化工原理吸收實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解填料塔的一般結(jié)構(gòu)及吸收操作的流程。2.觀察填料塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3.掌握總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測(cè)定方法并分析其影響因素。4.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(wèn)題的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)先用吸收柱將水吸收純氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔再用空氣進(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Kxa=ALaVb的關(guān)聯(lián)式。同時(shí)對(duì)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)特性氣體通過(guò)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P/Z對(duì)G作圖得到一條斜率為1.

2、82的直線（圖1中的aa線）。而有噴淋量時(shí)，在低氣速時(shí)（c點(diǎn)以前）壓降也比例于氣速的1.82次冪，但大于同一氣速下干填料的壓降（圖中bc段）。隨氣速增加，出現(xiàn)載點(diǎn)（圖中c點(diǎn)），持液量開始增大。圖中不難看出載點(diǎn)的位置不是十分明確，說(shuō)明汽液兩相流動(dòng)的相互影響開始出現(xiàn)。壓降氣速線向上彎曲，斜率變徒（圖中cd段）。當(dāng)氣體增至液泛點(diǎn)（圖中d點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)中可以目測(cè)出）后在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。 圖1 填料層壓降-空塔氣速關(guān)系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

3、度法。 本實(shí)驗(yàn)對(duì)富氧水進(jìn)行解吸。由于富氧水濃度很小，可認(rèn)為氣液兩相平衡服從亨利定律，可用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。得速率方程式： 相關(guān)的填料層高度的基本計(jì)算式為： 其中， 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(guò)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y-x圖中，解吸過(guò)程的操作線在平衡系下方，在實(shí)驗(yàn)是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線（因氧在水中濃度很?。Ｈ?、實(shí)驗(yàn)裝置流程1.基本數(shù)據(jù) 解吸塔徑=0.1m,吸收塔徑=0.032m，填料層高度0.8m（陶瓷拉西環(huán)、陶瓷波紋板、金屬波紋網(wǎng)填料）和0.83m（金屬環(huán)）

4、。表1 填料參數(shù)瓷拉西環(huán)金屬環(huán)12×12×1.3mm10×10×0.1mmat=403m2/ m3at540m-1=0.764 m3/ m30.97at/=903m2/ m32.實(shí)驗(yàn)流程圖2是氧氣吸收解吸裝置流程圖。氧氣由氧氣鋼瓶供給，經(jīng)減壓閥2進(jìn)入氧氣緩沖罐4，穩(wěn)壓0.03-0.04MPa，為確保安全，緩沖罐上裝有安全閥6，由閥7調(diào)節(jié)氧氣流量，并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)8計(jì)量，進(jìn)入吸收塔9，與水并流吸收。富氧水經(jīng)管道在解吸塔的頂部噴淋?？諝庥娠L(fēng)機(jī)13供給，經(jīng)緩沖罐14，由閥16調(diào)節(jié)流量經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)17計(jì)量，通入解吸塔，貧氧水從塔底經(jīng)平衡罐19排出。自來(lái)水經(jīng)調(diào)節(jié)閥1

5、0，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)17計(jì)量進(jìn)入吸收塔。由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān)，所以每個(gè)氣體流量計(jì)前均有表壓計(jì)和溫度計(jì)。空氣流量前裝有計(jì)前表壓計(jì)23。為了測(cè)量填料層壓降，解析塔裝有壓差計(jì)22。在解析塔入口采出閥12，用于采集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥20取樣。兩水樣液相濃度由9070型測(cè)氧儀測(cè)得。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) 1.填料塔的流體力學(xué)性能測(cè)定（1）熟悉實(shí)驗(yàn)流程。（2）裝置上電，儀表電源上電，打開風(fēng)機(jī)電源開關(guān)。（3）測(cè)定干塔填料塔的壓降，即在進(jìn)水閥1關(guān)閉時(shí)，打開進(jìn)氣閥2并調(diào)節(jié)流量，分別讀取對(duì)應(yīng)流量下的壓降值，注意塔底液位調(diào)節(jié)閥6要關(guān)閉，否氣體會(huì)走短路，尾氣放空閥4全開。（4）測(cè)定濕填料壓降

6、 測(cè)定前要進(jìn)行預(yù)液泛，使填料表面充分潤(rùn)濕。 固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量,測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取810組數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，進(jìn)塔氣體的增加量要減小，否則圖中泛點(diǎn)不容易找到。密切觀察填料表面氣液接觸狀況，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)據(jù)，液泛后填料層壓降在幾乎不變氣速下明顯上升，務(wù)必要掌握這個(gè)特點(diǎn)。稍稍增加氣量，再取一、二個(gè)點(diǎn)即可。注意不要使氣速過(guò)分超過(guò)泛點(diǎn)，避免沖破和沖跑填料。（5）注意空氣轉(zhuǎn)自流量計(jì)的調(diào)節(jié)閥要緩緩開啟和關(guān)閉，以免撞破玻璃管。2.填料塔的吸收傳質(zhì)性能測(cè)定（1）打開氧氣鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時(shí)

7、針為開，逆時(shí)針為關(guān)），氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐，罐內(nèi)壓力保持0.030.04MPa，不要過(guò)高，并注意減壓閥使用方法。為防止水倒灌進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，開水錢要關(guān)閉防倒灌閥24，或先通入氧氣后通水。（2）傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選取 水噴淋密度1015m3/m2*h，空塔氣速0.50.8m/s氧氣入塔流量為0.010.02m3/h，適當(dāng)調(diào)節(jié)氧氣流量，使吸收后的富氧水濃度控制在19.9ppm。（3）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，用測(cè)氧儀分析各自氧的含量。（測(cè)氧儀的使用見附錄）（4）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉氧氣時(shí)，務(wù)必先關(guān)氧氣鋼瓶總閥，然后才能關(guān)閉減壓閥2及調(diào)節(jié)閥8。檢查總電源幾各管路閥

8、門，確實(shí)安全后方可離開。5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（附頁(yè)）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：T1=20 P1=101.3KPa濕物料流體力學(xué)性能測(cè)定數(shù)據(jù)(水流量恒為150L/h)六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理序號(hào)空氣溫度T2/空氣流量V1/(m3/h)空氣的壓強(qiáng)P2/Pa壓降P/ Pa壓差計(jì)讀數(shù)壓差壓差計(jì)讀數(shù)壓差114.042085102010651975199318282120980114020601985753122185920126523452165180416226084514152490220029052023707351635275022505006242495615 1880290023205807282670460221029

9、50249046083228702502620300025005001. 填料塔的流體力學(xué)性能測(cè)定組號(hào)空氣流V1m3/h空氣流V2m3/hu(m/s)lgulg P14372.6813.191.1311.25528696.3325.281.4031.875312941.2834.171.5342.2554161122.0040.811. 6112.4605201213.7844.151.6452.7006241266.7244.821.6512.7637281257.1744.481.6482.6628321211.9342.881.6322.700以第一組數(shù)據(jù)為例：使用狀態(tài)下的空氣流量V2

10、V2=V1*P1*T2/(P2*T1)V1空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)示值m3/hT1、P1標(biāo)定狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)KKPaT2、P2使用狀態(tài)下空氣的溫度和壓強(qiáng)KKPaV2=V1*P1*T2/(P2*T1)=4*101.3*287.15/(1.065*293.15)=372.68m3/hV2=1/4×××u d=0.1m 可得： u=13.19 m/slgu=1.131m/s lg P=lg18=1.255 填料塔層降和空塔氣速關(guān)系圖2.傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：水流量LL/h填料層壓降PPa富氧水含量mg/L貧氧水含量mg/L水溫150230 12 6.5 20水溫為20時(shí)，可查得：水的密

11、度為998.2kg/m3 可求得：x1=12mg/L=6.76×10-6 x2=6.5mg/L=3.66×10-61.單位時(shí)間氧解吸量GA L=370 L/h=150×998.2÷18=8.32kmol/hGA=L（x1-x2）=8.32×（6.76×10-6-3.66×10-6）=2.5792×10-5 kmol/h2.對(duì)數(shù)平均濃度差Xm 氧氣在不同溫度下的亨利系數(shù)E可用下式求取：E=-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56×106 （KPa） =-8.5694×10

12、-5×293.152+0.07714×293.15+2.56×106 = 1.781×107KPaP=大氣壓+1/2（填料層壓差）=101.325+1/2×0.23=101.44KPam=E/P=1.781×107/101.44=1.756×105進(jìn)塔氣相濃度y2，出塔氣相濃度y1 y1=y2=0.21 x1*=x2*= y2/m=0.21/ 1.756×105 =1.196×10-6代入數(shù)據(jù)得：Xm=3.81×10-63. 液相總體積傳質(zhì)系數(shù) Kxa （Kmol/(m3·h)） Kx

13、a= GA/（Vp×Xm）= GA/(1/4×××H×Xm） =2.5792×10-5 /(1/4×3.14×0.12×0.8×3.81×10-6) =1077.95Kmol/(m3·h)4. 液相總傳質(zhì)單元高度HoL(m) HoL=8.32/（1077.95×1/4×3.14×0.12)=0.983m七、結(jié)果分析與討論由上圖看出本次實(shí)驗(yàn)前幾組比較正確，后幾組就不那么準(zhǔn)確了。誤差存在的可能原因是：1、 與氧氣的接觸時(shí)間不夠，吸氧不充分。2、 實(shí)驗(yàn)儀器本身就存在一定的系統(tǒng)誤差。3、 在讀數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)變化較快，無(wú)法精確讀取。4、 計(jì)算過(guò)程中小數(shù)點(diǎn)的取舍，也可能導(dǎo)致結(jié)果有一定的偏差。5、 后幾組流量的變化太小，導(dǎo)致作圖時(shí)點(diǎn)都聚在了一個(gè)地方。八、思考題解答1. 填料塔在一定噴淋量時(shí)，氣相負(fù)荷應(yīng)控制在那個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行操作？答：水噴淋的密度取10 15m3/m2·h，空塔氣速則維持在0.50.8m/s左右，氧氣流量為0.010.02m3/s左右。2. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，填料塔的液泛首先