填料吸收传质系数的测定.doc

序号： 40化 工 原 理 实 验 报 告实 验 名 称： 填料吸收传质系数的测定 学 院： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 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、掌握总传质系数Kxa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，利用船只速率方程处理传质问题的办法。一、 实验原理 本装置先用吸收柱讲将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，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数，并进行关联，得到的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。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。在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得一斜率为1.82的直线(图中aa线)。当有喷淋量时，在低气速下(c点以前)压降也正比于气速的1.82次幂，但大于同一气速下干填料的压降(图中bc段)。随气速的增加，出现载点(图1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。 图一 填料层压降-空塔气速关系示意图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，两相传质主要是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填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。本实验是对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，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式为：其中 相关的填料层高度的基本计算式为： 即 其中 ， 式中：GA 单位时间内氧的解吸量Kmol/h Kxa 总体积传质系数Kmol/m3hxVP 填料层体积m3xm液相对数平均浓度差x1 液相进塔时的摩尔分率(塔顶)xe1 与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率(塔顶)x2 液相出塔的摩尔分率(塔底)xe2 与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率(塔底)Z 填料层高度m 塔截面积m2L 解吸液流量Kmol/hHOL以液相为推动力的传质单元高度NOL以液相为推动力的传质单元数由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx, 由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。在yx图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中还是一条平行于横坐标的水平线(因氧在水中浓度很小)。备注：本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分率而不用摩尔比，这是因为在yx图中，平衡线为直线，操作线也是直线，计算比较简单。 图二 氧气吸收与解吸实验流程图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、防水倒灌阀二、 实验步骤1、实验流程图二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0.030.04Mpa,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，与水并流吸收。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。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱。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。2、操作要点 (1)、流体力学性能测定 、测定干填料降压时，塔内填料务必实现吹干 、测定湿填料压降 A、测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿 B、实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减少，否者图中泛点不容易找到。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，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍微增加气量，再取 一。二个点即可。注意不是要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。 、注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞玻璃管。(2)、传质实验 、氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持 0.030.04MPa，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌阀24，或先通入氧气后通水。 、传质实验操作条件选取 水喷淋密度取1015m3/m2.h，空塔气速0.50.8m/s氧气入塔流量为0.010.02m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在19.9ppm。 、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，用测氧仪分析各自氧的含量。实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀2及调节阀8。检查总电源。总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。三、 原始实验数据（附页）四、 数据处理 1、流体力学性能测定表一 测定干填料压降数据记录空气流速()812151820222428吸收塔压降(Pa)20305080100130150190空气缓冲罐压降(Pa)11601280138015401660180018602260空气缓冲罐温度()22263033.536383940表二 测定湿填料压降数据记录空气流速()812151820222428吸收塔压降(Pa)5090130170210230270440空气缓冲罐压降(Pa)11701300144016101760195020802470空气缓冲罐温度()42.54343.54444.5454646.5 根据上表所得的数据得：图三 填料层压降空塔气速关系图2、实验数据处理 公式： 使用状态下的空气流量V2 V2=V1*P1*T2/(P2*T1) V1空气转子流量计示值m3/h T1、P1标定状态下空气的温度和压强KKPa T2、P2使用状态下空气的温度和压强KKPaV2=1/4u d=0.1mp=ghT1=22，p1=101.3KPa，T2=40，p2=p传质实验：水流量L/L.h-1富氧水x1/ppm贫氧水含量x2/ppm2001910可求得：x1=(19100032)/(19100032+100018)= 1.06910-5x2=(10100032)/(10100032+100018)= 5.6210-61、单位时间氧解吸量GA L=200 L/h=200100018(1-1.06110-5) =11.11Kmol/hGA=L（x1-x2）=11.11（1.06910-5-5.6210-6）=5.63310-5 Kmol/h2、对数平均浓度差Xm=(x1-xe1)-(x2-xe2)/ln(x1-xe1)/( x2-xe2) 氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取：E=-8.569410-5t2+0.07714t+2.56106 =-8.569410-5293.152+0.07714293.15+2.56106 = 1.781107KPaP=大气压+1/2（填料层压差）=101.3+1/20.118=101.359KPam=E/P=1.781107/101.359=1.757105进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1 y1=y2=0.21xe1= y1/m=xe2= y2/m=0.21/ 1.757105 =1.19510-6前面已求得：x1= 1.06910-5 x2=5.62010-6因此，代入各数据可得：Xm=3.8710-63、液相总体积传质系数 Kxa= GA/（VpXm）= GA/(1/42HXm） =5.63310-5/(0.253.140.120.83.8710-6)= 2317.76Kmol/(m3h)4、液相总传质单元高度 HLo=11.11/(2317.760.253.140.12)=0.67m五、 结果分析与讨论1.由图可知，我们的实验比较不成功，在测定干填料压降时得到的数据比较大，实验仪器和操作比较粗糙，但趋势是正确的，在测定湿填料压降时，由于控制空气流速的间隙太小，使实验的图像趋势不明显。2.从实验仪器可以大致知道液相总传质单元高度大约在1米左右，与实验计算结果相差较大。 3.欲提高传质系数,可通过增加液体的流速，以加强液相的湍流程度来提高传质系数。4. 水喷淋密度取10 1