序号：40化工原理实验报告实验名称：填料吸收传质系数的测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺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K x a 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，利用船只速率方程处理传质问题的办法。

一、 实验原理本装置先用吸收柱讲将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，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数a x K ，并进行关联，得到b a V AL K ⋅=a x 的关联式，同时对四种不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。

本实验引入了计算机在线数据采集技术，加快了数据记录与处理的速度。

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，此压降对气速作图可得一斜率为1.8～2的直线(图中aa 线)。

当有喷淋量时，在低气速下(c 点以前)压降也正比于气速的1.8～2次幂，但大于同一气速下干填料的压降(图中bc 段)。

随气速的增加，出现载点(图1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。

图一 填料层压降-空塔气速关系示意图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，需要计算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。

本实验是对富氧水进行解吸。

由于富氧水浓度很小，可认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，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式为：m p x A x V a K G ∆••=m p A x x V G a K ∆•=其中 22112211ln)()(e e e e m x x x x x x x x x -----=∆()21x x L G A -= Ω•=Z V p相关的填料层高度的基本计算式为：OL OL x x e x N H xx dxa K L Z •=-Ω•=⎰12 即 OL OL N Z H /=其中 mx x e OL x x x x x dxN ∆-=-=⎰2112， Ω•=a K L H x OL式中：G A —单位时间内氧的解吸量[Kmol/h] K x a —总体积传质系数[Kmol/m 3•h•Δx] V P —填料层体积[m 3] Δx m —液相对数平均浓度差 x 1 —液相进塔时的摩尔分率(塔顶)x e1 —与出塔气相y 1平衡的液相摩尔分率(塔顶) x 2 —液相出塔的摩尔分率(塔底)x e2 —与进塔气相y 2平衡的液相摩尔分率(塔底) Z —填料层高度[m] Ω —塔截面积[m 2] L —解吸液流量[Kmol/h]H OL —以液相为推动力的传质单元高度 N OL —以液相为推动力的传质单元数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K x =k x , 由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数K x a ，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线下方，本实验中还是一条平行于横坐标的水平线(因氧在水中浓度很小)。

备注：本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分率而不用摩尔比，这是因为在y —x 图中，平衡线为直线，操作线也是直线，计算比较简单。

图二氧气吸收与解吸实验流程图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、防水倒灌阀二、实验步骤1、实验流程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，稳压在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中，与水并流吸收。

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。

自来水经调节阀10，由转子流量计17计量后进入吸收柱。

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。

2、操作要点(1)、流体力学性能测定①、测定干填料降压时，塔内填料务必实现吹干②、测定湿填料压降A、测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿B、实验接近液泛时，进塔气体的增加量要减少，否者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，液泛后填料层降在几乎不变气速下明显上升，务必要掌握这个特点。

稍微增加气量，再取一。

二个点即可。

注意不是要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。

③、注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞玻璃管。

(2)、传质实验①、氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.03~0.04[MPa]，不要过高，并注意减压阀使用方法。

为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌阀24，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19.9ppm。

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，用测氧仪分析各自氧的含量。

实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀2及调节阀8。

检查总电源。

总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。

三、原始实验数据（附页）四、数据处理1、流体力学性能测定空气流速(h/m3) 8 12 15 18 20 22 24 28 吸收塔压降(Pa) 50 90 130 170 210 230 270 440 空气缓冲罐压降(Pa) 1170 1300 1440 1610 1760 1950 2080 2470 空气缓冲罐温度(℃)42.5 43 43.5 44 44.5 45 46 46.5图三填料层压降—空塔气速关系图2、实验数据处理公式：①使用状态下的空气流量V2V2=V1*P1*T2/(P2*T1)V1—空气转子流量计示值〔m3/h〕T1、P1—标定状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕T2、P2—使用状态下空气的温度和压强〔K〕〔KPa〕②V2=1/4×π×ｄ２×u d=0.1m③Δp=ρgΔh④T1=22℃，p1=101.3KPa，T2=40℃，p2=Δp可求得：x 1=(19÷1000÷32)/(19÷1000÷32+1000÷18)= 1.069×10-5 x 2=(10÷1000÷32)/(10÷1000÷32+1000÷18)= 5.62×10-6 1、单位时间氧解吸量G AL=200 L/h=200×1000÷18×(1-1.061×10-5) =11.11Kmol/hG A =L （x 1-x 2）=11.11×（1.069×10-5-5.62×10-6）=5.633×10-5 Kmol/h2、对数平均浓度差ΔX m =[(x 1-xe 1)-(x 2-xe 2)]/ln[(x 1-xe 1)/( x 2-xe 2)] 氧气在不同温度下的亨利系数E 可用下式求取： E=〔-8.5694×10-5t 2+0.07714t+2.56〕×106=〔-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56〕×106 = 1.781×107KPaP=大气压+1/2（填料层压差）=101.3+1/2×0.118=101.359KPa m=E/P=1.781×107/101.359=1.757×105 进塔气相浓度y 2，出塔气相浓度y 1 y 1=y 2=0.21xe 1= y 1/m=xe 2= y 2/m=0.21/ 1.757×105 =1.195×10-6 前面已求得：x 1= 1.069×10-5x 2=5.620×10-6因此，代入各数据可得：ΔX m =3.87×10-63、液相总体积传质系数Kxa= G A /（V p ×ΔX m ）= GA/(1/4×π×ｄ2×H ×ΔXm ）=5.633×10-5/(0.25×3.14×0.12×0.8×3.87×10-6)= 2317.76Kmol/(m 3·h)4、液相总传质单元高度H Lo =*x L a K =11.11/(2317.76×0.25×3.14×0.12)=0.67m五、结果分析与讨论1.由图可知，我们的实验比较不成功，在测定干填料压降时得到的数据比较大，实验仪器和操作比较粗糙，但趋势是正确的，在测定湿填料压降时，由于控制空气流速的间隙太小，使实验的图像趋势不明显。

2.从实验仪器可以大致知道液相总传质单元高度大约在1米左右，与实验计算结果相差较大。

3.欲提高传质系数,可通过增加液体的流速，以加强液相的湍流程度来提高传质系数。

4. 水喷淋密度取10 ~15(m3/m2.h)，空塔气速则维持在0.5~0.8(m/s)，氧气流0.01~0.02(m3/s)。

5.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。