化工原理氧解吸实验报告
北京化工大学学生实验报告
院： 化学工程学院
姓 名： 学号： 专 业： 化工 班
级： 同组人员： 课程名称： 化工原理实验
实验名称： 氧吸收 实验 实验日期：
20XX-4-15 批阅日期： 成 绩： 教师签名：
实验名称：氧解析实验
报告摘要：本实验首先利用气体分别通过干填料层、湿 填料层，测流体流动引起的填料层压降与空塔气速的关系，利用双对数坐标画出关系。其次
做传质实验求取传质单元高度，利用
VpAx m) mKxa=GA /求出
(x2xe2)ln(x1xe1)HOL=
L
KXa 一、实验目的及任务：
熟悉填料塔的构造与操作。
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。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。二、基本原理：
本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后，送入解 吸塔顶再用空气进行解吸，实验需要测定不同液量和气量下 的解吸液相体积总传质系数Kxa，并进行关联，得到 Kxa=ALaVb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。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。填料层压降一空塔气速关系示意图 如下，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。当有喷淋量时，在低气速下压降正比于气速的 ?2 次幕，但大于相同气速下干填料的压降。随气速的增加，出 现载点，持液量开始增大，压降一气速线向上弯， 斜率变陡。
到液泛点后，在几乎不变的气速下，压降急剧上升。填料层压降一空塔气速示意 a ' lg △ p d c b a Ig u
2、 传质实验
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，如图下所示。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，及平衡线位置线，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程为
VpA x m) GA=KxaVpA x m 即 Kxa= GA / Vp=Z
相关填料层高度的基本计算式为
xILdx ZHOLNOL
Kxax2xexx1 y1
即 HOLZ/NOL 其中 NOLx1x2xx2dxL , HOL=1xexxmKXa 式中GA 单位时间内氧的解吸量， kmol/(m2h) Kxa——液相体积总传质系数， kmol/(m3h) Vp――填料层体
积，m3
△ xm ――液相对数平均浓度差
x2 ――液相进塔时的摩尔分数
xe2 ――与出塔气相 y1平衡的摩尔分数x1 ――液相出 塔的摩尔分数
xe1——与进塔气相y1平衡的摩尔分数
Z――填料层高度，m ――塔截面积，m2
L 解吸液流量，kmol/(m2h)
HOL以液相为推动力的总传质单元高度， m NO
以液相为推动力的总传质单元数
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，于属液膜控制过程，
所以要提高液相体积总传质系数 Kxa，应增大液相的湍动程
度即增大喷淋量
三、装置和流程图： 实验仪器：
吸收塔及解吸塔设备、9070型测氧仪吸收解析塔参数 解析塔径①=，吸收塔径 ①=，填料高度（陶瓷拉西环、 星形填料和金属波纹丝网填料 ）和（金属B环）。填料数据如下：
陶瓷拉西环（12 X 12 x ）mm at=403m2/m3 ￡ = / m3 金属 B 环（10 X 10 x ）mm at=540m2/m3 ￡ = / m3 属波纹丝网填料 CY型at=700m2/m3 ￡ = / m3星形填料（塑料）
下图是氧气吸收解吸装置流程图。氧气氧气钢瓶供给，
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,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。空气风机 13供给，经缓冲罐14,阀16调节流量经转子流量计 17计量，通入解吸塔底部解吸
富氧水，解吸后的尾气从塔顶排出，贫氧水从塔底经平衡罐 19排出。自来水经调节阀10,转子流量计17计量后进入吸 收柱。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 23。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计 22 o
在解吸塔入口设有入口采出阀 12,用于采集入口水样，
出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀 20取样。
两水样液相氧浓度9070型测氧仪测得。
排空水排入地沟
氧气吸收与解吸实验流程图
1、氧气钢瓶2、氧减压阀 3、氧压力表 4、氧缓冲 罐5、氧压力表6、安全阀7、氧气流量调节阀 8、氧转 子流量计9、吸收塔10、水流量调节阀11、水转子流量计 12、富氧水取样阀 13、风机14、空气缓冲罐15、温度 计16、空气流量调节阀17、空气转子流量计 18、解吸塔 19、液位平衡罐20、贫氧水取样阀21、温度计22、压差 计23、流量计前表压计 24、防水倒灌阀四、实验步骤：（参照教材和实际工艺流程）1.流体力 学性能测定测定干填料压降
1事先吹干塔内填料。
2待填料塔内填料吹干以后，改变空气流量，测定填料 塔压降，测取6?8组数据。
测定湿填料压降
1测定前进行预液泛，使填料表面充分润湿。
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8~10组数据。3实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大。小心增加气体流量，使液泛现象平稳变化。
调好流量后，等各参数稳定后再取数据。着重注意液泛后填 料层压降在几乎不变的气速下明显上升的这一特点。注意气 量不要过大，以免冲破和冲泡填料。 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
a、将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力 保持?，不要过高，并注意减压阀使用方法。为防止水倒灌 进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌，或先通入氧 气后通水。b、传质实验操作条件选取：水喷淋密度取 10?15m3/(m2h)，空塔气速?/s氧气入塔流量为 ?m3/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 /I。c、 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，注意在每次更换流量的第一次所取样品 要倒掉，第二次以后所取的样品方能进行氧含量的测定，并 且富氧水与贫氧水同时进行取样。d、 用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水， 取分析仪数据增大到减小时的转折点为数据值；对于贫氧 水，取分析仪数据变小到增大时的转折点为数据值。同时记 录对应的水温。e、 实验完毕，关闭氧气减压阀，再关闭氧气流量调节
阀，关闭其他阀门。检查无误以后离开。
五、实验数据及处理：
1.填料塔压降与空塔气速关系图
a）干塔数据计算原始数据： 表1干床数据
T=， d=， h=
序号
空气流量
1 2 3 4 5 6 7
40 35 30 25 20 15 10
3
o
空气压力
填料塔压降
处理数据：
表2干床数据处理
序号
校正空气流量
1 2 3 4 5 6 7
3
流速
单位高度压差
logu 0 。
44
log( △ P/z)
干塔压降与液速关系图：
p/z干塔拟合曲线21单位高度压降p/z12流速u b)湿塔数据计算原始数据：
表3湿床数据
T= C， d=， h=
序号
空气流量
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 26
3
o
空气压力
填料塔压降
处理数据：
表4湿床数据处理
序号
校正空气流量
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
3
流速
单位咼度压差
logu
log( △ P/z)
湿塔压降与液速关系图：
p/z湿塔拟合曲线单位高度压降 p/z1泛点载点流速
干塔、湿塔压降与液速曲线
p/z湿塔拟合曲线 p/z 干塔拟合曲线单位高度压降 p/z1泛点载点流速 u
u/s计算实例： 流量校正：V2V140 p2T1流速确定： A3600(/2)2/m 单位塔高压降确定：u/s
湿塔数据处理与干塔相同。
2?传质系数与传质单元高度求取
原始数据：
表5传质数据
d=，h=，水流量=65L/min,氧气流量 Q= m
组别1 1 22
空气流量 15 15 14 14
3
3
空气压力填料塔压氧气浓度 氧气浓度富氧水
o
富氧水
降顶底温度温度
处理数据：
表6传质数据处理表
d=, h=,水流量=65L/min,氧气流量Q=
组别
校正空气流量
3
3
平均温度
o
亨利 常数 E 4605678 4605678 4631026 4616544
液体流量气体流量亨利常数m
1 1 2 2
表7传质数据处理表
d=，h=，水流量=65L/min,氧气流量Q=
组别
平衡组成xe1 ( x 10)
1 1 2 2
6
3
塔顶组成
x1 ( x 10)
5
塔底组成平均推动力系统总压
x2 ( x 10)
6
传 质系数 Kxa (mol/h) 1150983 1149423 1372701 1406500传质单元高度
HoL
Dxm ( x 10)
6
P总
4.实验数据处理
Kxa测定(以第一组数据为例)：
计算实例：
流量校正：V2V1塔温：T平均15 p2T1 22 亨利系数确 定：E(105t2t)1064605678 系统总压确定：=总P大气P塔 10亨利系数:mE4605678总106平衡浓度：xe1xe2塔顶摩尔 分率计算：c 顶 MO21032)顶 105 3c 顶 110103M02MH2010332同理：x 底 10 平均推动力： m5x顶 x 底(x1-xe1)(x2xe2)106
(xx)(xx)ln[1e1]ln[ 顶 e2](x2xe2)(x 底 xe1)V 液 65103液体流率：L/h
MH2O18气体流率：GL(x顶x底)/h
填料塔体积：VphrlOm传质系数的确定：
Kxa221150983mol/(m3h) 36VP1010 传质单元高度： HoL 2KxaA1150983六、实验结论及误差分析： 1.流体力学性能测定
填料层压降在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得 一斜率为?2的直线。当有喷淋量时，在低气速下压降正比于 气速的?2次幕，但大于相同气速下干填料的压降。 随气速的增加，出现载点，持液量开始增大，压降一气速线向上弯， 斜率变陡。到液泛点后，在几乎不变的气速下，压降急剧上 升。2?传质实验
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，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：
系统误差，如流体的波动、转子流量计不在 20摄氏度，
1大气压下测量。
人为误差，如读取数据时仪表的不稳定性可导致误差， 在数据处理过程中有效值的取舍带来的误差。七、思考题:
1 .阐述干填料压降线和湿料塔压降线的特征
干料塔压降与气速关系成一条直线，是线性相关的两个 变量；湿料塔压降线与干料塔有所不同，其在气速达到一定 值时，会出现液泛点而呈折线。且压降在气速达到一定值后 急剧上升。2.工业上，吸收在低温、加压，在进行而解吸在高温、 常压下进行，为什么？
一般情况下，气体在液体中的溶解度随温度的升高而降 低，随压强的升高而升高。所以吸收时要在低温、加压的情 况下进行比较好，而解吸在高温、低压下进行。3 .为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程， 难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程？一般气体的吸收和解吸经过三个步骤：吸收过程为：气 相-气液界面-液相，解吸过程为：液相-气液界面-气相， 对于易溶气体而言，其主要的阻力来自溶质从气相到气液界 面扩散的阻力，从气液界面到溶液的过程所受到的阻力相对 来说很小，所以在吸收过程显示为气膜控制过程；而对于难 溶气体，吸收时受到的主要阻力是在气液界面到液相的过程 中产生，而在气相到气液界面的阻力相对来说很小，所以其 吸收的过程显示为液膜控制过程。 4 .试计算实验条件下实际液气V/L比是最小液气比（V/L）min的多少倍？
以第一组数据为例：
实际液体流量如上表 L=/h实际气体流量 V=/h=/h
实际 V Lye1mx1105
x 顶 x 底 105106V105 Lminye1y2V/L1551
(V/L)min实际液气比为最小液气比的 1551倍5 .填料
塔结构有什么特点？
填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，
填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装 填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器 喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气 体分布装置分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙， 在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连 续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化。上机仿真实验
数据处理
干塔原始数据
h=,d=
编号
空气流量空气表压塔压降塔顶表压空气温
3
(m/h) (pa) (pa) (pa)度 1 47 20 2 20 3 20
204 20 5 20 6 20 7 20 8 20 9 20 10 20 11
20
干塔数据处理
编空气校正流量流速u单位塔压降Inu ln(p/z) 号
(m3/h) (m/s) (pa/m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11干塔压降与流速的关系
76lnp/
湿塔原始数据
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
空气流量 空气表压 塔压降(m3/h) (pa) (pa)
塔顶表压(pa)空气温度
20 20 20 20 20 20 20 20
20 700359 20 1473598 20 湿塔数据处理
编空气校正流量流速u单位塔压降Inu ln(p/z) 号
(m3/h) (m/s) (pa/m) 1 - 2 - 3 - 4 - 5
-6 7 8 9 10 11
干塔压降与流速的关系：
161412inp/
干塔、湿塔压降与液速曲线：
干塔 151413121110 湿塔 Inp/ 泛点 Inu
传质实验：
吸收数据3空气流量(m/h)空气压强(pa)空气温度
(摄氏度) 氨气流量 水流量(L/min) 水温度 填料层压降
他递给压强(pa)硫酸体积V初V末T氨气流量水流量 (L/min) 水温度填料层压降他递给压强(pa)硫酸体积V 初V 末T (摄氏度) 20 9 20 80 20 1 0 20 吸收实验结果亨利系数标况下空气流量(m3/h)标况下氨气流 量(L/min) 惰性气体摩尔流量(kmol/h) 单位时间氨吸收量(kmol/h) 进气浓度(y1)尾气浓度(y2)对数平均浓度差 气相总传质单元高度(m)总体积传质系数(kmol/m3h)