实验名称:氧解吸实验
实验时间:20##年3月16日
报告人:司马聪 同组人:许可、付博
报告摘要:本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作),送入解吸塔顶再用空气进行解吸,实验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的关联式,从而求的液相总传质单元高度HOL.
一、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。
二、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,在双对数坐标系中,此压降对气速作图可得一斜率为1.8~2的直线(图中aa’)。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次幂,但大于相同气速下干填料的压降(图中bc段)。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)。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
即
式中,
相关填料层高度的基本计算式为
即
式中, ,
式中 ______单位时间内氧的解吸量,kmol/(m2?h);
——液相体积总传质系数,kmol/(m3?h);
Vp——填料层体积,m3;
——液相对数平均浓度差;
——液相进塔时的摩尔分数(塔顶);
——与出塔气相y1平衡的摩尔分数(塔顶);
——液相出塔的摩尔分数(塔底);
——与进塔气相y1平衡的摩尔分数(塔底);
Z——填料层高度,m;
?——塔截面积,m2;
L——解吸液流量,kmol/(m2?h);
——以液相为推动力的总传质单元高度,m;
——以液相为推动力的总传质单元数;
三、实验装置及流程
下图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,稳压在0.03~0.04Mpa,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中。自来水经调节阀10,由转子流量计17计量后进入吸收塔。含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。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23。为了测量填料层压降,解吸塔装有压差计22。
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。
两水样液相氧浓度由9070型测氧仪测得。
图-3 氧气吸收解吸装置流程图
1、氧气钢瓶 9、吸收塔 17、空气转子流量计
2、氧减压阀 10、水流量调节阀 18、解吸塔
3、氧压力表 11、水转子流量计 19、液位平衡罐
4、氧缓冲罐 12、富氧水取样阀 20、贫氧水取样阀
5、氧压力表 13、风机 21、温度计
6、安全阀 14、空气缓冲罐 22、压差计
7、氧气流量调节阀 15、温度计 23、流量计前表压计
8、氧转子流量计 16、空气流量调节阀 24、防水倒灌阀
四、实验内容及步骤
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) 测定湿填料压降
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,进塔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,务必要掌握这个特点。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。
(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。
②传质实验操作条件选取:水喷淋密度取10~15m3/(m2·h),空塔气速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。
④ 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
基本数据:拉西环12×12×1.3mm ,解吸塔径Φ=0.1m ,吸收塔径Φ=0.032m ,填料层高度0.8m 。
1 干塔 空气温度17℃
2 湿塔 空气温度21℃
数据处理:
∴HOL=0.181 m
六、思考题
① 阐述干填料压降线和湿料塔压降线的特征
答:干料塔压降与气速关系成一条直线,湿料塔,在低气速下压降正比于气速,随气速的增加,出现载点,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试计算实验条件下填料塔实际液气比V/L是最小液气比(V/L)min的多少倍?
答:ⅰ(V/L)min=(x1-x2)/(y1e-y2)= 0.0046
V/L= 0.173 (V/L)/(V/L)min=37.62
ⅱ(V/L)min=(x1-x2)/(y1e-y2)= 0.0011
V/L= 0.222 (V/L)/(V/L)min=202.3
ⅲ(V/L)min=(x1-x2)/(y1e-y2)= 0.0031
V/L=0.204 (V/L)/(V/L)min=65.98
⑤ 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?
答: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。
四川大学实验报告书
课程名称: 实验名称:材料的氧指数测定
系别: 专业: 班号: 姓名: 学号:
实验日期:2013年3月10日 同组人姓名 : 教师评定成绩:
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