吸收解析上交

1、氧气吸收与解吸综合实验班级：应化产11301 序号：07 姓名：李伟 一 实验目的i熟悉填料塔的构造与操作，认识不同填料塔的特性；ii观察填料塔流体力学状况，测定填料层压强降与操作气速的关系（p/zu），确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速；iii掌握总传质系数的测定方法并分析影响因素；iv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；v研究流体的流动对传质阻力的影响、吸收剂用量对传质系数的影响和传质系数的影响和传质阻力较小侧流体的流量变化对吸收过程的影响，学会吸收过程的调节；vi学会氧气钢瓶减压阀的操作，测氧仪的标定及使用。二 基本原理本装置采用水作吸收剂，纯氧作吸收质，在吸

2、收塔内并流吸收，形成富氧水后，送入解吸塔顶，再用空气进行逆流解吸，每个解吸塔均采用不同的填料。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，同时对各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，见图5-2。在双对数坐标系中对u作图得到一条斜率为1.82的直线（图5-2中的aa线）。而有喷淋量时，在低气速时（ci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bici段）。随气速增加，出现载

3、点（图中ci点），持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明气液两相流动的相互影响开始出现。压降气速线向上弯曲，斜率变陡（图中cidi段）。当气体增至液泛点（图中di点，实验中可以目测出）后，气速稍有增加，压降便急剧上升，此时液相完全转为连续相，气相完全转为分散相，塔内液体返混和气体的液沫夹带现象严重，传质效果极差。测定填料塔的压降和液泛气速是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择合适的气液负荷。实验在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录数据，直至出现液泛时为止。注意，不要使气速过分超过泛点，避免冲泡和冲破填料。(2)传质实验在填料塔中，两相传质在填料有效润湿表面

4、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，如图5-3。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： (5-1） （5-2） （5-3） （5-4） （5-5）其中，式中单位时间内氧的解吸量，kmol/m2·h； 液相体积总传质系数，kmol/m3·h·； 填料层体积，m3；液相对数平均浓度差；x1液相进塔时的摩尔分率（塔顶）；与出塔气相平衡的液相摩尔分率（塔顶）

5、；液相出塔的摩尔分率（塔底）；与进塔气相平衡的液相摩尔分率（塔底）；填料层高度，m；塔截面积，m2；解吸液流量，kmol/m2·h；依据相平衡关系： （5-6）式中相平衡常数； 系统总压强，=大气压+1/2（填料层压差），kPa； 亨利系数，氧气在不同温度下的可用式（5-7）求取： kPa； （5-7）式中t溶液温度，。空气的进、出塔气相浓度为，；其中。相关的填料层高度的基本计算式为： 即 （5-8）其中 ， （5-9） （5-10）式中 以液相为推动力的传质单元高度，m； 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，由

6、于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数，应增大液相的湍动程度即增大喷淋量。在图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，在实验中还是一条几乎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，这是因为在图中，平衡线为直线，操作线也是直线，计算比较简单。三 实验装置与流程(1)实验装置氧吸收-解吸 工艺实验装置流程，见图5-4。(2)实验流程本实验装置流程：氧气由氧气钢瓶V01经减压阀进入氧气缓冲罐V02，控制缓冲罐压力0.040.05MPa。为安全起见，当缓冲罐压力达到0.08MPa时，安全阀会自动开启（需扣实验安全10分）。调节氧气流量，经转子流

7、量计计量，进入T01中。自来水经阀门调节流量，由水转子流量计计量后进入吸收塔T01。在吸收塔内氧气与水并流接触，形成富氧水，富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机C01供给，经空气缓冲罐V03，由阀门调节流量经转子流量计计量，通入解吸塔底部，在塔内与塔顶喷淋的富氧水接触，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排出。由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可忽略，整个实验过程看成是等温操作。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P11。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计P12。在解吸塔入口设有入口采样阀，用于采集入

8、口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上取样。两水样液相氧浓度由YSI-550A型溶氧仪测得（YSI-550A型溶氧仪的使用见3.6节）。(3)装置参数吸收-解吸实验主要设备及控制参数见表5-1。四 实验步骤与注意事项(1)流体力学性能测定 测定干填料压降 打开仪表电源开关及空气压缩机电源开关，进行仪表自检；先吹干塔内填料；改变空气流量，测定填料塔压降，测取68组数据。 测定湿填料压降 测定前要进行预液泛，使填料表面充分湿润；固定水在某一喷淋量下，改变气体流量，测定填料塔压降，测取810组数据；改变水喷淋量，再做两组数据，并比较。注意：实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大，否则泛点不容易找到。密

9、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，液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍稍增加气量，再取12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。同时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i熟悉实验流程及弄清溶氧仪的结构、原理、使用方法及其注意事项。ii打开氧气钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀；注意氧气减压阀压力表读数，使氧气缓冲罐内压力保持0.040.05MPa，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，开水前要关闭氧缓冲杯进氧阀，或先通入氧气后通水。iii传质

10、实验操作条件选取：水喷淋密度取1015，空塔气速0.50.8m/s氧气入塔流量为0.30.8L/min，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在19.9uL/L。iv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，用溶氧仪分析其氧的含量。V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及氧缓冲杯调节阀。检查氧气、空气缓冲罐压力是否为零（放空），检查总电源、总水阀及各管路阀门，确定安全后方可离开。(3)注意事项i转子流量计读数以转子最大截面处对应刻度为准；ii转子流量计刻度校正如下：式子V2使用状态下的空气流量；V1空气转自流量计示值，若用孔板流量计，则为V2=

11、26.2p0.54，m3/h；T1、p1标定状态下空气的温度和压强（T1=293K；p1=101.3kPa；为绝压，kPa）；T2、p2使用状态下空气的温度和压强。iii溶氧仪先标定，再测量；iv实验中测出质量浓度，需换算成摩尔分率再计算；五 实验数据记录与处理（1）.解吸塔流体力学性能实验数据与处理见下表表5-1 干填料状况下解析塔流体力学性能会实验数据记录与处理干填料状况：解吸塔塔径d=0.1m,Z=0.8m Li/(l/h)数据记录数据处理序号Vs,1/(m3/h)空气温度t2/空气压力p´2/kPa全塔压降p/kPaVs,2/(m3/h)空塔气速u/(m/s)p/z /(kP

12、a/m填料）lgulgp/z 011540.10.790.2215.913 0.563 0.275 -0.2497 -0.5607 21840.51.040.2419.073 0.675 0.300 -0.1710 -0.5229 32140.71.290.2622.212 0.786 0.325 -0.1048 -0.4881 42440.91.620.2925.319 0.895 0.363 -0.0479 -0.4407 52741.31.980.3228.421 1.005 0.400 0.0022 -0.3979 63041.52.490.3631.444 1.112 0.450 0

13、.0461 -0.3468 73341.52.960.434.432 1.218 0.500 0.0856 -0.3010 836413.570.4537.285 1.319 0.563 0.1201 -0.2499 10011241.30.610.2312.801 0.453 0.288 -0.3441 -0.5414 215420.810.3416.006 0.566 0.425 -0.2471 -0.3716 31842.31.040.3519.182 0.678 0.438 -0.1685 -0.3590 42142.61.320.3822.339 0.790 0.475 -0.102

14、3 -0.3233 52442.81.640.3925.468 0.901 0.488 -0.0454 -0.3120 62742.620.3928.533 1.009 0.488 0.0040 -0.3120 73042.62.480.3831.557 1.116 0.475 0.0477 -0.3233 83342.82.960.4234.575 1.223 0.525 0.0874 -0.2798 93642.33.570.5337.439 1.324 0.663 0.1219 -0.1788 15011242.30.640.3212.838 0.454 0.400 -0.3429 -0

15、.3979 21542.70.810.3416.042 0.567 0.425 -0.2461 -0.3716 31843.51.050.3719.253 0.681 0.463 -0.1669 -0.3349 42143.71.330.3922.415 0.793 0.488 -0.1009 -0.3120 524441.640.4225.564 0.904 0.525 -0.0438 -0.2798 62744.32.020.4228.681 1.014 0.525 0.0062 -0.2798 73044.52.50.6231.741 1.123 0.775 0.0502 -0.1107

16、 83344.32.990.6634.729 1.228 0.825 0.0893 -0.0835 936443.610.6737.626 1.331 0.838 0.1241 -0.0770 20011242.70.620.3512.857 0.455 0.438 -0.3422 -0.3590 21543.40.810.3616.077 0.569 0.450 -0.2452 -0.3468 318441.040.3819.286 0.682 0.475 -0.1662 -0.3233 42144.41.330.3922.465 0.795 0.488 -0.0999 -0.3120 52

17、444.71.650.4925.618 0.906 0.613 -0.0428 -0.2129 62745.22.050.5928.754 1.017 0.738 0.0073 -0.1322 73045.32.480.6631.827 1.126 0.825 0.0514 -0.0835 83345.23.050.734.807 1.231 0.875 0.0903 -0.0580 93644.73.540.7137.735 1.335 0.888 0.1253 -0.0518 以干填料第五组数据为例：由：知：V2=27×(101.3×(273.15+41.3)/(101

18、.3+1.98)×293)= 28.421m3/h=×0.052=0.00785 m2 空塔气速：u=28.421/(3.14159×0.05×0.05×3600)=1.005 m/sP/Z=0.32/0.8=0.4lgu=lg1.005=0.0022lgp/z=lg0.4=-0.3979（2）解吸塔流体力学性能实验关系曲线图a.不同空塔气速u与单位填料高度压降p/z关系图如下图5-5 up/z关系曲线图b.不同空塔气速u与单位填料高度压降p/z双对数关系图如下图5-6 lgp/zlgu的关系曲线图由图5-5和5-6可看出，对于干物料来说：气速

19、与压降呈线性关系；对于干物料和湿物料来说：气速越大，压降越大；对于湿物料来说：相同的压降下，喷淋量大的操作状态下的气速小。 (3).传质实验数据记录与处理表5-5 解析塔传质实验数据记录O气速=0.4m/s序号水流量L/(L/h)空气流量/(m3/h)全塔压降kPa空气压力/kPa富氧水w1贫氧水w2水温t水/1100180.341.0712.868.1615.92100240.391.6712.968.1416.23100270.422.1413.328.2916.34100300.452.4813.608.2416.35100330.453.0214.298.6716.36100360.4

20、73.6014.378.4016.41234562002002002002002001518212427300.330.350.390.410.440.460.781.091.391.652.092.5412.0512.1112.0312.1512.2012.278.678.508.478.468.388.3116.116.016.116.116.016.2表5-6 解析塔传质实验数据处理序号P/kPamx1x2xe1和xe2xmGAKxa/kmol/m3/hHOL/mE1101.495145855.424.59E-067.23E-061.44E-064.34E-061.47E-05539.4

21、8 1.31 14803595.70 2101.52148090.924.58E-067.29E-061.42E-064.38E-061.51E-05548.38 1.29 15034190.47 3101.535148826.044.66E-067.49E-061.41E-064.52E-061.57E-05554.18 1.28 15111051.96 4101.55148804.064.63E-067.65E-061.41E-064.57E-061.68E-05584.54 1.21 15111051.96 5101.55148804.064.88E-068.04E-061.41E-06

22、4.88E-061.76E-05573.92 1.23 15111051.96 6101.56149546.24.72E-068.08E-061.40E-064.81E-061.87E-05618.64 1.14 15187911.74 1101.49147377.354.88E-066.78E-061.42E-064.33E-062.94E-051079.33 0.66 14957327.26 2101.5146605.544.78E-066.81E-061.43E-064.28E-063.01E-051119.56 0.63 14880462.34 3101.52147333.84.76E

23、-066.77E-061.43E-064.26E-063.14E-051174.39 0.60 14957327.26 4101.53147319.294.76E-066.83E-061.43E-064.29E-063.35E-051243.99 0.57 14957327.26 5101.545146540.574.71E-066.86E-061.43E-064.27E-063.51E-051311.19 0.54 14880462.34 6101.555148039.884.67E-066.90E-061.42E-064.27E-063.73E-051390.24 0.51 1503419

24、0.47 以第一组数据计算为例：填料层体积：L=100*10（-3）*1000/18=5.56E=（-8.5694*10（-5）*15.92+0.7714*15.9+2.56）*106=14803595.70 kpaP=大气压+1/2（填料层压差）=101.325+0.34/2=101.50kpaM=E/P=14803596 /101.50=145855.42(4)、结果讨论及误差分析填料塔流体力学特性a.从图上可以看出，随着气速的增大，单位高度的塔中的压降变化都随着气速的增大而变大；其中空塔的变化规律近似为一条斜率不变的直线而在湿塔中，在某一气速范围内，其变化规律也成线性增大变化，但随着气速

25、的增大，变化斜率越来越大。在同一气速下，湿塔的压降大于干塔的压降，而且在气速较低的时候，两者变化速率相差不大，当气速进一步增大时，湿塔的变化明显比干塔快了很多。湿物料的操作图不是很理想，可能是因为我们没有找到泛点，所以控制范围可能不好。b.由于有液体的缘故，使得阻力增大，从而造成湿塔压降比干塔压降大，在气速很小时，湿塔和干塔的变化速率相同，因为气体很少时，在一定范围内二者互不干扰彼此流动，因而在湿塔中的气速较小段，会呈现与干塔时候相同的变化速率，当气速进一步增大的时候，气液相互干扰加强，气体对液体的流动有了一定的阻碍作用从而是的变化速率加快，当进一步增大气速时，发生汽泛现象，使得液体不能流下，从而使得阻力显著提高，从而使得单位高度的压降明显的上升。c.由2可以推测，如果增大流体流量，其单位高度的压降也会上升。气速很小时，气液接触较少，不利于传质的进行，从经济的方面考虑，在工业上应该避免此种情况的发生，当发生液泛时，压降对气体的波动很敏感，不易控制，很容易发生安全事故，因而在实际生产中，在第二段（载点与泛点之间）的范围内是比较合理的。传质实验:a. 液相总传质单元高度其值的大小反应了设备效能的好坏，增大液