北京化工大学化工原理实验报告实验名称：氧解吸实验班级：化工姓名：学号：序号：同组人：设备型号：第套实验日期：2014-4-01一、实验摘要本实验测定不同气速下干塔和湿塔的压降，得到了填料层压降—空塔气速关系曲线，确定塔的处理能力及找到最佳操作点。
然后用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水，送入解析塔再用空气进行解吸，进而可计算出不同气液流量比下液相体积总传质系数K x a ，液相总传质单元高度H OL ,液相总传质单元数N OL 。
关键词：氧气 解吸 液相体积总传质系数 液相总传质单元高度 液相总传质单元数二、实验目的1、测量填料塔的流体力学性能；2、测量填料塔的吸收-解吸传质性能；3、比较不同填料的差异。
三、实验原理1、填料塔流体力学性能为保证填料塔的正常运行，通常需要控制操作气速处于液泛气速的0.5~0.8倍之间。
如图1，在双对数坐标系下，气体自下而上通过干填料层时，塔压降ΔP 与空塔气速u 复合关系式ΔP=u 1.8~2.0。
当有液体喷下，低气速操作时，ΔP ∝u 1.8~2.0，此时的ΔP 比无液体喷淋时要高。
气速增加到d 点，气液两相的流动开始相互影响，ΔP ∝u 0.2以上，此时的操作点成为载液2点。
气速再增加到e 点时，气液两相的交互影响恶性发展，导致塔内大量积液且严重返混，ΔP ∝u 10以上，此时的操作点称为液泛点，对应的气速就是液泛气速。
本实验直接测量填料塔性能参数，确定其液泛气速，还可用公式法、关联图法等确定。
全塔压降直接读仪表，空塔气速u 由孔板流量计测定：s P A V u /m 1.07854.025.110002(018.07854.061.025.02⨯÷⨯∆⨯⨯⨯⨯==）孔板。
2、填料塔传质性能——考察氧解吸过程的液相体积传质系数K x a 。
以氧气为溶质，解吸塔内空气、水的摩尔流率不变，水温恒定。
根据低含量气体吸收解吸全塔传质速率方程可知：⎰-⋅=⨯=21;x x ex OL O x x dx a K L N H H 。
氧气在水中的平衡含量x e 与在空气中的分压p o2服从亨利定律：e o x E P ⋅=2，或Ep x o e 2=。
E —亨利系数，kPa ；t —水温度，℃；P O2—吸收时取103kPa ，解吸时取20.9kPa 。
解吸过程的平衡线和操作线都是直线，传质单元数可用对数平均推动力法计算：e e e e m x x eOL w w w w x x x x x xx x x dx N ,11,22,11,2212ln ln 21--≈--≈∆-=-=⎰；21.07854.00555.0⨯⋅=水V L ；图1、塔压降—气速关系H—填料高度，0.75m；L—水摩尔流率，kmol.m-2.h-1；V水—水流量，L/h；K x a—液相体积传质系数，kmol.m-3.h-1；w2—富氧水质量浓度，mg/L；w1—贫氧水质量浓度，mg/L;w2，e、w1，e—富氧水、贫氧水平衡含氧量，查表或实验测定，mg/L。
根据以上各式，测量出水温度t、水流量V水、氧浓度w1、w2，即可算出填料塔传质系数K x a。
四、实验流程和设备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、防水倒灌阀吸收塔：塔径32mm，填料高度0.5m，调料类型是φ6不锈钢θ环；解吸塔：塔径0.1m填料高度0.75m，4种填料分别是陶瓷拉西环、不锈钢θ环、塑料星型环、不锈钢波纹丝网规整填料；溶氧仪：0~50.00mg/L（质量浓度），还能测量样品温度，℃；填料参数表：五、实验操作1、关闭阀门启动风机，从小到大改变气量，记录数据完成干填料实验；2、启动水泵，增大水流量至液泛，即刻关空气阀门；3、固定水流量，从小到大改变气量，每个点稳定后记录数据；4、塔开始液泛时，记录最后一组数据，粗略确定泛点，完成湿填料实验；5、调节气量到当前值的一半，稳定2min，塔釜取样测量we；6、检查氧气罐压力约为0.05MPa，打开防水倒灌阀和流量调节阀通氧气；7、载点附近完成解吸操作，每个点稳定3min，顶、釜同时取样（2次）测量氧浓度；8、实验结束后，关闭防水倒灌阀门、总水阀、溶氧仪等。
注意事项：1、每次取样品约400ml，转速一样，溶氧仪稳定后读数；2、探头竖直放置，每次的位置最好一样，不能碰到转子；3、排队测量富氧水浓度时，最好盖住上口，数值大于20mg/L；4、测量后的废水倒入循环水罐。
六、实验数据表格及计算举例表1.干填料实验数据表干填料数据：水流量L=0L/h 填料高度h=0.75m 塔径d=0.1m序号孔板压降ΔP/kPa全塔压降ΔP/kPa空气流量V/m3.h-1空塔气速u/m.s-1单位填料高压降kPa.m-11 0.76 0.03 3.0 0.69 0.0402 1.27 0.18 13.1 0.89 0.2403 1.82 0.48 23.8 1.07 0.6404 2.42 0.85 32.0 1.23 1.1335 3.14 1.24 37.9 1.40 1.6536 3.33 1.33 41.0 1.44 1.773计算举例：（以第一组数据为例） 空塔气速：25.021.07854.025.110002(018.07854.061.0⨯÷⨯∆⨯⨯⨯⨯==）孔板P A Vu25.021.007854)25.1100076.02(018.07854.061.0⨯÷⨯⨯⨯⨯⨯=169.0-⋅=s m单位填料高压降1-m a k 040.075.003.0⋅==∆=P HP 全塔表2.湿填料实验数据表计算举例：（以第一组数据为例）空塔气速：25.021.07854.025.110002(018.07854.061.0⨯÷⨯∆⨯⨯⨯⨯==）孔板P A V u25.021.007854)25.1100020.02(018.07854.061.0⨯÷⨯⨯⨯⨯⨯=135.0-⋅=s m单位填料高压降1-m a k 040.075.003.0⋅==∆=P HP 全塔表3.解吸传质实验数据计算举例：（以第一组数据为例） 平均富氧水浓度：L mg w w w /655.25271.2560.2522,11,11=+=+= 平均贫氧水浓度：L mg w w w /190.11223.1115.1122,21,22=+=+=传质单元数：489.5)13.11190.1113.11655.25ln()ln(21=--=--=ee OL w w w w N传质单元高度：m N H H OL OL 137.0489.575.0=== 体积传质系数：)/(0.5172137.01.07854.01000555.01.07854.00555.0322h m kmol H V H L a K OL OL x ⋅=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯==水七、实验结果作图及分析结果分析：从图中可以看出，本次试验做的并不成功，干填料曲线与湿填料曲线几乎重合。
造成本次试验误差的主要原因可能是读数带来的误差以及试验装置本身的误差。
八、思考题1、吸收填料塔的传质单元高度H OL 、H OG 和精馏填料塔的等板高度HETP 有什么区别？答：吸收填料塔：塔高度=传质单元高度×传质单元数 精馏填料塔：塔高度=等板高度×塔板数两者相类似，但对于吸收塔而言，传质单元高度和传质单元数是没有什么实际的物理意义，只能通过公式进行计算，但对于精馏塔而言，等板高度HETP （即分离效果相当于一块理论版的填料高度）是真实存在的，但不能用什么理论公式来进行计算，一般它的确定都是工程经验，对于不同型号的塔板，它都有自己约定俗称的等板高度。
2、根据埃克特泛点关联图，估计实验中的液泛气速和压降是多少？ 答：液泛气速为1.27 ，压降为1.5733、用w 代替x 计算所得的NOL 误差为多少？（分别用摩尔分率和质量分率算，看差多少）答：（以第一组数据计算为例）1832103-2水水ρ⨯=≈w n n x O 富氧水：53-210443.11810003210655.25-⨯=⨯=x 贫氧水：63-110294.61810003210190.11-⨯=⨯=x平衡：63-10261.6181000321013.11-⨯=⨯=e x用w 计算：49.513.11190.1113.11655.25lnln 12=--=--≈eeOL w w w w N用x 计算：51.510261.610294.610261.610443.1lnln6665,11,22=⨯-⨯⨯-⨯=--≈----ee OL x x x x N两个OL N 近似相等。
4、本实验的最小液气比（G/L ）min 和最小空气用量Gmin 是多少？实际（G/L ）是多少？ 答：（表3以第一组数据为例）=⨯+⨯+⨯⨯-==-325.10110)56.207714.0105694.8(625t t P E m 34641325.10110)56.25.1207714.05.12105694.8(625=⨯+⨯+⨯⨯-- 33-3223221101000101010⨯⨯⨯+⨯⨯=--水水M V M m M m x O O O O 533-3310443.1101810001011032655.251032655.25---⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=33-3223222101000101010⨯⨯⨯+⨯⨯=--水水M V M m M m x O O O O 633-3310294.6101810001011032190.111032190.11---⨯=⨯⨯⨯+⨯⨯=66256251051.310)56.25.120771.05.12105694.8(10)56.207714.0105694.8(⨯=⨯+⨯+⨯⨯-=⨯+⨯+⨯⨯-=--t t E500.010443.1325.1011051.35611=⨯⨯⨯=⋅=-x P E y e 662210954.51051.39.20-⨯=⨯==E P x O e 206.010954.534641622=⨯⨯==-e mx y最小液气比：56521212121min 1077.2206.0500.010294.610443.1)(---⨯=-⨯-⨯=--=--=y y x x y y x x LG e eh kmol V L /56.51810001000100181000=⨯⨯=⨯=水最小空气用量：h kmol L LG G /1054.156.51077.2)(45min min --⨯=⨯⨯=⨯=h kmol G /667.02929.10.15=⨯=实际液气比：120.056.5667.0==LG。