化工基础实验报告

实验名称      氧吸收/解吸系数测定                                                  

班级              姓名              学号  成绩            

实验时间                     同组成员                      

一、实验预习

1 实验目的

1、了解传质系数的测定方法； 

2、测定氧解吸塔内空塔气速与液体流量对传质系数的影响；

3、掌握气液吸收过程液膜传质系数的实验测定方法；

2 实验原理

2-1 氧吸收/解吸系数测定

1) 吸收速率

吸收是气、液相际传质过程，所以吸收速率可用气相内、液相内或两相间传质速率表示。在连续吸收操作中，这三种传质速率表达式计算结果相同。对于低浓度气体混合物单组分物理吸收过程，计算公式如下。

气相内传质的吸收速率：

                                                

液相内传质的吸收速率：

                                                                   

气、液相相际传质的吸收速率：

                                                       

式中：y，y_i——气相主体和气相界面处的溶质摩尔分数；

x，x_i——液相主体和液相界面处的溶质摩尔分数；

x^*，y^*——与x和y呈平衡的液相和气相摩尔分数；

k_x，K_x——以液相摩尔分数差为推动力的液相分传质系数和总传质系数；

k_y，K_y——以气相摩尔分数差为推动力的气相分传质系数和总传质系数；

F——传质面积，m²。

对于难溶气体的吸收过程，称为液膜控制，常用液相摩尔分数差和液相传质系数表达吸收速率式。

对于易溶气体的吸收过程，称为气膜控制，常用气相摩尔分数差和气相传质系数表达吸收速率式。

本实验为一解吸过程，将空气和富氧水接触，因富氧水中氧浓度高于同空气处于平衡的水中氧浓度，富氧水中的氧向空气中扩散。解吸是吸收的逆过程，传质方向与吸收相反，其原理和计算方法与吸收类似。但是传质速率方程中的气相推动力要从吸收时的(y－y^*)改为解吸时的(y^*－y)，液相推动力要从吸收时的(x^*－x)改为解吸时的(x－x^*)。

2) 吸收系数和传质单元高度

吸收系数和传质单元高度是反映吸收过程传质动力学特性的参数，是吸收塔设计计算的必需数据。其数值大小主要受物系的性质、操作条件和传质设备结构形式及参数三方面的影响。由于影响因素复杂，至今尚无通用的计算方法，一般都是通过实验测定。

本实验计算填料解吸塔的体积传质系数K_xa(kmol/(m³·h))的公式如下：

          

式中：N——传质速率，kmol/h；

x₁，x₂——进、出设备的水中氧的摩尔分数；

V——传质体积，m³；

F——塔截面积，m²；

Z——填料层高度，m；

L——水的流量，kmol/h。

                

x₁^*，x₂^*——在设备进、出口温度下，与空气中氧呈平衡的水中氧的摩尔分数。

因为氧在水中的溶解度极小，其解吸量也极小，故空气中氧的组成经解吸塔后变化极小，可以认为出、入口气体中氧浓度近似相等，即x₁^*＝x₂^*。

解吸和吸收操作常常联合使用，吸收了溶质的富液经过解吸而再生，恢复其吸收能力循环使用。如果解吸效果不好，吸收剂中吸收了的溶质解吸不干净，将会直接影响吸收效果，所以说解吸操作说吸收操作的重要环节。

3 实验装置与流程

3-1 氧吸收/解吸装置

图2、氧吸收/解吸实验流程

1、氧气钢瓶  2、减压阀  3、氧气缓冲罐  4、氧气流量计  5、水缓冲罐  6、水流量调节阀

7、水流量计  8、涡轮流量计  9、氧气吸收柱  10、风机  11、空气缓冲罐

12、空气流量调节阀  13、空气流量计  14、计前压差计  15、全塔压差计  16、孔板流量计

17、富氧水取样口  18、氧气解吸塔  19、贫氧水取样口

装置中的有关尺寸：

  解吸塔径：0.10m，填料高：0.75m；吸收柱直径：0.032m。

二、数据记录

1.操作条件

2.数据记录

填料塔参数：

塔径  D=102mm

填料层高度  Z=630mm

（1）气体流量对吸收的影响

（2）液体流量对吸收的影响

三、数据处理与分析

1.数据处理

查询各温度下氧在水中的溶解度，并且对实验数据每组所测的两次去平均值，得到下表：

（1）气体流量对实验氧含量与平衡氧含量的影响

（2）液体流量对实验氧含量与平衡氧含量的影响

注：由于课本后的数据，最高温度只达到25℃，所以在网上找了数据，但是发现它和书上的数据不是特别一样的……于是本着“不在意这些细节”的原则，我就这么用了……

根据公式：

其中在将代入，计算结果如下表

(1)气体流量对体积传质系数与传质单元高度的影响

（2）液体流量对体积传质系数与传质单元高度的影响

2.数据分析

由于气体在解吸塔中占主要部分，水从中喷淋而下，所以以气体流量代替空塔气速绘图，对趋势曲线并无影响，只是横坐标值不同。

(1)气体流量对体积传质系数与传质单元高度的影响

由于气体流量为20m3/h、30m3/h的点，数据与其他点偏差较大，故舍弃该点。

Ln(Kxa)与ln(G)的直线拟合结果为：y=0.0801x+8.5067，其中R=0.9585

因此Kxa~G^0.08

(2)液体流量对体积传质系数与传质单元高度的影响

Ln(Kxa)与ln(W)的直线拟合结果为：y=0.7982x+6.7107，其中R=0.9981，可见这组数据拟合结果还是很好的。

因此Kxa~W^0.80.

根据以上两个结果可以得出，在此实验中，Kxa~W^0.80 G^0.08

四、总结

    1.通过Kxa~W^0.80 G^0.08可以看出，传质系数受液体流量的影响较大，受气体流量的影响较小，这与预测相符（预测：由于氧难溶于水，吸收时其主要阻力是气液界面到液相的过程中产生，而在气相到气液界面的阻力相对来说很小，因此受液膜控制）。

2.从图像可以看出，随着气体流量增大，传质系数增加，但其指数只有0.08，而且此时是在舍弃了两个点的情况下。因此，我在后来分析时发现，由于传质系数受气体流量变化很小，那两个偏差很大的点只是相对偏差较大，而绝对误差偏差很小。可以近似认为，在让解析的过程中，传质系数几乎不受气体流量的影响。

3.由图像可以看出，随着液体流量增大，传质系数增大，指数为0.8。因此，增大喷淋密度，有助于提高设备性能。

在做过的5次化工实验中，这次实验是我理解最深刻的一次。首先从实验的讲解开始，靖宇老师带我们先从整理理解了化工原理，又在向我们讲解了有关吸收的知识，受益很大。由于当天做实验的人很多，整个讲解过程真是相当欢乐啊。在实验过程中，靖宇老师也很主张让我们自己探索。由于实验的预习不是很充分，加上之前做实验的经验，再加上强迫症，再测定气体流速对传质系数和传质单元高度时，共测了6组数据。当我们意识到线性拟合只需要3组即可时，也已经测完了第一个实验的数据了。（虽然意识到只需要测三组了，但是我们组的四个人都强迫症地在第二个实验中继续测了5组……）由于这个实验在讲解时已经了解清楚了，所以处理数据也比较得心应手。

感谢靖宇老师，实验收获很大，以后希望能和您多多接触交流！

第二篇：吸收实验报告