吸收实验

化 工 原 理 实 验 报 告

学 院： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 姓 名： 学 号 同 组 者 姓 名：

指 导 教 师： 日 期：

实 验 名 称： 干燥速率曲线的测定实验

一、实验目的

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。

二、实验原理

本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后，送入解吸塔再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数，进行关联，得Kxa=ALa*Vb的关联式。同时对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。在双对数坐标系中△P/Z对G＇作图得到一条斜率为1.8～2的直线（图1中的aa线）。而有喷淋量时，

在低气速时（c点以前）压降也比例于气速的1.8～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。随气速增加，出现载点（图中c点），持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明汽液两相流动的相互影响开始出现。压降～气速线向上弯曲，斜率变徒（图中cd段）。当气体增至液泛点（图中d点，实验中可以目测出）后在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

图1 填料层压降-空塔气速关系 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，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行。需要完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。

本实验对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相平衡服从亨利定律，可用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。得速率方程式：

Kxa = GA/（Vp×△Xm）

KXaLZX1X2dYX*XLZNOL

相关的填料层高度的基本计算式为：

HoL= L/Kxa×Ω  

式中 GA：单位时间在塔内吸氧量，kmol /h； KXa ： 总体积传热系数，kmol / (m3·s)； NOL： 以液相为推动力的传质单元数高度；

L： 水的摩尔流量，kmol /s；

ΔXm：塔顶、塔底气相浓度差的对数平均值，摩尔分率 VP： 填料层体积，m； x1：液相进塔时的摩尔分率 x2：液相出塔时的摩尔分率

xe1：与出塔气相y1平衡的液相摩尔分率 xe2：与进塔气相y2平衡的液相摩尔分率

Z： 填料层高度，m；

3

： 塔横截面积，m2 ；

本实验的平衡关系可写成：Y= mX；   式中 m：相平衡常数，m=E/P；

E：亨利系数，E＝f(t)，Pa，可根据液相温度t查得； P：总压，Pa（取大气压）

由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx。由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍动程度。 在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡系下方，在实验是一条平行于横坐标的水平线（因氧在水中浓度很小）。

三、实验装置流程

1、基本数据

解吸塔径φ=0.1m,吸收塔径φ=0.032m，填料层高度0.8m（陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹网填料）和0.83m（金属θ环）。

取样分析吸收塔尾气取样分析转子流量计自来水吸收液液封控制阀混合罐CO2来自钢瓶空气来自风机瓷拉西环 12×12×1.3[mm] at=403[m2/ m3] ε=0.764 m3/ m3] at/ε=903[m2/ m3] 2、实验流程

金属θ环 10×10×0.1[mm] at—540[m-1] ε—0.97 图二是氧气吸收解吸装置流程图。氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀2进入氧气缓冲罐4,稳压0.03-0.04[MPa]，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6，由阀7调节氧气流量，并经转子流量计8计量，进入吸收塔9，与水并流吸收。富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机13供给，经缓冲罐14，由阀16调节流量经转子流量计17计量，通入解吸塔，贫氧水从塔底经平衡罐19排出。自来水经调节阀10，由转子流量计17计量进入吸收塔。

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。空气流量前装有计前表压计23。为例测量填料层压降，解析塔装有压差计22。

在解析塔入口采出阀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。两水样液相浓度由9070型测氧仪测得。

四、实验步骤及注意事项

1、填料塔的流体力学性能测定 （1）熟悉实验流程。

（2）装置上电，仪表电源上电，打开风机电源开关。

（3）测定干塔填料塔的压降，即在进水阀1关闭时，打开进气阀2并调节流量，分别读取对应流量下的压降值，注意塔底液位调节阀6要关闭，否气体会走短路，尾气放空阀4全开。

（4）测定湿填料压降

① 测定前要进行预液泛，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，进塔气体的增加量要减小，否则图中泛点不容易找到。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，务必让各参数稳定后再读数据，液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。稍稍增加气量，再取一、两个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。 （5）设定水流量值为200L/h，重复步骤（4）。 2、填料塔的吸收传质性能测定

（1）熟悉实验流程和弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及注意事项。 （2）同上步骤（2）。

（3）开启进水总阀，使水的流量达到200L/h。让水进入填料塔润湿填料。

（4）塔底液封控制：仔细调节阀门6的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气。

（5）打开氧气钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.03Mpa。

（6）仔细调节空气流量阀20m/h，并调节阀3来调节转子流量计的流量，使氧气流量稳定在0.6L/h。

（7）仔细调节尾气放空阀4的开度，直至塔中压力稳定在实验值。

（8）待塔稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力。

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（9）实验完毕，关闭氧气钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，清理实验仪器和实验场地。

五、原始数据

表一·干的填料层数据

u/(m3/h) 4 8 12 16 20 24 28 32 2370 2375 2380 2390 2410 2425 2450 2490 △P/Pa 2355 2350 2340 2335 2330 2300 2275 2240 15 25 40 55 80 125 175 250 2640 2671 2722 2810 2940 3050 3230 3430 P/Pa 1542 1508 1445 1370 1240 1140 980 770 1098 1163 1267 1440 1700 1910 2250 2660 T/℃ 25.0 27.8 29.2 34.0 37.6 39.8 42.1 43.2 表二·湿的填料层数据

u/(m3/h) 4 8 12 16 20 24 28 32

2375 2380 2390 2400 2430 2490 2465 2490 △P/Pa 2350 2345 2340 2330 2315 2295 2260 2240 25 35 50 70 115 195 205 250 2640 2680 2730 2820 2930 3060 3230 3440 P/Pa 1550 1510 1460 1370 1270 1130 970 760 1090 1170 1270 1450 1660 1930 2260 2680 T/℃ 41.2 41.0 41.5 42.0 43.8 45.5 46.5 48.2 表三·氧气浓度

u/(m3/h) 23

V/(l/h) 59 贫氧/(mg/l) 9.2 富氧/(mg/l) 13.0 六、数据处理与计算

1.

表四·干料数据数理

lgu/(m3/h) 0.60 lg△P/Pa 1.18 0.90 1.40 1.08 1.60 1.20 1.74 1.30 1.90 1.38 2.10 1.45 2.24 1.51 2.40

图二·干料层压降—空塔气速关系图

2.

表五·湿料数据处理

lgu/(m3/h) 0.60 lg△P/Pa 1.40 0.90 1.54 1.08 1.70 1.20 1.85 1.30 2.06 1.38 2.29 1.45 2.31 1.51 2.40

图三·湿料层压降—空塔气速关系图

3. GA：

L=59/1000/18=3.28Kmol/h X1=13.0/1000/32÷(13.0/1000/32+1000/18)=7.31×10-6 X2=11.9/1000/32÷(9.2/1000/32+1000/18)=5.17×10-6 ∴X1- X2=2.14×10-6 ∴GA=L(X1- X2)=7.02×10-6 4.△Xm：

E=(-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56)×106=1.78×107 KPa P=101.3+1/2×0.178=101.40KPa ∴m=E/P=1.76×105

Xe1=Xe2=y1/m=y2/m=1.19×10-6 ∴△Xm=((X1- Xe1)–( X2 -Xe2))/ln((X1- Xe1)/ ( X2 -Xe2))=4.97×10-6 5.Kxa：

Vp=1/4πd2H=6.28×10-3 m3 ∴Kxa=GA/Vp*△Xm=224.92Kmol/(m3*h*△X) 6.HoL：

Ω=1/4πd2=7.85×10-3 ∴HoL=L/ (Kxa*Ω)=1.86m

七、结果分析与讨论

从实验所得的数据来看我们的实验做的还是不太成功的。实验中的干料层压降—空塔气速关

系图实际上应该是一条直线，而我们所得的数据处理后得到的是一条曲线。并且湿料层压降—空塔气速关系图应该由不同斜率的直线组成，会出现明显的液泛点，而我们的到的数据没有明显的液泛点出现。我们是传质实验还是成功的，数据好。总结实验误差主要有（1）在实验过程中，调节的转子流量计不停地在上下抖动，导致实验的流速不稳定，造成实验误差。（2）在读u型压差计时，人为因素造成实验误差。（3）在做干料层实验时，填料塔内的填料并不是很干的，造成实验误差。

八、思考题解答

1．填料塔在一定喷淋量时。气相负荷应控制在那个范围内进行操作？

答：水喷淋的密度取10~15(m3/m2h)，空塔气速则维持在0.5~0.8(m/s)左右，氧气流量为0.01~0.02(m3/s)左右。

2．通过实验观察。填料塔的液泛值首先从哪个部位开始？为什么？

答：液泛有塔底开始，直径一定的塔，可供气、液两相自由流动的截面是有限的。二者之一的流量若增大到某个限度，降液管内的液体便不能顺畅地流下；当管内的液体满到上层板的溢流堰顶时，便要漫到上层板，产生不正常积液，最后可导致两层板之间被泡沫液充满。这种现象，称为液泛，亦称淹塔。由定义可知。液泛即从塔底开始，由下至上。 3．欲提高传质系数，你认为应采取哪些措施？

答：可以通过提高液体的流速，以加强液相湍流程度俩提高来提高传质系数。