氧解析实验报告(终稿)

表2：湿塔数据：L=60～250 L/h，h=0.75m，d=0.1m
转子流量计：空气，T=20℃，P=101,325KPa；水流量80L/h。
序号
空气流量
V1(m3/h)
气温度
T2(K)
空气表压
P(kPa)
全塔压降
△P（kPa）
△P/Z
（Pa/m）
实际空气流量
V2(m3/h)
空气流速
u(m/s)
1
④ 实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭氧减压阀及氧气流量调节阀。检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。
六、实验数据处理
计算并确定干填料及一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速u下，与其相应的单位填料高度压降Δp/Z的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点与载点。
表1：干塔数据：水流量L=0 L/h 填料高度h=0.75m塔径d=0.1m
2、传质实验
由数据可以看出，在氧气-水系统中，液相体积总传质系数Kxa与液量正相关，而与气量基本无关。这是由于氧气极难溶于水，因而本系统是液膜控制系统，Kxa近似等于kxa，而kxa∝L0.7~0.8，故液相体积总传质系数Kxa仅与液量有关，与气量无关。
3、误差分析
（1）系统误差：装置整体气密性不够理想，造成流体流动时对整体系统带来的波动影响，转子流量计在计量空气流速时不够稳定
33341
6.30*10-6
2.35*10-6
5548.1
0.0335
2422
0.292
3
101.957
33365
6.29*10-6
2.15*10-6
4438.5
0.0331
2615
0.216
101.957
33365
6.29*10-6
2.12*10-6
4438.5
0.0313
2509
0.225
以第一组数据为实例，10℃时的密度：998.67kg/m3。
（1）在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得斜率为1.8~2的直线（图中Aa直线）。
（2）当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的1.8~2次方，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。
（3）随气速的增加，出现载点（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）。
（2）主观误差：人为读取压差计及转子流量计时存在主观误差。
（3）其他误差：由于氧气浓度测量仪与实验装置数量不匹配，导致在实验后期不能够在得到待测液后一分钟内得以测量，实验室环境含氧量及温度在此期间对烧杯内待测液有所影响，导致最终温度及含氧量的测定存在误差。
九、思考题
1、阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征
在y-x图中，解析过程的操作线在平衡线下方，本实验中是一条平行于横坐标的水平线（因氧气在水中浓度很小）。
本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分数而不用摩尔比，这是因为在y-x图中，平衡线为直线，操作线也为直线，计算比较简单。
四、实验装置及流程
氧气吸收解吸装置流程：
（1）氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀进入氧气缓冲罐，稳压在0.03～0.04Mpa，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀，当缓冲罐在压力达到0.08MPa时，安全阀自动开启。
（6）由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。空气流量计前装有计前表压计。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计。
（7）在解吸塔入口设有入口采出阀，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀取样。两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。
图3氧气吸收解吸装置流程图
五、实验内容及步骤
塔温：
系统总压确定：
亨利系数确定：
亨利系数:
平衡浓度：
塔顶（底）摩尔分率计算：
平均推动力：
同理：
液体流率：
气体流率：
填料塔体积：
传质系数的确定：
传质单元高度：
七、实验结果作图及分析
1、流体力学性能测定
2、传质实验：
液相体积总传质系数Kxa和液相总传质单元高度HOL计算结果如下：
氧流量（L/min）
L(L/h)
1、流体力学性能测定
（1）测定干填料压降
① 塔内填料事先已吹干。
② 改变空气流量，测定填料塔压降，测取10组数据。
（2）测定Βιβλιοθήκη Baidu填料压降
① 固定前先进行预液泛，是填料表面充分润湿。
② 固定水在某一喷淋量下，改变空气流量，测定填料塔压降，测取6~8组数据。
③实验接近液泛时，气体的增加量不要过大，否则图1中的泛点不容易找到。密切观察填料表面气液接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必等到各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升。
33417
6.28*10-6
2.28*10-6
4438.5
0.0328
2443
0.231
101.574
33417
6.28*10-6
2.15*10-6
4438.5
0.0325
2572
0.219
2
101.579
33415
6.28*10-6
2.42*10-6
5548.1
0.0339
2380
0.297
101.579
22.80
10.85
3
0.3
80
30
2.842
1.313
11.60
24.86
11.05
11.64
24.18
11.05
序号
系统总压
P(Pa)
相平衡常数
m
平衡mol
xe1(xe2)
对数平均
Δxm
水流量L
(mol/h)
气体流率GA
(mol/h)
传质系数Kxa
(kmol/m3h)
HOL
（m）
1
101.574
G(m3/h)
Kxa(kmol/m3h)
HOL(m)
0.3
80
20
2507
0.225
0.3
100
20
2401
0.294
0.3
80
30
2562
0.221
表4：不同气、液量下的Kxa、HOL
八、结果讨论及误差分析
1、流体力学性能测定
（1）无液体喷淋时如图所示，在双对数坐标下，干塔压降与气速呈线性关系，拟合关系式为： ，即与u1.8302呈正比。
②传质实验操作条件选取：水喷淋密度取10~15m3/(m2·h)，空塔的气速0.5~0.8m/s，氧气入塔流量为0.01~0.02m3/h，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在不大于19.9mg/L。
③塔顶和塔底液相氧浓度测定：分别从塔顶与塔底取出富氧水和“贫氧水”，用测氧仪分析其氧的含量。
Z填料层高度，m；
Ω塔截面积，m2；
L解吸液流量，kmol/(m2•h)；
HOL以液相为推动力的总传质单元高度，m；
NOL以液相为推动力的总传质单元数。
由于氧气为难容气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高液相体积总传质系数Kxa，应增大也想的湍动程度即增大喷淋量。
流速确定：
湿塔的计算过程与干塔一致，不再赘述。
（2）计算实验条件下（一定喷淋量、一定空塔气速）的液相体积总传质系数Kxa及液相总传质单元数HOL。
表3：氧解吸操作数据：
h=0.75m，d=0.1m w平衡=11.03mg/L （y1=y2=0.21，P=101.3KPa）
序号
氧流量
（L/min）
L
(L/h)
G
(m3/h)
空气表压
P(Pa)
全塔压降
△P(Pa)
贫氧水氧含量
c1（mg/L）
富氧水氧含量
c2（mg/L）
含氧水温度
T2(℃)
1
0.3
80
20
1.744
0.549
11.69
24.80
10.95
11.60
24.60
10.95
2
0.3
100
20
1.813
0.558
12.10
22.95
10.95
12.07
25.421
0.899
6
30
305.65
2.744
1.274
1699
30.454
1.077
7
35
306.55
3.557
1.921
2561
35.359
1.251
8
40
307.75
4.665
2.861
3815
40.144
1.420
（1）下以干塔数据中第一组为例，说明计算过程：
单位塔高压降确定：
流量校正：
转子流量计：空气，T=20℃，P=101.325KPa
序号
空气流量
V1（m3/h）
空气温度
T2（K）
空气表压
P(kPa)
全塔压降
△P（kPa）
△P/Z
(Pa/m)
实际空气流量
V2(m3/h)
空气流速
u(m/s)
1
10
286.65
1.166
0.088
117
9.667
0.342
2
15
288.85
1.333
，
即
相关填料层高度的基本计算式为：
即
GA单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2•h)；
Kxa液相体积总传质系数，kmol/(m3•h)；
Vp填料层体积，m3；
Δxm液相对数平均浓度差；
x2液相进塔时的摩尔分数（塔顶）；
xe2与出塔气相y1平衡的摩尔分数（塔顶）；
x1液相出塔的摩尔分数（塔底）；
xe1与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底）；
5
300.25
1.068
0.078
104
5.068
0.179
2
10
301.35
1.225
0.157
209
10.157
0.359
3
15
302.55
1.411
0.274
365
15.268
0.540
4
20
303.45
1.725
0.529
705
20.356
0.720
5
25
304.45
2.165
0.862
1149
二、实验目的及任务
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、掌握液相体积总传质系数Kxa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
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。填料层“压降—空塔气速”关系示意如图1所示。
（4）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的填料高度，其计算方法有传质系数、传质单元法和等板高度法。
本实验是对富氧水进行解吸，如图2所示。由于富氧水浓度很低，可以认为气液两相平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也为直线，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程为
（2）氧气流量调节阀调节氧气流量，并经转子流量计计量，进入吸收塔中。
（3）自来水经水转子流量计调节流量，由转子流量计计量后进入吸收塔。
（4）在吸收塔内氧气与水并流接触，形成富氧水，富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。
（5）空气由风机供给，经缓冲罐，由空气流量调节阀调节流量经空气转子流量计计量，通入解吸塔底部，在塔内与塔顶喷淋的富氧水进行接触，解吸富氧水，解吸后的尾气由塔顶排出，“贫氧水”从塔底通过平衡罐排出。
氧解析
实验报告
课程名称：化工原理实验
学 校：北京化工大学
学 院：化学工程学院
专 业：化学工程与工艺
班 级：化工1001
学 号：2010013017
姓 名：闵翔
实验日期：2013年4月8日
同组人员：吕博杨、刘子彦、玛莎莉娜
一、实验摘要
本实验利用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水，送入解析塔顶再用空气进行解析，测定不同液量和气量下的解析液相体积总传质系数，并进行关联，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。
（2）当有喷淋量时（80L/h），在低气速下也与气速呈线性关系，与u1.22呈正比。
随气速的增加，出现载点，持液量开始增大，压降-气速线向上弯，斜率变陡。到液泛点后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。
（3）将干塔、湿塔填料塔压降与气速关系进行对比，见图，可以看出，有液体喷淋时，填料层压降均大于同一气速下的干塔压降。
④稍增加气量，再取一两个点，注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。
（3）注意空气流量的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。
2、传质实验
①将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.04~0.05Mpa，氧气转子流量计保持0.3L/Min左右。为防止水倒灌进入氧气转子流量计重，开水前要关闭防倒灌阀，或先通入氧气后通水。
答：气体通过干填料时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致，因此在对数坐标纸上作关系曲线，表现为一直线。当有喷淋量时，在低流速下压降也正在于气速的1.8～2 次方，但大于同一气速下干填料的压降。随气速增加，出现载点，出现载点，持液量增大，曲线向上弯曲，斜率变陡，到达泡点后，压降持续增大，出现液泛。
0.196
261
14.588
0.516
3
20
291.05
1.548
0.333
444
19.558
0.690
4
25
294.15
1.852
0.490
653
24.635
0.871
5
30
297.75
2.244
0.696
928
29.811
1.054
6
35
300.05
2.685
0.941
1254
34.899
1.234
2、比较液泛时单位填料高度压降和图中液泛压降值是否相符，一般乱堆填料液泛时单位填料高度压降为多少？
答：实验中发现，乱堆填料液泛时单位填料层高度的气体压降基本上为一恒值。由此推测，当操作气速低于泛速时，其它等压降曲线会有与泛点关联图线相像的曲线形状。实验结果证实了这一推测。乱堆填料液泛时单位填料高度压降一般不低于2kPa/m。