化工原理吸收实验报告
8页1、一、实验目的1.了解填料塔的一般结构及吸收操作的流程。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Kxa的测定方法并分析其影响因素。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、实验原理本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作),送入解吸塔再用空气进行解吸,实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Kxa,并进行关联,得Kxa=ALaVb的关联式。同时对不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。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P/Z对G作图得到一条斜率为1.82的直线(图1中的aa线)。而有喷淋量时,在低气速时(c点以前)压降也比例于气速的1.82次幂,但大于同一气速下干填料的压降(图中bc段)。随气速增加,出现载点(图中c点),持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确,说明汽液两相流动的相互影响开始出现。压降气速线向上弯曲,斜率变徒(图中cd段)。当气体增至液泛点(图中d点,实验中可以目测出)后在几乎不变的气速下,压降急剧上升。 图1 填
2、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,两相传质主要是在填料有效湿表面上进行。需要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。 本实验对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小,可认为气液两相平衡服从亨利定律,可用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。得速率方程式: 相关的填料层高度的基本计算式为: 其中, 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Kx=kx。由于属液膜控制过程,所以要提高总传质系数Kxa,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系下方,在实验是一条平行于横坐标的水平线(因氧在水中浓度很小)。三、实验装置流程1.基本数据 解吸塔径=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(金属环)。表1 填料参数瓷拉西环金属环12121.3mm10100.1mmat=403m2/ m3at540m-1=0.764 m3/ m30.97at/=903m2/ m32.实验流程图2是氧气吸收解吸装置
3、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,与水并流吸收。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,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计量进入吸收塔。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。空气流量前装有计前表压计23。为了测量填料层压降,解析塔装有压差计22。在解析塔入口采出阀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。两水样液相浓度由9070型测氧仪测得。四、实验步骤及注意事项 1.填料塔的流体力学性能测定(1)熟悉实验流程。(2)装置上电,仪表电源上电,打开风机电源开关。(3)测定干塔填料塔的压降,即在进水阀1关闭时,打开进气阀2并调节流量,分别读取对应流量下的压降值,注意塔底液位调节阀6要关闭,否气体会走短路,尾气放空阀4全开。(4)测定湿填料压降 测定前要进行预液泛,使填料表面充分润湿。 固定
4、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。 实验接近液泛时,进塔气体的增加量要减小,否则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,液泛后填料层压降在几乎不变气速下明显上升,务必要掌握这个特点。稍稍增加气量,再取一、二个点即可。注意不要使气速过分超过泛点,避免冲破和冲跑填料。(5)注意空气转自流量计的调节阀要缓缓开启和关闭,以免撞破玻璃管。2.填料塔的吸收传质性能测定(1)打开氧气钢瓶总阀,并缓慢调节钢瓶的减压阀(注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反,顺时针为开,逆时针为关),氧气减压后进入缓冲罐,罐内压力保持0.030.04MPa,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,开水钱要关闭防倒灌阀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1015m3/m2*h,空塔气速0.50.8m/s氧气入塔流量为0.010.02m3/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
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