實(shí)驗(yàn)七：吸收實(shí)驗(yàn)

1、一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀察填料塔流體力學(xué)狀況，測定壓降與氣速的關(guān)系曲線。3、掌握總傳熱系數(shù)Kxa的測定方法并分析影響因素。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)問題的方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理本裝置先用吸收柱將水吸收純氧形成富氧水后（并流操作），送入解析塔頂再用空氣進(jìn)行解吸，實(shí)驗(yàn)需測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)，得到Kxa=ALaVb的關(guān)聯(lián)式，同時對四種不同填料的傳質(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)特性氣體通過干填料層時，流體流動引起的壓降和湍流流動引起的壓降規(guī)律相一致。在雙對數(shù)坐標(biāo)系中，此壓降對氣速作圖可得一斜率為1.8

2、2的直線（圖中為aa線）。當(dāng)有噴淋量時，在低氣速下（c點(diǎn)以前）壓降也正比于氣速的1.82次冪，但大于同一氣速下干填料的壓降（圖中bc段）。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)（圖中c點(diǎn)），持液量開始增大，壓降-氣速線向上彎，斜率變陡（圖中cd段）。到液泛點(diǎn)（圖中d點(diǎn)）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)系示意圖2、 傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)是對富氧水進(jìn)行解吸。氣液兩相的平衡關(guān)系服從亨利定律（富氧水濃度很小），即平衡線為直線，操作線也為直線，因此用對數(shù)平均濃度差計算填料層傳質(zhì)平均推動力。傳質(zhì)速率方式為：GA=Kxa*Vp*xm Kxa= GA/（Vp*xm） 其中 GA=L（x1-x2）

3、Vp=Z*相關(guān)的填料層高度的基本計算式為：=HOL*NOL 即 HOL=Z/ NOL其中， NOL= HOL=由于氧氣為難溶氣體，屬液膜控制過程，所以要提高總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，應(yīng)增大液相的湍動程度。在y-x圖中，解吸過程的操作線在平衡線下方，在實(shí)驗(yàn)中是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線（因氧在水中濃度很小）。備注：本實(shí)驗(yàn)在計算時，氣液相濃度的單位用摩爾分率。三、 實(shí)驗(yàn)裝置流程1、 基本數(shù)據(jù)解吸塔徑為0.1m，吸收塔徑為0.032m，填料層高度0.8m(陶瓷拉西環(huán)、陶瓷波紋板、金屬波紋絲網(wǎng)填料)和0.83m(金屬環(huán))。2、 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖四、 實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)(一)流體力學(xué)性能測定1、測定干填料壓降時，塔

4、內(nèi)填料務(wù)必事先吹干。2、測定濕填料壓降 a、測定前要進(jìn)行預(yù)液泛，使填料表面充分潤濕。 b、實(shí)驗(yàn)接近液泛時，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)，液泛后填料層壓降幾乎不變，氣速不明顯上升，務(wù)必要掌握這個特點(diǎn)。注意不要使氣速過分超過泛點(diǎn)，避免沖破和沖泡填料。 c、注意空氣轉(zhuǎn)子流量計的調(diào)節(jié)閥要緩慢開啟和關(guān)閉，以免撞破玻璃管。(二)傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)1、氧氣減壓后進(jìn)入緩沖罐，罐內(nèi)壓力保持0.030.04MPa，不要過高，并注意減壓閥使用方法。為防止水倒罐進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計中，開水前要關(guān)閉防倒罐閥或先通入氧氣后通水。2、

5、水噴淋密度取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定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和貧氧水，用測氧儀分別分析各自氧的含量。3、 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉氧氣時，務(wù)必先關(guān)氧氣鋼瓶總閥，然后才能關(guān)閉減壓閥及調(diào)節(jié)閥。檢查總電源、總水閥及各管路閥門，確定安全后方可離開。五、 原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（附頁）六、 數(shù)據(jù)處理1、填料塔流體力學(xué)性能：以第一組數(shù)據(jù)為例：求使用狀態(tài)下的空氣流量V2 V2=V1*P1*T2/(P2*T1)=20*101.33*310.65/1.64*298.

6、15=1287.540V2=1/4×××u d=0.1m 可得： u=45.56m/s lgu=1.66m/s lg P=lg50=2.00pa同理得其他幾組的數(shù)據(jù)列于表中：表一：干填料塔塔流體力學(xué)性能數(shù)據(jù)記錄表序號空氣流量V1/(m3/h)空氣流量V2/(m3/h)流速u/(m/s)lgu/(m/s)lgP/Pa120 1287.54045.561.662.002231380.37046.301.672.15327 1313.35646.471.672.264301272.52045.031.652.285331243.62144.011.642.456 351

7、213.90442.951.632.517381160.80841.081.612.588401113.83039.411.602.61表二：濕填料塔塔流體力學(xué)性能數(shù)據(jù)記錄表序號空氣流量V1/(m3/h)空氣流量V2/(m3/h)流速u/(m/s)lgu/(m/s)lgP/Pa19780.61127.621.441.782141059.18137.481.571.903171129.35239.961.602.154201183.28841.871.622.265251211.62542.871.632.416 281191.97342.181.632.517301197.63842.381.

8、632.548351153.79740.381.612.669401066.96737.761.582.79填料層壓降-空塔氣速關(guān)系圖2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：水流量L/h空氣流量m3/h富氧水含量ppm貧氧水含量ppm水溫20035191020水溫為20時，可查得：水的密度為998.2kg/m3可求得：x1=19ppm=1.068×10-5 x2=10ppm=5.62×10-61、單位時間氧解吸量GA GA=L（X1-X2）L=200L/h=200×10-3×998.2÷18 =11.09kmol/hGA=L（X1-X2）=11.09×(1.0

9、68×10-5 -5.62×10-6)=5.61*10-5 kmol/h2、對數(shù)平均濃度差xm氧氣在25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) =(-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56)×106 =1.781×107kPaP=大氣壓+1/2(填料層壓差)=101.33+1/2×0.21=101.435KPam=E/P=1.781×107/101.405=1.756

10、15;105進(jìn)塔氣相濃度y2，出塔氣相濃度y1 y1=y2=0.21x1*= y1/m=x2*= y2/m=0.21/ 1.756×105 =1.19×10-6前面已求得：x1=1.068×10-5 x2=5.62×10-6 因此，代入各數(shù)據(jù)可得：xm=6.601*10-63、液相總體積傳質(zhì)系數(shù) Kxa （kmol/(m3·h)） Kxa= GA/(Vp×xm)= GA/(1/4××d2×H×xm) =5.61*10-5 /(1/4××0.12×0.8×6

11、.601*10-6)= 1353.29kmol/(m3·h)4、液相總傳質(zhì)單元高度HOL (m) HoL=11.09/(1353.29×1/4××0.12)m=1.044m七、 結(jié)果分析與討論1、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的填料層壓降-空塔氣速關(guān)系圖中，最后一個點(diǎn)的數(shù)據(jù)有誤差，分析原因可能為： 讀數(shù)時系統(tǒng)尚未穩(wěn)定； 人為的讀數(shù)造成了偏差，屬系統(tǒng)誤差2、 液相總傳質(zhì)單元高度計算值相對偏高原因可能在于實(shí)驗(yàn)時測得的偏低。3、 此實(shí)驗(yàn)相對比較簡單，操作不難但讀數(shù)容易出錯，壓差計讀數(shù)容易造成偏差。八、 思考題解答1、填料塔在一定噴淋量時，氣相負(fù)荷應(yīng)控制在哪個范圍內(nèi)進(jìn)行操作？答：水噴淋密度取1015m3/m2*h，空塔氣速0.50.8m/s