氧吸收与解析实验报告.doc

氧吸收与解吸实验实验日期: 2011/4/15 班级:***** 姓名: **** 学号: ******** 同组人: ** 实验装置: 3号陶瓷拉西环摘要: 填料塔是化工过程重要的单元,本实验在室温、常压下,通过分别测定干、湿填料层压降与空塔气速的数据, 并作图分析得到两种情况下塔压降与空塔气速关系, 从而熟悉填料塔的构造与操作、确定填料塔流体力学特性, 进而得知填料塔的处理能力及性能高低。同时, 本实验通过对富氧水进行解吸,测定了解吸液相体积的总传质系数 K xa ,进而确定液相总传质单元高度 H OL。一、实验名称:氧吸收与解吸实验二、目的及任务: 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 K xa 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。三、基本原理: 本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作,该步实验中省略) ,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 K xa ,并进行关联,得到 K x a=AL a·V b 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。本实验手工采集数据,具有可操作性。 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 ~2 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 ~2 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,出现截点(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。 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图 1-1 填料层压降–空塔气速关系示意图利定律, 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: mpxAxVaKG???? mpAxxVGaK???其中 22 11 2211 ln )()( e e eemxx xx xxxxx????????? 21xxLG A?????ZV p 相关的填料层高度的基本计算式为: OL OL xxexNHxx dx aK LZ???????即 OL OLNZH/?其中 m xxe OLx xxxx dx N?????? 21 ,???aK LH x OL 式中: G A—单位时间内氧的解吸量[Kmol/h] K xa—总体积传质系数[Kmol/m 3?h?Δ x] V P—填料层体积[m 3]Δx m—液相对数平均浓度差 x 1—液相进塔时的摩尔分率(塔顶) x e1—与出塔气相 y 1 平衡的液相摩尔分率(塔顶) x 2—液相出塔的摩尔分率(塔底) x e2—与进塔气相 y 2 平衡的液相摩尔分率(塔底) Z—填料层高度[m] Ω—塔截面积[m 2]L—解吸液流量[Kmol/h] H OL—以液相为推动力的传质单元高度 N OL—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 K x =k x, 由于属液膜控制过程,所以要提高总传质系数 K xa ,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, 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)。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 y—x 图中, 平衡线为直线,操作线也是直线,计算比较简单。四、实验装置与流程: 实验装置: 3号陶瓷拉西环 1 .基本数据: 解吸塔径Φ= ,吸收塔径Φ= ,填料层高度 填料参数: 瓷拉西环( 12× 12× ) mma t =403m 2 /m 3ε= 3 /m 3a t/ε=903m 2 /m 3 2 .流程: 图2 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 ~ [Mpa], 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