氧解析匯報(bào) 化工原理 吸收 實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

word化工原理氧解析實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱(chēng)： 化工原理實(shí)驗(yàn) 學(xué) 校： 化工大學(xué) 學(xué) 院：專(zhuān) 業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：姓 名：實(shí)驗(yàn)日期：同組人員：一、實(shí)驗(yàn)摘要本實(shí)驗(yàn)利用吸收柱使水吸收純氧形成富氧水，送入解析塔頂再用空氣進(jìn)展解析，測(cè)定不同液量和氣量下的解析液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，并進(jìn)展關(guān)聯(lián)，同時(shí)對(duì)四種不同填料的傳質(zhì)效果與流體力學(xué)性能進(jìn)展比擬。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)1、熟悉填料塔的構(gòu)造與操作。2、觀(guān)察填料塔流體力學(xué)狀況，測(cè)定壓降與氣速的關(guān)系曲線(xiàn)。3、掌握液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa的測(cè)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(wèn)題的方法。三、根本原理1、填料塔流體力學(xué)特性氣體通過(guò)干填料層時(shí)，流體流動(dòng)引起的壓降和湍流流動(dòng)引起的壓降規(guī)律相一致。填料層“壓降空塔氣速關(guān)系示意如圖1所示。1在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，此壓降對(duì)氣速作圖可得斜率為1.82的直線(xiàn)圖中Aa直線(xiàn)。2當(dāng)有噴淋量時(shí)，在低氣速下c點(diǎn)以前壓降正比于氣速的1.82次方，但大于一樣氣速下干填料的壓降圖中bc段。3隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)圖中c點(diǎn)，持液量開(kāi)始增大，“壓降氣速線(xiàn)向上彎，斜率變陡圖中cd段。4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。lg ualgpAbcd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)填料塔與板式塔氣液兩相接觸情況不同。在填料塔中，兩相傳質(zhì)主要在填料有效濕外表上進(jìn)展，需要計(jì)算完成一定吸收任務(wù)所需的填料高度，其計(jì)算方法有傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元法和等板高度法。本實(shí)驗(yàn)是對(duì)富氧水進(jìn)展解吸，如圖2所示。由于富氧水濃度很低，可以認(rèn)為氣液兩相平衡關(guān)系服從亨利定律，即平衡線(xiàn)為直線(xiàn)，操作線(xiàn)也為直線(xiàn)，因此可以用對(duì)數(shù)平均濃度差計(jì)算填料層傳質(zhì)平均推動(dòng)力。整理得到相應(yīng)的傳質(zhì)速率方程為，即圖2 富氧水解吸實(shí)驗(yàn)相關(guān)填料層高度的根本計(jì)算式為：即GA單位時(shí)間內(nèi)氧的解吸量，kmol/(m2h)；Kxa液相體積總傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3h)；Vp填料層體積，m3；xm液相對(duì)數(shù)平均濃度差；x2液相進(jìn)塔時(shí)的摩爾分?jǐn)?shù)塔頂；xe2與出塔氣相y1平衡的摩爾分?jǐn)?shù)塔頂；x1液相出塔的摩爾分?jǐn)?shù)塔底；xe1與進(jìn)塔氣相y1平衡的摩爾分?jǐn)?shù)塔底；Z填料層高度，m；塔截面積，m2；L解吸液流量，kmol/(m2h)；HOL以液相為推動(dòng)力的總傳質(zhì)單元高度，m；NOL以液相為推動(dòng)力的總傳質(zhì)單元數(shù)。由于氧氣為難容氣體，在水中的溶解度很小，因此傳質(zhì)阻力幾乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于屬液膜控制過(guò)程，所以要提高液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa，應(yīng)增大也想的湍動(dòng)程度即增大噴淋量。在y-x圖中，解析過(guò)程的操作線(xiàn)在平衡線(xiàn)下方，本實(shí)驗(yàn)中是一條平行于橫坐標(biāo)的水平線(xiàn)因氧氣在水中濃度很小。本實(shí)驗(yàn)在計(jì)算時(shí)，氣液相濃度的單位用摩爾分?jǐn)?shù)而不用摩爾比，這是因?yàn)樵趛-x圖中，平衡線(xiàn)為直線(xiàn)，操作線(xiàn)也為直線(xiàn)，計(jì)算比擬簡(jiǎn)單。四、實(shí)驗(yàn)裝置與流程氧氣吸收解吸裝置流程：MpaMPa時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟。2氧氣流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氧氣流量，并經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，進(jìn)入吸收塔中。3自來(lái)水經(jīng)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)流量，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入吸收塔。4在吸收塔內(nèi)氧氣與水并流接觸，形成富氧水，富氧水經(jīng)管道在解吸塔的頂部噴淋。5空氣由風(fēng)機(jī)供應(yīng)，經(jīng)緩沖罐，由空氣流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量經(jīng)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量，通入解吸塔底部，在塔內(nèi)與塔頂噴淋的富氧水進(jìn)展接觸，解吸富氧水，解吸后的尾氣由塔頂排出，“貧氧水從塔底通過(guò)平衡罐排出。6由于氣體流量與氣體狀態(tài)有關(guān)，所以每個(gè)氣體流量計(jì)前均有表壓計(jì)和溫度計(jì)?？諝饬髁坑?jì)前裝有計(jì)前表壓計(jì)。為了測(cè)量填料層壓降，解吸塔裝有壓差計(jì)。7在解吸塔入口設(shè)有入口采出閥，用于采集入口水樣，出口水樣在塔底排液平衡罐上采出閥取樣。兩水樣液相氧濃度由9070型測(cè)氧儀測(cè)得。圖3氧氣吸收解吸裝置流程圖1、氧氣鋼瓶2、氧減壓閥3、氧壓力表4、氧緩沖罐5、氧壓力表6、安全閥19、液位平衡罐20、貧氧水取樣閥21、溫度計(jì)22、壓差計(jì)23、流量計(jì)前表壓計(jì)24、防水倒灌閥13、風(fēng)機(jī)14、空氣緩沖罐15、溫度計(jì)16、空氣流量調(diào)節(jié)閥17、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)18、解吸塔7、氧氣流量調(diào)節(jié)閥8、氧轉(zhuǎn)子流量計(jì)9、吸收塔10、水流量調(diào)節(jié)閥11、水轉(zhuǎn)子流量計(jì)12、富氧水取樣閥五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、流體力學(xué)性能測(cè)定1測(cè)定干填料壓降 塔內(nèi)填料事先已吹干。 改變空氣流量，測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取10組數(shù)據(jù)。2測(cè)定濕填料壓降 固定前先進(jìn)展預(yù)液泛，是填料外表充分潤(rùn)濕。 固定水在某一噴淋量下，改變空氣流量，測(cè)定填料塔壓降，測(cè)取68組數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)接近液泛時(shí)，氣體的增加量不要過(guò)大，否如此圖1中的泛點(diǎn)不容易找到。密切觀(guān)察填料外表氣液接觸狀況，并注意填料層壓降變化幅度，務(wù)必等到各參數(shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)據(jù)，液泛后填料層壓降在幾乎不變的氣速下明顯上升。稍增加氣量，再取一兩個(gè)點(diǎn)，注意不要使氣速過(guò)分超過(guò)泛點(diǎn)，防止沖破和沖跑填料。3注意空氣流量的調(diào)節(jié)閥要緩慢開(kāi)啟和關(guān)閉，以免撞破玻璃管。2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)MpaL/Min左右。為防止水倒灌進(jìn)入氧氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)重，開(kāi)水前要關(guān)閉防倒灌閥，或先通入氧氣后通水。傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)操作條件選取：水噴淋密度取1015m3/(m2·h)m/sm3/hmg/L。塔頂和塔底液相氧濃度測(cè)定：分別從塔頂與塔底取出富氧水和“貧氧水，用測(cè)氧儀分析其氧的含量。 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉氧氣時(shí)，務(wù)必先關(guān)氧氣鋼瓶總閥，然后才能關(guān)閉氧減壓閥與氧氣流量調(diào)節(jié)閥。檢查總電源、總水閥與各管路閥門(mén)，確實(shí)安全后方可離開(kāi)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理計(jì)算并確定干填料與一定噴淋量下的濕填料在不同空塔氣速u(mài)下，與其相應(yīng)的單位填料高度壓降p/Z的關(guān)系曲線(xiàn)，并在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中作圖，找出泛點(diǎn)與載點(diǎn)。表1轉(zhuǎn)子流量計(jì)：空氣，T=20序號(hào)空氣流量V1m3/h空氣溫度T2K空氣表壓P(kPa)全塔壓降PkPaP/Z(Pa/m)實(shí)際空氣流量V2(m3/h)空氣流速u(mài)(m/s)1101172152613204444256535309286351254表2：濕塔數(shù)據(jù)：L=60250 L/h，h=轉(zhuǎn)子流量計(jì)：空氣，T=20，P=101,325KPa；水流量80L/h。序號(hào)空氣流量V1(m3/h)氣溫度T2(K)空氣表壓P(kPa)全塔壓降PkPaP/ZPa/m實(shí)際空氣流量V2(m3/h)空氣流速u(mài)(m/s)15 1.068 104210209315 365420 705525 304.45 1149630 305.65 1699735 306.55 2561840 38151下以干塔數(shù)據(jù)中第一組為例，說(shuō)明計(jì)算過(guò)程：?jiǎn)挝凰邏航荡_定：流量校正：流速確定：濕塔的計(jì)算過(guò)程與干塔一致，不再贅述。2計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下一定噴淋量、一定空塔氣速的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa與液相總傳質(zhì)單元數(shù)HOL。表3：氧解吸操作數(shù)據(jù)：h=0.75m，d=0.1m w平衡=11.03mg/L y1=y2=0.21，P=101.3KPa序號(hào)氧流量L/minL(L/h)G(m3/h)空氣表壓P(Pa)全塔壓降P(Pa)貧氧水氧含量c1mg/L富氧水氧含量c2mg/L含氧水溫度T2()1802021002038030序號(hào)系統(tǒng)總壓P(Pa)相平衡常數(shù)m平衡molxe1 (xe2)對(duì)數(shù)平均xm水流量L(mol/h)氣體流率GA(mol/h)傳質(zhì)系數(shù)Kxa(kmol/m3h)HOLm1334176.28*10-62.28*10-62443334176.28*10-62.15*10-625722334156.28*10-62.42*10-62380333416.30*10-62.35*10-624223333656.29*10-62.15*10-62615333656.29*10-62.12*10-62509以第一組數(shù)據(jù)為實(shí)例，103。塔溫：系統(tǒng)總壓確定：亨利系數(shù)確定：亨利系數(shù):平衡濃度：塔頂?shù)啄柗致视?jì)算：平均推動(dòng)力：同理：液體流率：氣體流率： 填料塔體積：傳質(zhì)系數(shù)確實(shí)定：傳質(zhì)單元高度：七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作圖與分析1、流體力學(xué)性能測(cè)定圖5圖4圖6載點(diǎn)與泛點(diǎn)的位置： 如圖6所示水流量為80L/h時(shí)載點(diǎn)為A點(diǎn)(0.5571,380.68)泛點(diǎn)為B點(diǎn)(1.105,1603.04)2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)：液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa和液相總傳質(zhì)單元高度HOL計(jì)算結(jié)果如下：氧流量L/minL(L/h)G(m3/h)Kxa(kmol/m3h)HOL(m)8020250710020240180302562表4：不同氣、液量下的Kxa、HOL八、結(jié)果討論與誤差分析1、流體力學(xué)性能測(cè)定1無(wú)液體噴淋時(shí)如下列圖，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下，干塔壓降與氣速呈線(xiàn)性關(guān)系，擬合關(guān)系式為：，即與u呈正比。2當(dāng)有噴淋量時(shí)80L/h，在低氣速下也與氣速呈線(xiàn)性關(guān)系，與u呈正比。隨氣速的增加，出現(xiàn)載點(diǎn)，持液量開(kāi)始增大，壓降-氣速線(xiàn)向上彎，斜率變陡。到液泛點(diǎn)后，在幾乎不變的氣速下，壓降急劇上升。3將干塔、濕塔填料塔壓降與氣速關(guān)系進(jìn)展比照，見(jiàn)圖，可以看出，有液體噴淋時(shí)，填料層壓降均大于同一氣速下的干塔壓降。2、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)由數(shù)據(jù)可以看出，在氧氣-水系統(tǒng)中，液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa與液量正相關(guān)，而與氣量根本無(wú)關(guān)。這是由于氧氣極難溶于水，因而本系統(tǒng)是液膜控制系統(tǒng)，Kxa近似等于kxa，而kxaL，故液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kxa僅與液量有關(guān)，與氣量無(wú)關(guān)。3、誤差分析1系統(tǒng)誤差：裝置整體氣密性不夠理想，造成流體流動(dòng)時(shí)對(duì)整體系統(tǒng)帶來(lái)的波動(dòng)影響，轉(zhuǎn)子流量計(jì)在計(jì)量空氣流速時(shí)不夠穩(wěn)定2主觀(guān)誤差：人為讀取壓差計(jì)與轉(zhuǎn)子流量計(jì)時(shí)存在主觀(guān)誤差。3其他誤差：由于氧氣濃度測(cè)量?jī)x與實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)量不匹配，導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)后期不能夠在得到待測(cè)液后一分鐘內(nèi)得以測(cè)量，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境含氧量與溫度在此期間對(duì)燒杯內(nèi)待測(cè)液有所影響，導(dǎo)致最終溫度與含氧量的測(cè)定存在誤差。九、思考題1、闡述干填料壓降線(xiàn)和濕填料壓降線(xiàn)的特征答：氣體通過(guò)干填料時(shí)，流體流動(dòng)引起的壓降和湍流流動(dòng)引起的壓降規(guī)律相一致，因此在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上作關(guān)系曲線(xiàn)，表現(xiàn)為一直線(xiàn)。當(dāng)有噴淋量時(shí)，在低流速下壓降也正在于氣速的1.82 次方，但大于同一氣速下干填料的壓降。隨氣速增加，出現(xiàn)載點(diǎn)，出現(xiàn)載點(diǎn)，持液量增大，曲線(xiàn)向上彎曲，斜率變陡，到達(dá)泡點(diǎn)后，壓降持續(xù)增大，出現(xiàn)液泛。2、比擬液泛時(shí)單位填料高度壓降和圖中液泛壓降值是否相符，一般亂堆填料液泛時(shí)單位填料高度壓降為多少？答：實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，亂堆填料液泛時(shí)單位填料層高度的氣體壓降根本上為一恒值。由此推測(cè)，當(dāng)操作氣速低于泛速時(shí)，其它等壓降曲線(xiàn)會(huì)有與泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖線(xiàn)相像的曲線(xiàn)形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一推測(cè)。亂堆填料液泛時(shí)單位填料高度壓降一般不低于2kPa/m。3、試計(jì)算實(shí)驗(yàn)條件下填料塔實(shí)際氣液比V/L是最小氣液比V/Lmin的多少倍？答：，實(shí)際氣液比：，故:4、工業(yè)上，吸收在低溫、加壓下進(jìn)展，而解吸在高溫、常壓下進(jìn)展，為什么？答：相平衡常數(shù)m=f(p,T),且溫度下降，壓力上升時(shí)，m降低，氣體越易溶，越易被吸收，因而吸收常在低溫、加壓下進(jìn)展。反之，高溫、減壓對(duì)解吸有利，因而解吸在高溫、常壓下進(jìn)展。5、為什么易溶氣體的吸收和解吸屬于氣膜控制過(guò)程，難溶氣體的吸收和解吸屬于液膜控制過(guò)程？答：根據(jù)雙膜模型導(dǎo)出的結(jié)果可知總傳質(zhì)阻力為氣膜傳質(zhì)阻力與液膜傳質(zhì)阻力之和，即對(duì)于氣膜阻力控制，即 時(shí)， ,此時(shí)的傳質(zhì)阻力主要集中于氣膜，稱(chēng)這種情況為“氣膜阻力控制。對(duì)于液膜控制，即 時(shí)， , ,此時(shí)的傳質(zhì)阻力只要集中于液膜，稱(chēng)這種情況為“液膜阻力控制易溶氣體多為氣膜阻力控制，難溶氣體多為液膜控制。答：填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板。上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。氣體與液體呈逆流連續(xù)通過(guò)填料層的空隙，在填料外表上，氣液兩相密切接觸進(jìn)展傳質(zhì)。填料塔具有生產(chǎn)能力大，別離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當(dāng)液體負(fù)荷較小時(shí)不能有效地潤(rùn)濕填料外表，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對(duì)側(cè)線(xiàn)進(jìn)料和出料等復(fù)雜精餾不太適合等。6、填料塔結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？7、假如要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在線(xiàn)采集和控制，應(yīng)如何選用測(cè)試傳感器與儀表？答：根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問(wèn)題：量程的大小；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式；信號(hào)的輸出方法；傳感器的來(lái)源。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等，以免產(chǎn)生過(guò)大的誤差。壓力檢測(cè)儀表的正確選用主要包括確定儀表的型式、量程、X圍、準(zhǔn)確度和靈敏度、外形尺寸以與是否需要遠(yuǎn)傳和具有其他功能。15 / 16