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氧气吸收与解吸综合实验 班级：应化产11301 序号：07 姓名：李伟 一 实验目的 i．熟悉填料塔的构造与操作，认识不同填料塔的特性； ii．观察填料塔流体力学状况，测定填料层压强降与操作气速的关系（△p/z~u），确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速； iii．掌握总传质系数的测定方法并分析影响因素； iv．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； v．研究流体的流动对传质阻力的影响、吸收剂用量对传质系数的影响和传质系数的影响和传质阻力较小侧流体的流量变化对吸收过程的影响，学会吸收过程的调节； vi．学会氧气钢瓶减压阀的操作，测氧仪的标定及使用。 二 基本原理 本装置采用水作吸收剂，纯氧作吸收质，在吸收塔内并流吸收，形成富氧水后，送入解吸塔顶，再用空气进行逆流解吸，每个解吸塔均采用不同的填料。实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数，并进行关联，得到=的关联式，同时对各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，见图5-2。在双对数坐标系中对u作图得到一条斜率为1.8~2的直线（图5-2中的aa线）。而有喷淋量时，在低气速时（ci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bici段）。随气速增加，出现载点（图中ci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，说明气液两相流动的相互影响开始出现。压降——气速线向上弯曲，斜率变陡（图中cidi段）。当气体增至液泛点（图中di点，实验中可以目测出）后，气速稍有增加，压降便急剧上升，此时液相完全转为连续相，气相完全转为分散相，塔内液体返混和气体的液沫夹带现象严重，传质效果极差。 测定填料塔的压降和液泛气速是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择合适的气液负荷。实验在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录数据，直至出现液泛时为止。注意，不要使气速过分超过泛点，避免冲泡和冲破填料。 (2)传质实验 在填料塔中，两相传质在填料有效润湿表面上进行，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，如图5-3。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： (5-1） （5-2） （5-3） （5-4） （5-5） 其中， 式中——单位时间内氧的解吸量，kmol/m2·h； ——液相体积总传质系数，kmol/m3·h·； ——填料层体积，m3； ——液相对数平均浓度差； x1——液相进塔时的摩尔分率（塔顶）； ——与出塔气相平衡的液相摩尔分率（塔顶）； ——液相出塔的摩尔分率（塔底）； ——与进塔气相平衡的液相摩尔分率（塔底）； ——填料层高度，m； ——塔截面积，m2； ——解吸液流量，kmol/m2·h； 依据相平衡关系： （5-6） 式中——相平衡常数； ——系统总压强，=大气压+1/2（填料层压差），kPa； ——亨利系数，氧气在不同温度下的可用式（5-7）求取： kPa； （5-7） 式中t——溶液温度，℃。 空气的进、出塔气相浓度为，；其中。相关的填料层高度的基本计算式为： 即 （5-8） 其中 ， （5-9） （5-10） 式中 ——以液相为推动力的传质单元高度，m； ——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，由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数，应增大液相的湍动程度即增大喷淋量。 在图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，在实验中还是一条几乎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，