氧解析实验报告课程名称：化工原理实验学校：北京化工大学学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工 1001学号： 17姓名：闵翔实验日期： 2013年4月8日同组人员：吕博杨、刘子彦、玛莎莉娜一、实验摘要本实验利用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水，送入解析塔顶再用空气进行解析，测定不同液量和气量下的解析液相体积总传质系数，并进行关联，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。

二、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，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

三、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。

（1）在双对数坐标系中，此压降对气速作图可得斜率为~2的直线（图中Aa直线）。

（2）当有喷淋量时，在低气速下（c点以前）压降正比于气速的~2次方，但大于相同气速下干填料的压降（图中bc段）。

（3）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）。

（4）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1填料层“压降—空塔气速”关系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mp x A X aV K G ∆=，即m P A x X V G a K ∆=/])()(ln[)()(11221122e e e e m x x x x x x x x X -----=∆()12x x L G A -=Ω=Z V P相关填料层高度的基本计算式为：OLOL x x e x N H x x dxa K L Z =-Ω=⎰12即OL OL N Z H /=mx x e OL x x x x x dxN ∆-=-=⎰2112Ω=a K L H X OLG A 单位时间内氧的解吸量，kmol/(m 2?h)； K x a 液相体积总传质系数，kmol/(m 3?h)； Vp 填料层体积，m 3；Δx m 液相对数平均浓度差；x 2液相进塔时的摩尔分数（塔顶）； x e2与出塔气相y 1平衡的摩尔分数（塔顶）； x 1液相出塔的摩尔分数（塔底）；x e1与进塔气相y 1平衡的摩尔分数（塔底）； Z 填料层高度，m ； ?塔截面积，m 2；L 解吸液流量，kmol/(m 2?h)；H OL 以液相为推动力的总传质单元高度，m ； N OL 以液相为推动力的总传质单元数。

由于氧气为难容气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中在液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高液相体积总传质系数Kxa，应增大也想的湍动程度即增大喷淋量。

在y-x图中，解析过程的操作线在平衡线下方，本实验中是一条平行于横坐标的水平线（因氧气在水中浓度很小）。

本实验在计算时，气液相浓度的单位用摩尔分数而不用摩尔比，这是因为在y-x图中，平衡线为直线，操作线也为直线，计算比较简单。

四、实验装置及流程氧气吸收解吸装置流程：（1）氧气由氧气钢瓶供给，经减压阀进入氧气缓冲罐，稳压在～，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀，当缓冲罐在压力达到时，安全阀自动开启。

（2）氧气流量调节阀调节氧气流量，并经转子流量计计量，进入吸收塔中。

（3）自来水经水转子流量计调节流量，由转子流量计计量后进入吸收塔。

（4）在吸收塔内氧气与水并流接触，形成富氧水，富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。

（5）空气由风机供给，经缓冲罐，由空气流量调节阀调节流量经空气转子流量计计量，通入解吸塔底部，在塔内与塔顶喷淋的富氧水进行接触，解吸富氧水，解吸后的尾气由塔顶排出，“贫氧水”从塔底通过平衡罐排出。

（6）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。

为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计。

（7）在解吸塔入口设有入口采出阀，用于采集入口水样，出口水样在塔底排液平衡罐上采出阀取样。

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7、氧气流量调节阀13、风机14、空气缓冲罐19、液位平衡罐20、贫氧水取样五、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，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，务必等到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。

④稍增加气量，再取一两个点，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~，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)，空塔的气速~0.8m/s，氧气入塔流量为~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，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭氧减压阀及氧气流量调节阀。

检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。

六、实验数据处理计算并确定干填料及一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速u下，与其相应的单位填料高度压降Δp/Z的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点与载点。

表1：干塔数据：水流量L=0 L/h 填料高度h= 塔径d=转子流量计：空气，T=20℃，P=表2：湿塔数据：L=60～250 L/h，h=0.75m，d=转子流量计：空气，T=20℃，P=101,325KPa；水流量80L/h。

（1）下以干塔数据中第一组为例，说明计算过程： 单位塔高压降确定：88117.3(/)0.75P Pa m z ∆== 流量校正：3312213321286.65101.310109.667(m /)293.15(1.16610+101.310)PT V V h PT ⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯ 流速确定：29.6670.332(/)3600(0.1/2)V u m s A π===⨯⨯ 湿塔的计算过程与干塔一致，不再赘述。

（2）计算实验条件下（一定喷淋量、一定空塔气速）的液相体积总传质系数K x a 及液相总传质单元数H OL 。

表3：氧解吸操作数据：h=，d= w 平衡=L （y1=y2=，P=）以第一组数据为实例，10℃时的密度：m 3。

塔温：1211.1+10.810.9522T T T +===平均系统总压确定：0.5101.30.50.549.5745P P P =+⨯∆=+⨯总大气塔=101kPa亨利系数确定：-526-526(8.6594100.07714 2.56)10(8.65941010.950.0771410.95 2.56)10=3394300E T T =-⨯⨯+⨯+⨯=-⨯⨯+⨯+⨯亨利系数:3394300m 33417101.625E P ===总 平衡浓度：6e1e2y 0.21x x 6.2810m 33417-====⨯塔顶（底）摩尔分率计算：2223353324.81010321.401024.81998.67110321810O O H O c M x c M M ρ-⨯⨯===⨯⨯⨯++⨯⨯顶顶顶平均推动力：61e122m 112221(x -x )()2.2810()()ln[]ln[]()()e e e e e x x x x x x x x x x x x ----∆X ===⨯----顶底顶底同理：液体流率：280998.674438.5/18H O V L mol s M ρ⨯⨯===液（L/h ）气体流率： ()0.0328mol/s G L x x =-=顶底填料塔体积：2230.750.05 5.8910p V h r ππ-=⨯⨯=⨯⨯=⨯传质系数的确定：3360.0442440k /()5.8910 2.2810x P m G K a mol m s V x --===⋅⨯∆⨯⨯⨯传质单元高度：624438.50.2312.44100.05oL x L H m K a A π===⨯⨯⨯⨯七、实验结果作图及分析 1、流体力学性能测定2、传质实验：液相体积总传质系数K x a和液相总传质单元高度H OL计算结果如氧流量（L/min）L(L/h)G(m3/h)K x a(kmol/m3h)H OL(m) 8020250710020240180302562x OL载点与泛点的位置：如图6所示水流量为80L/h时载点为A点,泛点为B点,八、结果讨论及误差分析1、流体力学性能测定（1）无液体喷淋时如图所示，在双对数坐标下，干塔压降与气速呈线性关系，拟合关系式为：，即与呈正比。

（2）当有喷淋量时（80L/h），在低气速下也与气速呈线性关系，与呈正比。

随气速的增加，出现载点，持液量开始增大，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）将干塔、湿塔填料塔压降与气速关系进行对比，见图，可以看出，有液体喷淋时，填料层压降均大于同一气速下的干塔压降。

2、传质实验由数据可以看出，在氧气-水系统中，液相体积总传质系数K x a与液量正相关，而与气量基本无关。

这是由于氧气极难溶于水，因而本系统是液膜控制系统，K x a近似等于k x a，而k x a∝~，故液相体积总传质系数K x a仅与液量有关，与气量无关。

3、误差分析（1）系统误差：装置整体气密性不够理想，造成流体流动时对整体系统带来的波动影响，转子流量计在计量空气流速时不够稳定（2）主观误差：人为读取压差计及转子流量计时存在主观误差。