化工原理
氧解析實驗報告
課程名稱： 化工原理實驗
學校： 北京化工大學
學院：專業：
班級：學號：
姓名：實驗日期：
同組人員：
一、實驗摘要
本實驗利用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水，送入解析塔頂再用空氣進行解析，測定不同液量和氣量下的解析液相體積總傳質係數，並進行關聯，同時對四種不同填料的傳質效果及流體力學效能進行比較。
二、實驗目的及任務
1、熟悉填料塔的構造與操作。
2、觀察填料塔流體力學狀況，測定壓降與氣速的關係曲線。
3、掌握液相體積總傳質係數kxa的測定方法並分析影響因素。
4、學習氣-液連續接觸式填料塔，利用傳質速率方程處理傳質問題的方法。
三、基本原理
1、填料塔流體力學特性
氣體通過幹填料層時，流體流動引起的壓降和湍流流動引起的壓降規律相一致。填料層「壓降—空塔氣速」關係示意如圖1所示。
（1）在雙對數座標系中，此壓降對氣速作圖可得斜率為1.8~2的直線（圖中aa直線）。
（2）當有噴淋量時，在低氣速下（c點以前）壓降正比於氣速的1.8~2次方，但大於相同氣速下幹填料的壓降（圖中bc段）。
（3）隨氣速的增加，出現載點（圖中c點），持液量開始增大，「壓降—氣速」線向上彎，斜率變陡（圖中cd段）。
（4）到液泛點（圖中d點）後，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上公升。
2、傳質實驗
填料塔與板式塔氣液兩相接觸情況不同。在填料塔中，兩相傳質主要在填料有效溼表面上進行，需要計算完成一定吸收任務所需的填料高度，其計算方法有傳質係數、傳質單元法和等板高度法。
本實驗是對富氧水進行解吸，如圖2所示。由於富氧水濃度很低，可以認為氣液兩相平衡關係服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也為直線，因此可以用對數平均濃度差計算填料層傳質平均推動力。整理得到相應的傳質速率方程為，即
相關填料層高度的基本計算式為：
即ga單位時間內氧的解吸量，kmol/(m2h)；
kxa液相體積總傳質係數，kmol/(m3h)；
vp填料層體積，m3；
δxm液相對數平均濃度差；
x2液相進塔時的摩爾分數（塔頂）；
xe2與出塔氣相y1平衡的摩爾分數（塔頂）；
x1液相出塔的摩爾分數（塔底）；
xe1與進塔氣相y1平衡的摩爾分數（塔底）；
z填料層高度，m；
塔截面積，m2；
l解吸液流量，kmol/(m2h)；
hol以液相為推動力的總傳質單元高度，m；
nol以液相為推動力的總傳質單元數。
由於氧氣為難容氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質阻力幾乎全部集中在液膜中，即kx=kx，由於屬液膜控制過程，所以要提高液相體積總傳質係數kxa，應增大也想的湍動程度即增大噴淋量。
在y-x圖中，解析過程的操作線在平衡線下方，本實驗中是一條平行於橫座標的水平線（因氧氣在水中濃度很小）。
本實驗在計算時，氣液相濃度的單位用摩爾分數而不用摩爾比，這是因為在y-x圖中，平衡線為直線，操作線也為直線，計算比較簡單。
四、實驗裝置及流程
氧氣吸收解吸裝置流程：
（1）氧氣由氧氣鋼瓶供給，經減壓閥進入氧氣緩衝罐，穩壓在0.03～0.04mpa，為確保安全，緩衝罐上裝有安全閥，當緩衝罐在壓力達到0.08mpa時，安全閥自動開啟。
（2）氧氣流量調節閥調節氧氣流量，並經轉子流量計計量，進入吸收塔中。
（3）自來水經水轉子流量計調節流量，由轉子流量計計量後進入吸收塔。
（4）在吸收塔內氧氣與水並流接觸，形成富氧水，富氧水經管道在解吸塔的頂部噴淋。
（5）空氣由風機供給，經緩衝罐，由空氣流量調節閥調節流量經空氣轉子流量計計量，通入解吸塔底部，在塔內與塔頂噴淋的富氧水進行接觸，解吸富氧水，解吸後的尾氣由塔頂排出，「貧氧水」從塔底通過平衡罐排出。
（6）由於氣體流量與氣體狀態有關，所以每個氣體流量計前均有表壓計和溫度計。空氣流量計前裝有計前表壓計。為了測量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計。
（7）在解吸塔入口設有入口採出閥，用於採集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上採出閥取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測氧儀測得。
圖3氧氣吸收解吸裝置流程圖
五、實驗內容及步驟
1、流體力學效能測定
（1）測定幹填料壓降
① 塔內填料事先已吹乾。
② 改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取10組資料。
（2）測定溼填料壓降
① 固定前先進行預液泛，是填料表面充分潤濕。
② 固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量，測定填料塔壓降，測取6~8組資料。
③實驗接近液泛時，氣體的增加量不要過大，否則圖1中的泛點不容易找到。密切觀察填料表面氣液接觸狀況，並注意填料層壓降變化幅度，務必等到各引數穩定後再讀資料，液泛後填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上公升。
④稍增加氣量，再取一兩個點，注意不要使氣速過分超過泛點，避免衝破和衝跑填料。
（3）注意空氣流量的調節閥要緩慢開啟和關閉，以免撞破玻璃管。
2、傳質實驗
①將氧氣閥開啟，氧氣減壓後進入緩衝罐，罐內壓力保持0.04~0.05mpa，氧氣轉子流量計保持0.
3l/min左右。為防止水倒灌進入氧氣轉子流量計重，開水前要關閉防倒灌閥，或先通入氧氣後通水。
②傳質實驗操作條件選取：水噴淋密度取10~15m3/(m2·h)，空塔的氣速0.5~0.
8m/s，氧氣入塔流量為0.01~0.02m3/h，適當調節氧氣流量，使吸收後的富氧水濃度控制在不大於19.
9mg/l。
③塔頂和塔底液相氧濃度測定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和「貧氧水」，用測氧儀分析其氧的含量。
④ 實驗完畢，關閉氧氣時，務必先關氧氣鋼瓶總閥，然後才能關閉氧減壓閥及氧氣流量調節閥。檢查總電源、總水閥及各管路閥門，確實安全後方可離開。
六、實驗資料處理
計算並確定幹填料及一定噴淋量下的溼填料在不同空塔氣速u下，與其相應的單位填料高度壓降δp/z的關係曲線，並在雙對數座標系中作圖，找出泛點與載點。
表1：干塔資料：水流量l=0 l/h 填料高度h=0.75m 塔徑d=0.1m
轉子流量計：空氣，t=20℃，p=101.325kpa
表2：溼塔資料：l=60～250 l/h，h=0.75m，d=0.1m
轉子流量計：空氣，t=20℃，p=101,325kpa；水流量80l/h。
（1）下以干塔資料中第一組為例，說明計算過程：
單位塔高壓降確定：
流量校正：
流速確定：
溼塔的計算過程與干塔一致，不再贅述。
（2）計算實驗條件下（一定噴淋量、一定空塔氣速）的液相體積總傳質係數kxa及液相總傳質單元數hol。
表3：氧解吸運算元據：
h=0.75m，d=0.1m w平衡=11.03mg/l （y1=y2=0.21，p=101.3kpa）
以第一組資料為例項，10℃時的密度：998.67kg/m3。
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