有 机 化 学 实 验 报 告

   实  验  名  称：         吸收实验            

                                                                                                                                               

学          院：        化学工程学院          

专          业：       化学工程与工艺         

班          级：        化工10－02班         

姓          名：  柳国平   学  号  10402010235

同 组 者 姓 名：        林茂     金鑫杰        

指  导  教  师：           史玉立               

日          期：      2012年12月17日        

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、掌握总传热系数K_xa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、    实验原理

    本装置先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解析塔             顶再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数K_xa，并进行关联，得到K_xa=AL^aV^b的关联式，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、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，此压降对气速作图可得一斜率为1.8~2的直线（图中为aa线）。当有喷淋量时，在低气速下（c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-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1 填料层压降-空塔气速关系示意图

2、传质实验

本实验是对富氧水进行解吸。气液两相的平衡关系服从亨利定律（富氧水浓   度很小），即平衡线为直线，操作线也为直线，因此用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。

传质速率方式为：G_A=K_xa*V_p*△x_m

                    K_xa= G_A/（V_p*△x_m）

             其中  

  G_A=L（x₁-x₂）      V_p=Z*Ω

   相关的填料层高度的基本计算式为：

=H_OL*N_OL            即  H_OL=Z/ N_OL

其中，N_OL=    H_OL=

由于氧气为难溶气体，属液膜控制过程，所以要提高总传质系数K_xa，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线下方，在实验中是一条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。

三、    实验装置流程

1、实验装置流程图

2、基本数据

    解吸塔径为0.1m，吸收塔径为0.032m，填料层高度0.8m(陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹丝网填料)和0.83m(金属θ环)。

四、    实验步骤及注意事项

1、实验步骤：

(一)流体力学性能测定

1、测定干填料压降时，塔内填料务必事先吹干。

2、测定湿填料压降

　　   a、测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。

        b、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，液泛后填料层压降几乎不变，气速不明显上升，务必要掌握这个特点。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲泡填料。

        c、注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。

(二)传质实验

1、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，并注意减压阀使用方法。为防止水倒罐进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒罐阀或先通入氧气后通水。

2、水喷淋密度取10~15[m³/m²*h]，空塔气速0.5~0.8[m/s]，氧气入塔流量为0.01~0.02[m³/h]，适当调节氧气流量，使吸收后的富氧水浓度控制在<19.9[ppm]。

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，用测氧仪分别分析各自氧的含量。

4、实验完毕，关闭氧气时，务必先关氧气钢瓶总阀，然后才能关闭减压阀及调节阀。检查总电源、总水阀及各管路阀门，确定安全后方可离开。

五、原始实验数据

表一：干料数据记录表格

表二：湿塔数据记录表格

表三：传质实验数据记录表

六、数据处理

解析塔径Φ=0.1 m

1、干物料流体力学性能测定数据处理

 

流速          ， 以V₁=5m³/h计算，

V₂=V₁*[(P₁T₂)/(P₂T₁)]=5*{(101.3*305.15)/[(1.1+101.3)*293.15]}=5.15

 

 u=4V₂/3.14d²=4*5.15/(3600*3.14*0.1²)=0.182,则lgu=-0.740

同理，可算出其他流速，记录如下表

表四 干填料压降数据处理记录表

2、湿物料流体力学性能测定数据处理

计算方法同干物料。所得数据记录如下表

表五 湿填料压降数据处理记录表（水流量V=200L/h）

根据表四、表五所得的数据，可画出下图

          

              图1 填料层压降-空塔气速关系示意图

          

2、传质实验数据的处理

水温为38℃时，可查得：水的密度为992.2 kg/m³

富氧水氧含量x₁=11.6ppm=11.6 mg/L

贫氧水氧含量x₂=3.5 ppm=3.5 mg/L

(1).单位时间氧解吸量G_A

     

  

因为L=150 l/h

所以 水流量摩尔数n=150*10^-3*992.2/18=8.268kmol/h

则G_A=n(x₁-x₂)=8.268×(6.52×10^-6-1.97×10^-6)=3.762*10^-5

(2)进塔气相浓度y₂，出塔气相浓度y₁    

       y₁=y₂=0.21

 

(3)对数平均浓度差

     

  

氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取：

    E=[-8.5694×10^-5t²+0.07714t+2.56]×10⁶

      =[-8.5694×10^-5×311.15²+0.07714×311.15+2.56]×10⁶

      = 1.827×10⁷ Kpa

        P=大气压+1/2(填料层压差)=101.3+1/2×0.21=101.41 Kpa

        m=E/P=1.827*10⁷/101.41=1.802×10⁵

      

     X_m=[(6.52-1.97)*10^-6-(1.97-1.165)*10^-6]/ln[(6.52-1.97)*10^-6/(1.97-1.165)*10^-6]    

        =2.401*10^-6

(4) 液相总体积传质系数K_xa [kmol/(m³·h)]

       K_xa=G_A/（V_nX_m）= 3.762*10^-5/(0.25*3.14*0.01*0.8*2.401*10^-6)

                       =2495 kmol/(m³·h)

(5)液相总传质单元高度H_OL (m)

       H_OL=L/(KXaΩ)=8.268/(2495*0.25*3.14*0.01)=0.4221m

七、结果分析与讨论

     误差分析：1、实验时空气的流速不是很稳定，导致读数误差大；

               2、湿料实验中可能没有完全润湿引起了误差；

               3、压差计没有完全稳定就读数引起了误差；

               4、数据处理时引起了误差等。

     实验讨论:通过实验结果所做出的填料层压降-空塔气速关系示意图与实际图线基本不符。测定干填料压降时得到的数据误差较大，所得数据点几乎不在一条直线上。测定湿填料压降时，误差也很大，可能是实验时填料没得到充分润湿，导致数据不理想。实验过程中要注意保持空气等的流速要稳定，读数要尽可能准确。

八、思考题回答

1、填料塔在一定喷淋量时，气相负荷应控制在那个范围内进行操作？

答：水喷淋的密度取10 ~15[m³/m²·h]，空塔气速则维持在0.5~0.8[m/s]左右，氧气流量为0.01~0.02[m3/s]左右。

2、通过实验观察，填料塔的液泛首先从哪一部位开始？为什么？

答：液泛首先从塔顶淋向塔釜，风机从塔釜往塔顶吹气，这样保证填料能充分润洗，以达到实验能顺利完成。

3、欲提高传质系数，你认为应采取哪些措施？

答：可以通过增加液体的流速，以增加液相的湍流程度来提高传质系数。还可以增加吸收塔的长度，延长氧气和水的接触时间，保证氧气在水中溶解饱和了等。

第二篇：吸收实验

吸收实验

实验报告 20##-11-28 22:29:11 阅读124 评论0   字号：大中小 订阅

 

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、实验原理

本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后，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，进行关联，得Kxa=ALa*Vb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

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。为例测量填料层压降，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、两个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲跑填料。

（5）设定水流量值为200L/h，重复步骤（4）。

2.填料塔的吸收传质性能测定

（1）熟悉实验流程和弄清气相色谱仪及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项。

（2）同上步骤（2）。

（3）开启进水总阀，使水的流量达到200L/h。让水进入填料塔润湿填料。

（4）塔底液封控制：仔细调节阀门6的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气。

（5）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），使其压力稳定在0.03Mpa。

（6）仔细调节空气流量阀20m3/h，并调节阀3来调节转子流量计的流量，使氧气流量稳定在0.6L/h。

（7）仔细调节尾气放空阀4的开度，直至塔中压力稳定在实验值。

（8）待塔稳定后，读取各流量计的读数及通过温度数显表、压力表读取各温度、压力。

（9）实验完毕，关闭氧气钢瓶总阀，再关闭风机电源开关、关闭仪表电源开关，清理实验仪器和实验场地。

五、实验数据（附页）

六、数据处理

1.      干物料流体力学性能测定数据

标准状态：T1=20℃    P1=101.3KPa   

传质实验：

水温为20℃时，可查得：水的密度为998.2kg/m3

可求得：x1=(7.9/1000/32)/(7.9/1000/32+1000/18)= 4.444×10-6

x2=(6.0/1000/32)/(6.0/1000/32+1000/18)= 3.375×10-6

1.单位时间氧解吸量GA

        L=300 L/h=300×998.2÷18×(1-3.375×10-6) =16.64Kmol/h

GA=L（x1-x2）=16.64×（4.444×10-6-3.375×10-6）=1.7788×10-5 Kmol/h

2.对数平均浓度差△Xm=[(x1-xe1)-(x2-xe2)]/ln[(x1-xe1)/( x2-xe2)]  

氧气在不同温度下的亨利系数E可用下式求取：

E=〔-8.5694×10-5t2+0.07714t+2.56〕×106 （KPa）

=〔-8.5694×10-5×293.152+0.07714×293.15+2.56〕×106

= 1.781×107KPa

P=大气压+1/2（填料层压差）=101.3+1/2×0.210=101.41KPa

m=E/P=1.781×107/101.41=1.756×105

进塔气相浓度y2，出塔气相浓度y1     y1=y2=0.21

xe1= y1/m=xe2= y2/m=0.21/ 1.756×105 =1.194×10-6

前面已求得：x1=4.444×10-6        x2=3.375×10-6

 因此，代入各数据可得：△Xm=2.68×10-6

1.      液相总体积传质系数  Kxa （Kmol/(m3·h)）

Kxa= GA/（Vp×△Xm）= GA/(1/4×π×ｄ２×H×△Xm）

=1.7788×10-5/(1/4×3.14×0.12×0.8×2.432×10-6)

= 1164.66Kmol/(m3·h)

2.      液相总传质单元高度HoL(m)

HoL= =16.64/(1164.66×1/4×3.14×0.12)=1.82m

七、解答题

[1]     填料塔在一定喷淋量时，气相负荷应控制在那个范围内进行操作？

答：水喷淋的密度取10 ~15[m3/m2·h]，空塔气速则维持在0.5~0.8[m/s]左右，氧气流量为0.01~0.02[m3/s]左右。

[2]     通过实验观察，填料塔的液泛首先从哪一部位开始？为什么？

答：液泛由塔底开始。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？

答：可以通过提高液体的流速，以加强液相德湍流程度来提高传质系数。