2——与出塔气相y1平衡的摩尔分数（塔顶）；

_1——液相出塔的摩尔分数（塔底）；

_e1——与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）；

Z——填料层高度，m；

——塔截面积，m2；

L——解吸液流量，kmol/(m2h)；

HOL——以液相为推动力的总传质单元高度，m；

NOL——以液相为推动力的总传质单元数；

-2富氧水解吸实验图

北京化工大学化工原理实验（下）

三、实验装置及流程

下图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0.03～0.04Mpa，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。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收塔。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。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。

两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。

图-3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

四、实验内容及步骤

1、流体力学性能测定

北京化工大学化工原理实验（下）

(1)测定干填料压降①塔内填料事先已吹干。

②改变空气流量，测定填料塔压降，测取10组数据。(2)测定湿填料压降

①固定前先进行预液泛，是填料表面充分润湿。

②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6~8组数据。

③实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大，否则图1中的泛点不容易找到。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，务必等各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升，务必要掌握这个特点。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)注意空气流量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将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.04~0.05Mpa，氧气转子流量计保持0.3L/Min左右。为防止水倒灌进入氧气转子流量计重，开水前要关闭防倒灌阀，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10~15m3/(m2h)，空塔气速0.5~0.8m/s，氧气入塔流量为0.01~0.02m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在不大于19.9mg/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，用测氧仪分析其氧的含量。

④实验完毕，关闭氧气减压阀，再关闭氧气流量调节阀，关闭其他阀门。检查无误以后离开。

五、实验数据及处理

基本数据：拉西环12_12_1.3mm，解吸塔径Φ=0.1m，吸收塔径Φ=0.032m，填料层高度0.8m。

1干塔空气温度17℃

北京化工大学化工原理实验（下）

2湿塔空气温度21℃

北京化工大学化工原理实验（下）

∴HOL=0.181m六、思考题

①阐述干填料压降线和湿料塔压降线的特征

答：干料塔压降与气速关系成一条直线，湿料塔，在低气速下压降正比于气速，随气速的增加，出现载点，压降—气速线向上弯，斜率变陡。到液泛点后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

③试计算实验条件下填料塔实际液气比V/L是最小液气比（V/L）min的多少倍答：ⅰ（V/L）min=(_1-_2)/(y1e-y2)=0.0046

V/L=0.173(V/L)/(V/L)min=37.62

ⅱ（V/L）min=(_1-_2)/(y1e-y2)=0.0011

V/L=0.222(V/L)/(V/L)min=202.3

ⅲ（V/L）min=(_1-_2)/(y1e-y2)=0.0031

V/L=0.204(V/L)/(V/L)min=65.98

⑤为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程，难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程

答：对于易溶气体而言，其主要的阻力来自溶质从气相到气液界面扩散的阻力，从气液界面到溶液的过程所受到的阻力相对来说很小，所以在吸收过程显示为气膜控制过程；而对于难溶气体，吸收时受到的主要阻力是在气液界面到液相的过程中产生，而在气相到气液界面的阻力相对来说很小，所以其吸收的过程显示为液膜控制过程。