化工原理实验报告1

三、实验流程

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、吸收塔20、富氧水取样阀21、解析塔22、贫氧水取样阀

QI01---水流量，L/h；TI02------空气温度，℃；PI03-----空气压力，kPa；

ΔPI04----全塔压降，kPa；ΔPI05----孔板压降，kPa；TI06------水温度，℃。

吸收塔：塔径32mm 填料高0.5m，填料类型是塑料星型环。

解析塔：塔径0.1m,填料高0.75m，填料式塑料星型环。

溶氧仪：0~50.00mg/L（质量浓度），还能测量样品温度℃。

四、实验操作

五、实验数据（第八组，填料类型：星型环）

表1 干塔填料数据

表2 湿塔填料数据

数据处理示例：

因为全塔压降直接读仪表，空塔气速u可由孔板流量计测定：

u=V

A

=

0.61×0.7854×0.0812×(2∆p

孔板

×1000÷1.25）0.5

0.7854×0.12

m/s

单位高填料压降=全塔压降∆p

填料高度h

表3 解吸传质实验数据

由实验原理填料塔流体力学性能部分推导可知：

N OL=ln w2−w2,e w1−w1,e

H=h

H OL=

h

N OL

=

0.75

N OL

L1=0.0555×

100

0.7854×0.12

=706.646 koml∙m−2∙ℎ

L2=0.0555×

200

0.7854×0.12

=1414.013 koml∙m−2∙ℎ

K x a,1=

L1

H OL,1

=

706.646

0.3

=2355.5 koml∙m−3∙ℎ

K x a,2=

L2

H OL,2

=

1414.013

0.3

=4713.4 koml∙m−3∙ℎ

六、实验结果作图及分析：

1、

表5 湿填料压降与气速关系拟合结果（第一段曲线）

表6湿填料压降与气速关系拟合结果（第二段曲线）

表7 湿填料压降与气速关系拟合结果（第三段曲线）

结果分析：

（1）对于干填料塔，如图1的双对数坐标下，气体自下而上通过干填料层时，塔压降∆p与空塔气速u应该符合∆p=u1.8−2.0，而由图1中的干填料压降与气速关系方程为y=3.9x-0.38，说明∆p=u3.9，与实验原理相差很大，即实验数据图像处理结果的曲线斜率偏大。

（2）对于湿填料塔，如图1的双对数坐标下，气体自下而上通过干填料层时，当有液体喷淋时，低气速操作时，曲线，（湿填料塔压降与气速关系曲线的第一段）方程为y=6.2x-0.35，即∆p~u6.2，不满足实验原理∆p~u1.8−2.0，此时的∆p在较低气速下比无液体喷淋时要低，而在相对高气速下比无液体喷淋时要高，气速增至载液点时（即进入湿填料塔压降

与气速关系曲线的第二段），其方程为y=1.5x-0.03，即∆p~u1.5，不满足实验原理∆p~u2.0以上。气速再增至液泛点时，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（即进入湿填料塔压降与气速关系曲线第三段），其方程为

y=6.2x-0.83，即∆p~u6.2，不满足实验原理∆p~u10.0以上。

（3）填料塔的流体力学性能主要包括：气体压降、液泛气速、持液量及液/气两相的流体分布等。而气体的压降取决于气、液两相的流速和物性、填料类型与尺寸。

2、传质实验中测算出的液相体积传质系数、传质单元高度、传质单元数如表3所示。

3、（1）K x a的影响因素：根据本实验数据处理方法，知水的摩尔流率及水流量、富氧水质量浓度及贫氧水质量浓度将

影响液相体积传质系数。而根据理论分析1

K x a =1

k x a

+1

mk y a

，而k x a∝L0.7−0.8，k y a∝G0.7−0.8，m=f(T,P)，所以气液

的摩尔流率及塔内温度及压强都将会影响到K x a的测量。

（2）填料差异的原因：煤种填料的尺寸、比表面积、孔隙率、干填料因子都不同，且随着填料比表面积的增大，与之相对应的填料流体力学性能曲线就越不好，即可知填料的比表面积和空隙率及干填料因子对塔填料流体性能的影响很大。

4、误差分析：

（1）观察图3，可以看出测得干塔压降与气速数据的线性关系不是很明显，且过程中气速值均取得比较大，而在大的气速下试验系统不稳定，数据不易准确读取。

（2）系统误差，人为操作所造成的误差，因为试验系统所读取的数据均要人工读取，且调节气速时的不精准性，导致实验的数据不准确性率增大，最终导致干湿塔的流体力学性能曲线和传质数据出现很大的误差。此外，传质单元数通过测量贫富氧水的质量浓度计算误差大大增大，且测量贫富氧水的过程中，其中的氧气有所逸出，对实验数据也会造成一定的影响。

七、思考题

1、吸收填料塔的传质单元高度H OL、H OG和精馏填料塔的等板高度HETP有什么区别？

答：（1）吸收填料塔中H OL=L

K x a H OG=G

K y a

，H OL、H OG反应了分离任务的难易，如果H OL或H OG的数值太大，则

表明吸收剂性能太差，或表明分离要求过高。H OL及H OG与设备的型式、设备中的操作条件有关，H OL、H OG表示完成一个传质单元所需的塔高，是吸收设备效能高低的反映。

（2）精馏填料塔的等板高度HETP：是指与一层理论塔板的传质作用相当的填料层高度。它是衡量填料精馏塔分离效果的一个关键参数、等板高度越小，填料层的传质分离效果就越好。它的的大小，不仅取决于填料的类型、材质与尺寸，而且受系统物性、操作条件及塔设备尺寸的影响。对于双组份体系，根据其物料关系x n，通过实验测得塔顶组成x D、塔釜组成x W、进料组成x F及进料状况q、回流比R和填料层高度Z等有关参数，用图解法求得其理论版N T后，即可用下式确定：HETP=Z/N T

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：首先读出图3中液泛点（1.471，1.664）根据埃克特泛点关联图，

估计实验中的液泛气速为1.478m/s，液泛的压降为1.252Kpa。

3、在实验预习的实验原理2中求传质单元数时用第二个约等号会造成多大的误差，用数字来说明。

答：

4、本实验的最小气液比（G/L）min和最小空气用量G min是多少？实际（G/L）是多少？

答：最小汽液比（G/L）min =y1−y 2

x1,e−x2

G min =

（G/L）=（1.1~2）（G/L）min =