实验七：吸收实验

1、一、 实验目的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、掌握总传热系数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，利用传质速率方程处理传质问题的方法。二、 实验原理本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解析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Kxa，并进行关联，得到Kxa=ALaVb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。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1.8

2、2的直线（图中为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1 填料层压降-空塔气速关系示意图2、 传质实验本实验是对富氧水进行解吸。气液两相的平衡关系服从亨利定律（富氧水浓度很小），即平衡线为直线，操作线也为直线，因此用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。传质速率方式为：GA=Kxa*Vp*xm Kxa= GA/（Vp*xm） 其中 GA=L（x1-x2）

3、Vp=Z*相关的填料层高度的基本计算式为：=HOL*NOL 即 HOL=Z/ NOL其中， NOL= HOL=由于氧气为难溶气体，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y-x图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，在实验中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。三、 实验装置流程1、 基本数据解吸塔径为0.1m，吸收塔径为0.032m，填料层高度0.8m(陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹丝网填料)和0.83m(金属环)。2、 实验装置流程图四、 实验步骤及注意事项(一)流体力学性能测定1、测定干填料压降时，塔

4、内填料务必事先吹干。2、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小，否则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，液泛后填料层压降几乎不变，气速不明显上升，务必要掌握这个特点。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲泡填料。 c、注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。(二)传质实验1、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。为防止水倒罐进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒罐阀或先通入氧气后通水。2、

5、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。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，用测氧仪分别分析各自氧的含量。3、 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调节阀。检查总电源、总水阀及各管路阀门，确定安全后方可离开。五、 原始实验数据（附页）六、 数据处理1、填料塔流体力学性能：以第一组数据为例：求使用状态下的空气流量V2 V2=V1*P1*T2/(P2*T1)=20*101.33*310.65/1.64*298.

6、15=1287.540V2=1/4×××u d=0.1m 可得： u=45.56m/s lgu=1.66m/s lg P=lg50=2.00pa同理得其他几组的数据列于表中：表一：干填料塔塔流体力学性能数据记录表序号空气流量V1/(m3/h)空气流量V2/(m3/h)流速u/(m/s)lgu/(m/s)lgP/Pa120 1287.54045.561.662.002231380.37046.301.672.15327 1313.35646.471.672.264301272.52045.031.652.285331243.62144.011.642.456 351

7、213.90442.951.632.517381160.80841.081.612.588401113.83039.411.602.61表二：湿填料塔塔流体力学性能数据记录表序号空气流量V1/(m3/h)空气流量V2/(m3/h)流速u/(m/s)lgu/(m/s)lgP/Pa19780.61127.621.441.782141059.18137.481.571.903171129.35239.961.602.154201183.28841.871.622.265251211.62542.871.632.416 281191.97342.181.632.517301197.63842.381.

8、632.548351153.79740.381.612.669401066.96737.761.582.79填料层压降-空塔气速关系图2、传质实验：水流量L/h空气流量m3/h富氧水含量ppm贫氧水含量ppm水温20035191020水温为20时，可查得：水的密度为998.2kg/m3可求得：x1=19ppm=1.068×10-5 x2=10ppm=5.62×10-61、单位时间氧解吸量GA GA=L（X1-X2）L=200L/h=200×10-3×998.2÷18 =11.09kmol/hGA=L（X1-X2）=11.09×(1.0

9、68×10-5 -5.62×10-6)=5.61*10-5 kmol/h2、对数平均浓度差xm氧气在25下的亨利系数E可用下式求取：E=(-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56)×106 (kPa) =(-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56)×106 =1.781×107kPaP=大气压+1/2(填料层压差)=101.33+1/2×0.21=101.435KPam=E/P=1.781×107/101.405=1.756

10、15;105进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1 y1=y2=0.21x1*= y1/m=x2*= y2/m=0.21/ 1.756×105 =1.19×10-6前面已求得：x1=1.068×10-5 x2=5.62×10-6 因此，代入各数据可得：xm=6.601*10-63、液相总体积传质系数 Kxa （kmol/(m3·h)） Kxa= GA/(Vp×xm)= GA/(1/4××d2×H×xm) =5.61*10-5 /(1/4××0.12×0.8×6

11、.601*10-6)= 1353.29kmol/(m3·h)4、液相总传质单元高度HOL (m) HoL=11.09/(1353.29×1/4××0.12)m=1.044m七、 结果分析与讨论1、 根据实验数据绘制的填料层压降-空塔气速关系图中，最后一个点的数据有误差，分析原因可能为： 读数时系统尚未稳定； 人为的读数造成了偏差，属系统误差2、 液相总传质单元高度计算值相对偏高原因可能在于实验时测得的偏低。3、 此实验相对比较简单，操作不难但读数容易出错，压差计读数容易造成偏差。八、 思考题解答1、填料塔在一定喷淋量时，气相负荷应控制在哪个范围内进行操作？答：水喷淋密度取1015m3/m2*h，空塔气速0.50.8m/s