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1、4 g JX徂与晚化工原理实验报告实验名称：填料吸收传质系数测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学号：指导教师：日期：一、实验目的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、基本原理本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后，送入解吸塔顶再用空气进行 解吸，实验需要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。1
2、、填料塔流体力学特性气体通过十填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一 致。填料层压降一空塔气速关系示意图如下，在双对数坐标系中，此压降对气速 作图可得一斜率为1.82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1.82次幕，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，压降一气速线向 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。图一填料层压降一空塔气速示意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
3、，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，如图下所示。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，及平衡线位置线，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。整理得相应的传质速率方程为:G =KxaVpAx m即 Kxa= G /（VpAx m）A苴中 AX = （x2-xU 一（气七）八 m（X - X ）Ga=L（x2-x1）lnVX=zU2）相关填料层高度的基本计算式为:L dxZ =J X1= H NK a O xf Xx -XXfL xL其中 XN = J 1 = 2-O
4、Xf X XAX2 em即 H = Z / NOL K aQX1kmol/（m2*h）-液相体积总传质系数， kmol/（m3*h）填料层体积，m3式中：G 单位时间内氧的解吸量，AKxaVp- X m液相对数平均浓度差 乂2二液相进塔时的摩尔分数（塔顶） xf2与出塔气相y1平衡的摩尔分数（塔顶） x：一液相出塔的摩尔分数（塔底） x：与进塔气相y1平衡的摩尔分数（塔底） z-填料层高度，mQ塔截面积，m2L解吸液流量，kmol/（m2h）hoL一以液相为推动力的总传质单元高度noL一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K
5、x=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， 应增大液相的湍动程度。三、实验装置流程1、基本数据解吸塔径w=0.1m，吸收塔径=0.032m，填料层高度0.8m （陶瓷拉西环、陶 瓷波纹板、金属波纹网填料）和0.83m （金属0环）。at=403m2/ m3at540m-1表3-1、填料参数瓷拉西环金属0环12x12x1.3mm10x10x0.1mm=0.764 m3/ m30.97at/s=903m2/ m32、实验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0.030.04Mpa,为确保安全，缓冲罐上装有安全阀6,由阀 7
6、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。图3
7、-2、氧气吸收与解吸实验流程图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8、氧转子流量计16、空气流量调节阀24、防水倒灌阀四、实验步骤1、流体力学性能测定（1）、测定十填料压降1）、事先吹干塔内填料。2）、待填料塔内填料吹干以后，改变空气流量，测定填料塔压降，测取68 组数据。（2）、测定湿填料压降1）、测定前进行预液泛，使填料表面充分润
8、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810 组数据。3）、实验接近液泛时，进塔气体的增加量不要过大。小心增加气体流量，使 液泛现象平稳变化。调好流量后，等各参数稳定后再取数据。着重注意液泛后填 料层压降在几乎不变的气速下明显上升的这一特点。注意气量不要过大，以免冲 破和冲泡填料。（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a、将氧气阀打开，氧气减压后进入缓冲罐，罐内压力保持0.040.05MPa， 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，或先通入氧气后通水。b、 传质实验操作条件选取：水
9、喷淋密度取 1015m3/（m2h），空塔气速 0.50.8m/s氧气入塔流量为0.010.02 m3/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。c、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， 注意在每次更换流量的第一次所取样品要倒掉，第二次以后所取的样品方能进行 氧含量的测定，并且富氧水与贫氧水同时进行取样。d、用测氧仪分析其氧的含量。测量时，对于富氧水，取分析仪数据由增大 到减小时的转折点为数据值；对于贫氧水，取分析仪数据由变小到增大时的转折 点为数据值。同时记录对应的水温。e、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
10、。 检查无误以后离开。五、原始实验数据（附页）六、实验数据处理6-1、干填料层lgu/(m3/h)1.001.081.231.301.341.401.431.46lgA P/Pa2.002.062.152.202.242.302.342.40根据表6-1的数据，作出干填料层IgAP-lgu关系图：I JO121.3I g u加3汁i)B图6-1、IgAP-lgu关系线6-2、湿填料层lgu/(m3/h)1.001.081.151.201.261.301.341.38IgA P/Pa2.202.312.362.462.532.622.682.743、计算单位时间氧解吸量GaA.L=200*100
11、0/18=11.11kmol/hx1=17.6/ (1000*32) /(17.6/1000/32+1000/18)=9.90x10-6x2=11.9/ (1000*32) /(11.9/1000/32+1000/18)=6.69x10-6X- x2=3.21x10-6.GA=L(x1- x2)=3.56631x10-5 kmol/h4、计算 xm已知：t=20C大气压=101.325 kPa进塔气相浓度y1=0.21,出塔气相浓度y2=0.21E=(-8.5694x10-5t2+0.07714t+2.56)x106=4.0685x106 kPaP=101.325+1/2=101.825kPa
12、m=E/P=3.996x104xe1=xe2=y1/m=y2/m=5.255x10-6二xm=(x1- xe1)-( x2 -xe2)/ln(x1- 乂。】(秘 f)/.73*10-65、计算KxaZ=0.8m d=0.1mVp=1/4nd2H=6.28x10-3 m3.Kxa=GA/ (Vp*xm)=208.02kmol/(m3.h.x)6、计算HotVJLQ=1/4nd2=7.85x10-3.H =L/ (Kxa*Q)=6.8mVJL七、结果分析与讨论1、本次实验操作比较简单，记录的数据都很容易从各种仪器读数表上读出 来。但是，实验数据总是还有一些误差存在，不过对整个实验结论的影响不是很
13、大。造成这些误差的原因主要有：1) 、系统误差，人为操作不够严谨，读数时的随意性及视觉误差；2) 、数据处理过程中对有效值的取舍不够精准；3) 、测含氧量的烧杯用自来水洗过，使得其中的含氧量偏高。2、在测定Kxa的数值过程中，水中含氧量是通过溶氧仪直接测定读数的。分析处理后的数据，发现总传质系数Kxa较偏小，传质高度Hol明显偏大。造 成此现象的原因主要是：仪器测得的含氧量，由于所取用的水是自来水，而水中 本身就含有一定的含氧量；此外，收集到的富水和贫水直接放置在空气中，这样 也会使水中的含氧量增加；仪器使用过程中温度校正等操作的不够精准，也会给 实验数据带来一定的误差。八、思考题解答1、填料
14、塔在一定喷淋量时。气相负荷应控制在那个范围内进行操作？水喷淋的密度取1015(m3/m2h)，空塔气速则维持在0.50.8(m/s)左右，氧气 流量为0.010.02(m3/s)左右。2、通过实验观察。填料塔的液泛值首先从哪个部位开始？为什么？液泛有塔底开始，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。这种现象，称为液泛，亦称淹塔。由定义可知。液 泛即从塔底开始，由下至上。3、欲提高传质系数，你认为应采取哪些措施？可以通过提高液体的流速，以加强液相湍流程度俩提高来提高传质系数。
