氧解吸实验刘玥5号

1、北京化工大学 氧解吸实验北 京 化 工 大 学化 工 原 理 实 验 报 告实验名称： 氧解吸实验班 级： 化工1105姓 名： 刘玥学 号： 2011011130 序 号： 5同 组 人： 刘练 申梦瑶实验日期： 2014-3-28一、 实验目的l、测量填料塔的流体力学性能2、测量填料塔的吸收-解吸传质性能3、比较不同填料的差异二、实验原理1.填料塔流体力学性能为保证填料塔的正常运行，通常需要控制操作气速处于液泛气速的0.5-0.8倍之间。如图4-1在双对数坐标系下，气体自下而上通过干填料层时，塔压降P与空塔气速u符合关系式p=ul.8-2.0。当有液体喷下，低气速操作时，Pou1. 8-2

2、.0，此时的P比无液体喷淋时要高。气速增加到d点，气液两相的流动开始相互影响，Pu2.0以上，此时的操作点称为载液点。气速再增加到e点时，气液两相的交互影响恶性发展，导致塔内大量积液且严重返混，Pu10以上，此时的操作点称为液泛点，对应的气速就是液泛气速。本次实验直接测量填料塔性能参数，确定其液泛气速，另外还可用公式法、关联图法等确定。全塔压降直接读仪表，空塔气速u由孔板流量计测定：u=VA=0.610.78540.0182(2p孔板10001.25）0.50.78540.12 ms或V=22.35p0.5 m3/h 2p孔板-孔板压降，kPa2. 填料塔传质性能一一考察氧解吸过程的液相体积传

3、质系数Kxa 以氧气为溶质，解吸塔内空气、水的摩尔流率不变，水温恒定。根据低含量气体吸收解吸全塔传质速率方程可知：氧气难溶于水，其在水中的平衡含氧量xe与气相的分压pO2服从亨利定律： 或 （）E亨利系数，kPa； t水温度，；PO2吸收时取101kPa,解吸时取20.9kPa。解吸过程的平衡线和操作线都是直线，传质单元数可用对数平均推动力法计算： L=0.0555V水 /（0.78540.12）H填料高度，0.75m； L水摩尔流率， kmolm-2h-1 ，喷淋密度常大于7.3m3/m2h，； V水水流量，L/h； Kxa液相体积传质系数，kmolm-3h-1； w2富氧水质量浓度，mg/

4、L； w1贫氧水质量浓度，mg/L； w2,e、w1,e富氧水、贫氧水平衡含氧量，可根据亨利定律计算或由实验测定， mg/L；结合以上各式，只要测量得到富氧水、贫氧水的浓度以及水温度等，即可算出塔的传质系数。图4-2 气液流向和组成三实验流程图4-3氧气吸收解吸实验带控制点工艺流程1、氧气钢瓶 2、氧气减压阀 3、氧气缓冲罐 4、氧转子流量计 5、防水倒灌阀 6、循环水罐 7、水泵 8、水流量调节阀 9、水转子流量计 10、涡轮流量计 11、风机 12、空气缓冲罐 13、空气温度表 14、空气流量调节阀 15、空气转子流量计 16、空气压力压差计 17、全塔压降压差计 18、孔板流量计 19、

5、吸收塔 20、富氧水取样阀 21、解吸塔 22、贫氧水取样阀QIO1-水流量，Lh-l; TI02-空气温度，；PI03-空气压力，kPa;PI04-全塔压降，kPa;PI05-孔板压降，kPa; TI06-水温度，。吸收塔：塔径32mm，填料高0.5m，填料类型是6不锈钢环；解吸塔：塔径0.1m，填料高0.75m，4种填料分别是陶瓷拉西环、不锈钢环、塑料星型环、不锈钢波纹丝网规整填料； 溶氧仪：050ppm（mg/L）氧质量浓度；填料参数如下： 尺寸/ mm径高厚比表面积aB/ m2m-3空隙率B/ m3m-3干填料因子/ m2m-3瓷拉西环121223910.6551390金属环10100

6、.34690.965521星型填料1490.56640.8641031波纹丝网CY型951007000.97767四、实验操作： 1、关闭阀门启动风机，从小到大改变气量，记录数据完成干填料实验； 2、启动水泵，增大水流量至液泛，即刻关空气阀门； 3、固定水流量，从小到大改变气量，每个点稳定后记录数据； 4、塔开始液泛时，记录最后一组数据，粗略确定泛点，完成湿填料实验； 5、调节气量到当前值的一半，稳定2分钟，塔釜取样测量we=8.25mg/L； 6、检查氧气罐压力约为0.05MPa，打开防水倒灌阀和流量调节阀通氧气； 7、载点附近完成解吸操作，每个点稳定3分钟，顶、釜同时取样（两次）测量氧浓度

7、； 8、关闭风机，改变氧气和水流量，稳定1分钟，测量吸收塔数据； 9、实验结束后，关闭防水倒灌阀门，总水阀，溶氧仪等。注意事项： 1、每次取样品约400ml，转速一样，溶氧仪稳定后读数； 2、探头竖直放置，每次的位置最好一样，不能碰到转子； 3、排队测量富氧水浓度时，最好盖住上口，数值大于20mg/L 4、测量后的废水倒入循环水罐。五、实验数据（第二组，填料类型：）表1：干填料数据水流量L=0L/h填料高度h=0.75m塔径d=0.1m序号孔板压降p/kPa全塔压降p/kPa空气流量V/(m3*h(-1)空塔气速u/m*s(-1)单位填料高压降/kPa*m(-1)10.20 0.03 10.0

8、0 0.35 0.04 20.45 0.06 14.99 0.53 0.08 30.80 0.10 19.99 0.71 0.13 41.25 0.15 24.99 0.88 0.20 51.80 0.20 29.99 1.06 0.27 62.45 0.26 34.98 1.24 0.35 73.20 0.33 39.98 1.41 0.44 84.05 0.41 44.98 1.59 0.55 计算举例：以第一组数据为例：空气流量V= 22.35*p(0.5)= 22.35*0.03(0.5)=10.00 m3*h(-1)空塔气速u=V/(0.7854*0.1*0.1*3600)= 10/

9、(0.7854*0.1*0.1*3600)=0.35 m*s(-1)单位填料高压降=p/h=0.03/0.75=0.04 kPa*m(-1)表2：湿填料数据水流量L=100L/h填料高度h=0.75m塔径d=0.1m零点p=0.04kPa序号孔板压降p/kPa全塔压降p/kPa空气流量V/(m3*h(-1)空塔气速u/m*s(-1)单位填料高压降/kPa*m(-1)全塔压降（修正）p/kPa10.20 0.07 10.00 0.35 0.04 0.03 20.40 0.12 14.14 0.50 0.11 0.08 30.60 0.14 17.31 0.61 0.13 0.10 40.80 0

10、.18 19.99 0.71 0.19 0.14 51.00 0.21 22.35 0.79 0.23 0.17 61.20 0.24 24.48 0.87 0.27 0.20 71.40 0.28 26.44 0.94 0.32 0.24 81.60 0.32 28.27 1.00 0.37 0.28 91.80 0.38 29.99 1.06 0.45 0.34 102.00 0.44 31.61 1.12 0.53 0.40 112.30 0.58 33.90 1.20 0.72 0.54 122.60 0.77 36.04 1.27 0.97 0.73 133.00 1.65 38.7

11、1 1.37 2.15 1.61 计算举例：以第一组数据为例：全塔压降（修正）p=p-0.04=0.07-0.04=0.03 kPa空气流量V= 22.35*p(0.5)= 22.35*0.03(0.5)=10.00 m3*h(-1)空塔气速u=V/(0.7854*0.1*0.1*3600)= 10/(0.7854*0.1*0.1*3600)=0.35 m*s(-1)单位填料高压降=p/h=0.03/0.75=0.04 kPa*m(-1)表3：解吸传质实验h=0.75md=0.1mw平衡=8.25mg/L序号氧气流量V/（L*min(-1)）水流量V/(L*h(-1)空气流量V/(m(3)全塔

12、压降p/kPa富氧水浓度w2/mg*L(-1)贫氧水浓度w1/mg*L(-1)平均水温t/体积传质系数Kxa/(kmol*m(-3)*h(-1)Hol/mNol10.41000.5*V泛0.6526.619.3521.7252617.26 0.27 2.78 26.249.41平均26.4259.3820.62000.5*V泛1.0825.778.41227900.86 0.18 4.19 25.828.62平均25.7958.515计算举例，以第一组数据为例：平均富氧水浓度w2=0.5*（26.61+26.24）=26.425 mg*L(-1)平均贫氧水浓度w1=0.5*（9.35+9.41

13、）= 9.38mg*L(-1)传质单元数Nol =LN(w2-8.25)/(w1-8.25) =LN(26.425-8.25)/(9.38-8.25)=2.78传质单元高度Hol =0.75/ Nol=0.75/ 2.78=0.27 m体积传质系数Kxa= (0.0555*V/(0.7854*0.1*0.1)/Hol=2617.26(kmol*m(-3)*h(-1)六、实验结果作图及分析 1、干填料与湿填料的流体力学性能曲线如下： 2、Kxa的影响因素：在氧气水系统中，液相体积总传质系数Kxa与液量正相关，而与气量基本无关。这是由于氧气极难溶于水，因而本系统是液膜控制系统，Kxa近似等于kxa

14、，而kxaL0.70.8，故液相体积总传质系数Kxa仅与液量有关，与气量无关。七、思考题 1、吸收填料塔的传质单元高度HOL. HOG和精馏填料塔的等板高度HETP有什么区别？答：等板高度HETP是指理论级当量高度，HETP=H/N,N为理论级数，也就是说在进行设计型计算时得到的模型的理论板的高度。而HOL、HOG 为完成一个传质单元所需的填料层高度，反映了设备效能的高低，是由实际测得的实验数据计算得到的。 2、根据埃克特泛点关联图，估计实验中的液泛气速和压降是多少？答：查的埃克特泛点关联图如上以湿填料的第11组数为例进行计算：V =1.29*273/(273+20)*(101.325+1.5

15、4)/101.325=1.22021kg/m3 L = 998.2kg/m3 WV=1.22021*33.90=41.365kg/h WL=0.1*998.2=99.82kg/hWL / WV *(V /L )0.5=0.084查埃克特试验曲线，从横坐标为0.084处引垂直线交乱堆填料（波纹丝网应属于规整填料，但此处没有规整填料的泛点线，故暂取乱堆填料数据）泛点线于一点，读的纵坐标为u2*/g*V/L*L0.2 =0.14720摄氏度时，水的粘度为1.005mPa/s,水的=1，查表，由于表中没有本组所用波纹丝网的填料因子，故暂取填料因子=140计算，由此可计算得泛点气速为2.90m/s.将实

16、验中的实际气速1.2 m/s代入u2*/g*V/L*L0.2 得0.025，在图中找到纵坐标为0.025，横坐标为0.084的点，发现落在每米填料的压降为0.17kPa的等压线上，即此时每米填料层的压降为0.17kPa/m 3、常温常压下用水逆流（利用解吸塔）吸收空气中的乙醇(20%)，K。，a取多少合适？答：以第一组实验数据为例：富氧水含氧的摩尔分数：x1=w1/(1000Mo2)H2O/MH2O=26.425/(1000*32)998.2/18=1.46*10-5贫氧水含氧的摩尔分数：x2=w2/(1000Mo2)H2O/MH2O=9.38/(1000*32)998.2/18=5.29*1

17、0-6平衡摩尔分数：x1e= x2e= xe=We/(1000Mo2)H2O/MH2O=8.25/(1000*32)998.2/18=4.65*10-6xm=x1-x1e-(x2-x2e)lnx1-x1e/(x2-x2e)=1.46*10-5-4.65*10-6-(5.29*10-6-4.65*10-6)ln1.46*10-5-4.65*10-6/(5.29*10-6-4.65*10-6)=3.39*10-6Nol=x1-x2Xm=1.46*10-5-5.29*10-63.39*10-6=2.74与实验计算2.78大致相等。 4、本实验的最小气液比(V/L)min一和最小空气用量Vmin是多少？实际(V/L)是多少？答：亨利系数：E=（-8.5694*10-5t2+0.07714t+2.56）*106=（-8.5694*10-5*21.7252+0.07714*21.725+2.56）*106=4195421.021kPa系统总压：P=P