氧吸收與解吸說(shuō)明書

1、 氧吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明書          天津大學(xué)化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)，練習(xí)并掌握填料塔操作方法。2.通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)的處理分析可加深對(duì)填料塔流體力學(xué)性能基本理論的理解，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線，加深對(duì)填料塔傳質(zhì)性能理論的理解。3.練習(xí)并掌握填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測(cè)定方法并分析影響因素；學(xué)習(xí)氣液連續(xù)接觸式填料塔，利用傳質(zhì)速率方程處理傳質(zhì)問題的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：本裝置先用吸收塔將水吸收純氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔頂

2、再用空氣進(jìn)行解吸，實(shí)驗(yàn)需測(cè)定不同液量和氣量下的解吸總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到Kxa=ALa·Vb的關(guān)聯(lián)式，同時(shí)對(duì)四種不同填料的傳質(zhì)效果及流體力學(xué)性能進(jìn)行比較。1.填料塔流體力學(xué)特性：圖-1 填料層壓降空塔氣速關(guān)系示意圖氣體通過干填料層時(shí)，流體流動(dòng)引起的壓降和湍流流動(dòng)引起的壓降規(guī)律相一致。在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，此壓降對(duì)氣速作圖可得直線（圖中aa線）。當(dāng)有噴淋量時(shí)，在低氣速下（c點(diǎn)以前）壓降也正比于氣速，但大于同一氣速下干填料的壓降（圖中bc段）。隨氣速的增加，出現(xiàn)截點(diǎn)（圖中c點(diǎn)），持液量開始增大，壓降-氣速線向上彎，斜率變陡（圖中cd段）。到液泛點(diǎn)（圖中d點(diǎn)）后，在幾乎不變的氣速下

3、，壓降急劇上升。2.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：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(zhì)主要是在填料有效濕表面上進(jìn)行，需要計(jì)算完成一定吸收任務(wù)所需填料高度，其計(jì)算方法有：傳質(zhì)系數(shù)法、傳質(zhì)單元法和等板高度法。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)行解吸。由于富氧水濃度很小，可認(rèn)為氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律，即平衡線為直線，操作線也是直線，因此可以用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。整理得到相應(yīng)的傳質(zhì)速率方式為：其中 相關(guān)的填料層高度的基本計(jì)算式為： 即 其中 ， 式中：GA 單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量Kmol/h Kxa 總體積傳質(zhì)系數(shù)Kmol/m3hxVP 填料層體積m3xm液相對(duì)數(shù)平均濃度差x1 液相進(jìn)塔時(shí)的

4、摩爾分率（塔頂） 圖-2 解吸塔氣相液相傳遞圖xe1 與出塔氣相y1平衡的液相摩爾分率（塔頂）x2 液相出塔的摩爾分率（塔底）xe2 與進(jìn)塔氣相y2平衡的液相摩爾分率（塔底）Z 填料層高度m 塔截面積m2L 解吸液流量Kmol/hHOL以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元高度NOL以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)單元數(shù)由于氧氣為難溶氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質(zhì)阻力幾乎全部集中于液膜中，即Kx=kx, 由于屬液膜控制過程，所以要提高總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，應(yīng)增大液相的湍動(dòng)程度。在yx圖中，解吸過程的操作線在平衡線下方，本實(shí)驗(yàn)中還是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線（因氧在水中濃度很小）。本實(shí)驗(yàn)在計(jì)算時(shí)，氣液相濃度的單位用摩爾分率

5、而不用摩爾比，這是因?yàn)樵趛x圖中，平衡線為直線，操作線也是直線，計(jì)算比較簡(jiǎn)單。二、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介：1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：（1）填料塔：吸收塔- 玻璃管內(nèi)徑 D0.030m， 內(nèi)裝6×10mm陶瓷拉西環(huán)；填料層高度Z1.0m； 解吸塔- 玻璃管內(nèi)徑 D0.1m， 內(nèi)裝10×10mm陶瓷拉西環(huán)；填料層高度Z=0.8m；（2）流量測(cè)量?jī)x表：O2轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-3；流量范圍1001000Lh；精度2.5；空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-40；流量范圍440m3h；精度2.5；水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-15； 流量范圍16160 Lh； 精度2.5； （3）濃度測(cè)量：YSI55

6、0A型溶氧儀（用戶自備）；（4）溫度測(cè)量：PT100鉑電阻；（5）風(fēng)機(jī)：XGB-12型旋渦氣泵；（6）氧氣鋼瓶1個(gè)、減壓閥1個(gè)（用戶自備）。2.實(shí)驗(yàn)裝置流程圖及面板示意圖：氧氣吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程圖見圖-3氧氣吸收與解吸實(shí)驗(yàn)儀表面板圖見圖-4圖1 氧吸收與解吸實(shí)驗(yàn)流程示意圖1-吸收塔；2-氧氣緩沖罐；3-水箱；4-離心泵；5-吸收塔；6-玻璃管壓差計(jì)；7-空氣緩沖罐；8-漩渦氣泵F1、F3、F4-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；F2-渦輪流量計(jì)；T-溫度計(jì)；V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13-閥門。 圖-4 實(shí)驗(yàn)裝置儀表面板圖三、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1.測(cè)量解吸塔干

7、填料層（PZ）u關(guān)系曲線：首先全開空氣旁路調(diào)節(jié)閥，然后啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。通過旁路調(diào)節(jié)閥和空氣流量計(jì)調(diào)節(jié)閥16，調(diào)節(jié)進(jìn)塔的空氣流量?？諝饬髁繌男〉酱?。穩(wěn)定后讀取填料層壓降P，測(cè)取6-8組數(shù)據(jù)。然后在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速 u為橫坐標(biāo)，以單位高度的壓降PZ為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪出干填料層(PZ)u關(guān)系曲線。2.測(cè)量解吸塔在一定噴淋量下填料層(PZ)u關(guān)系曲線：（1）先進(jìn)行預(yù)液泛，使填料表面充分潤(rùn)濕。（2）固定水在某一噴淋量下（100、120、160），關(guān)閉離心泵出口閥，啟動(dòng)離心泵，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量到指定流量，按上述步驟改變空氣流量，測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取8-10組數(shù)據(jù)。然后在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速 u為橫坐標(biāo)，以單位高

8、度的壓降PZ為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪出干填料層(PZ)u關(guān)系曲線。（3）改變水噴淋量，再做兩組數(shù)據(jù)，并比較。注意：實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，進(jìn)塔氣體的增加量不要過大，否則泛點(diǎn)不容易找到。密切觀察表面氣液接觸狀況，并注意填料層壓降變化幅度，務(wù)必讓各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)。3.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：（1）熟悉實(shí)驗(yàn)流程及弄清溶氧儀的結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及注意事項(xiàng)。（2）水噴淋密度取10-15m3/(m2h)，將氧氣瓶打開，氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐，氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)保持0.05m3/h左右。為防止水倒灌進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，要先通入氧氣后通水。啟動(dòng)離心泵，調(diào)節(jié)水流量至100L/h，當(dāng)富氧水從解析塔頂流下時(shí)，打開風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)流量至10m3/h。（3）

9、塔頂和塔底液相氧濃度測(cè)定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水，注意在每次更換流量的第一次所取樣品要倒掉，第二次以后所取的樣品方能進(jìn)行氧含量的測(cè)定，并且富氧水與貧氧水同時(shí)進(jìn)行取樣。（4）用溶氧儀分析其氧的含量。同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的水溫。四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1.啟動(dòng)風(fēng)機(jī)前必須確保風(fēng)機(jī)有一路閥門開啟，避免風(fēng)機(jī)在出口閥門全部關(guān)閉后啟動(dòng)燒壞。2.做氧氣吸收和解吸時(shí)要注意先通氧氣后通水，避免水倒回進(jìn)入緩沖罐內(nèi)。表1 干填料時(shí)P/zu關(guān)系測(cè)定( L=0 填料層高度Z=0.8m 塔徑D=0.1m)序號(hào)填料層壓強(qiáng)降kPa單位高度填料層壓強(qiáng)降mmH2O/m 空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m3/h 空塔氣速um/s123456表2 濕

10、填料時(shí)P/zu關(guān)系測(cè)定L=100（l/h） 填料層高度Z=0.8m 塔徑D=0.1m序號(hào)填料層壓強(qiáng)降 mmH2O單位高度填料層壓強(qiáng)降mmH2O/m 空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m3/h 空塔氣速um/s操作現(xiàn)象123456 圖-5關(guān)系曲線表3 填料解吸塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1塔類型解吸塔2填料種類拉西環(huán)3填料尺寸 (mm)10x104Z填料層高度 (m)0.85空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù) （m3h）6氣相溫度 （）7液相溫度 （）8O2的體積流量 （m3h）9水轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù) L （l/h）10填料塔壓降P （Kpa）11水流量 （l/h）12富氧水含氧量 C1 （mg/l）13貧氧水含氧量 C2 （mg/l）14x

11、1液相進(jìn)塔的摩爾分率（塔頂）15x2液相出塔的摩爾分率（塔底）16Y1進(jìn)塔氣相濃度17Y2出塔氣相濃度18亨利常數(shù)E 106（KPa）19相平衡常數(shù)m 20xe1與出塔氣相y1平衡的液相摩爾分率（塔頂）21xe2與進(jìn)塔氣相y2平衡的液相摩爾分率（塔底22填料層體積Vp23S塔截面積24L解吸液流量 Kmol/h25(x1-xe1)-(x2-xe2) 26對(duì)數(shù)平均濃度差Xm 27總體積傳質(zhì)系數(shù)Kxa (Kmol/m3*h)28以液相為推動(dòng)力的傳質(zhì)傳質(zhì)單元高度 HOL 附錄：氧氣不同溫度下的亨利系數(shù)E可用下式求?。?Kpa表4 不同溫度氧在水中的濃度：溫度濃度ppm溫度濃度ppm溫度濃度ppm0.0014.640012.0010.930524.008.65831.0014.245313.0010.702725.008.51092.0013.868714.0010.483826.008.36933.0013.509415.0010.271327.008.23354.0013.166816.0010.069928.008.10345.0012.839917.009.873329.007.97906.0012.528018.009.6827