化工原理吸收实验研讨.doc

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1.8～2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1.8～2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φ=0.1m,吸收塔径φ=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θ环）。 表1 填料参数 瓷拉西环 金属θ环 12×12×1.3[mm] 10×10×0.1[mm] at=403[m2/ m3] at—540[m-1] ε=0.764 m3/ m3] ε—0.97 at/ε=903[m2/ m3] 2.实验流程 图2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，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 ① 测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。 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8～10组数据。 ③ 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0.03~0.04[MPa]，不要过高，并