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氧解析实验.doc

氧解析实验

琳琳ll0430
2012-11-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《氧解析实验doc》,可适用于高等教育领域

北京化工大学实验报告氧解吸实验一、摘要本次实验通过熟悉填料塔的构造与操作了解常用的填料实验室用的有四种:陶瓷拉西环星形填料金属θ环金属波纹丝网填料。观察填料流体的力学特征测定压降与气速的曲线关系并分析引起变化的原因。掌握实验方法测定总传质系数测定方法分析其影响因素。通过实验方法学习气液连续接触式填料塔学会处理一些工程实际问题。关键词:填料塔力学特性总传质系数Kxa 传质单位高度Hol二、实验目的、熟悉填料塔的构造与操作。、观察填料塔流体力学的状况测定压降与气速的关系曲线。、掌握液相体积总传质系数Kxa的测定方法并分析影响因素。、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。三、实验原理本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作)送入解析塔顶在用空气进行解吸实验需测定不同液量和气量下的解吸液相体积总传质系数Kxa并进行关联得到Kxa=ALaVb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。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。、填料塔流体力学特征: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。填料层压降空塔气速关系示意图如下所示在双对数坐标系中此压降对气速作图可得一斜率为的直线(图中aa‘线)。当有喷淋量时在低气速下(c点以前)压降正比于气速的次幂但大于相同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。如图示:、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在填料有效湿表面上进行需要计算完成一定吸收任务所需的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下图所示:由于富氧水浓度很低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:即式中相关填料层高度的基本计算式:式中即各物理量的意义:单位时间内氧的解吸量kmol(m·h)液相体积总传质系数kmol(m·h·x)填料层体积m液相对数平均浓度差液相进塔时的摩尔分数(塔顶)与出塔气相y平衡的液相摩尔分数(塔顶)液相出塔时的摩尔分数(塔底)与进塔气相y平衡的液相摩尔分数(塔底)填料层高度m塔截面积m解吸液流量kmol(m·h)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在液膜中即Kx=kx,由于属液膜控制过程所以要提高液相体积总传质系数KXa应增大液相的湍动程度即增大喷淋量。在yx图中解吸过程的操作线在平衡线下方本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)。本实验在计算时气液相浓度的单位用摩尔分数而不用摩尔比这是因为在yx图中平衡线为直线操作线也为直线计算比较简单。四、实验装置和流程、基本数据:解吸塔经d=m,吸收塔塔直径d=m,填料层高度h=(金属环)、流程:氧气吸收与解吸实验流程如下图:图()氧气吸收和解吸实验装置和流程氧气钢瓶氧减压阀氧压力表氧缓冲罐氧压力表安全阀氧气流量调节阀氧转子流量计吸收塔水流量调节阀水转子流量计富氧水取样阀风机空气缓冲罐温度计空气流量调节阀空气转子流量计解吸塔液位平衡罐贫氧水取样阀温度计压差计流量计前表压计防水到灌阀氧气由氧气钢瓶供给经氧减压阀进入氧气缓冲罐稳压在~MPa为确保安全缓冲罐上装有安全阀当缓冲罐内压力达到MPa时安全阀自动开启。氧气流量调节阀调节氧气流量并经转子流量计计量进入吸收塔中。自来水经水转子流量计调节流量由转子流量计计量后进入吸收塔。在吸收塔内氧气与水并流接触形成富氧水富氧水经管道在解吸塔的顶部喷淋。空气由风机供给经缓冲罐由空气流量调节阀调节流量经空气转子流量计计量通入解吸塔底部在塔内与塔顶喷淋的富氧水进行接触解吸富氧水解吸后的尾气由塔顶排出贫氧水从塔底经平衡罐排出。由于气体流量与气体状态有关所以每个气体流量计前均装有表压计和温度计。空气流量计前装有计前表压计。为了测取填料层压降解吸塔装有压差计。在解吸塔入口设有入口富氧水取样阀用于采集入口水样出口水样在塔底排液平衡罐上贫氧水取样阀取样。两水样液相氧浓度由型测氧仪测得。五、实验操作、流体力学性能测定:()测定干填料压降实验前吹干塔内填料。(这部实验操作在去实验室之前由指导老师完成)启动风机改变空气流量依次从~mh(每隔mh变化一次)测定填料塔压降。记录每次实验的填料压降温度等实验参数。待读数稳定后记录组数据。()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。固定水在某一喷淋量(Lh)下依次改变空气流量从mh开始测定填料塔压降待读数稳定后测取~组数据。仔细观察填料塔中的填料变化在实验接近液泛时进塔气体的增加量不要过大否则泛点不容易找到。注意填料层压降变化幅度。液泛后填料层压降在几乎不变的气速下明显上升实验操作中泛点约为mh。稍增加气量到mh再取两个点。注意不要使气速过分超过泛点避免冲破和冲跑填料。、传质实验:氧气进入减压后进入缓冲罐罐内压力保持~MPa,不要过高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前要关闭防倒灌阀或先通过氧气后通水。传质实验操作条件选取:水喷淋密度取Lh空塔气速~mh氧气入塔流量为~Lmin适当调节氧气流量使吸收后的富氧水浓度控制在不大于mgl。塔顶和塔底液相氧浓度测定:分别从塔顶和塔底取出富氧水和贫氧水用测量仪分析其氧的含量并记录实验数据。实验完毕先关闭氧气钢瓶总阀然后关闭氧减压阀及氧气流量调节阀。检查总电源、总水阀及各管路阀门确实安全后方可离开。六、实验数据处理、流体力学性能测定干填料实验数据表:d=mz=m序号空气流量(mh)空气表压(Pa)全塔压降(Pa)空气温度(℃)空气流量Vs(mh)空塔气速u(ms)logulog△pz以第一组数据为例计算过程如下:空气流量:塔截面积:空塔气速:EMBEDEquationlgu=lg△pz=lg()=、湿填料实验数据表:序号空气流量(mh)空气表压(Pa)全塔压降(Pa)空气温度(℃)空气流量Vs(mh)空塔气速u(ms)logulog△pz以第一组数据为例计算过程如下:气体流量:塔截面积:空塔气速:lgu=lg△pz=lg()=实验图表分析:干填料塔时在对数坐标中填料层压降与空塔气速成线性关系。其斜率为k=,与实验计算结果相符。进行湿填料分析计算时:在泛点之前填料层压降与空塔气速成线性关系与前一条相平行到达泛点之后随着气速的微小变化压降急剧上升。实验测定到达泛点时:流量为mh。、传质实验序号空气流量(m^h)水流量(Lh)氧气流量(Lmin)全塔压降(Pa)空气压力(Pa)贫氧水浓度(mgl)富氧水浓度(mgl)贫氧水温度T(℃)富氧水温度T(℃)以第一组数据为例计算过程如下:平均水温:Tm=(TT)=()÷=℃查表知此温度下ρ=kgm亨利系数:E=(××)×=kPa系统总压强:P=大气压×填料层压差=×=kPa相平衡常数:m=EP=÷=进塔气相浓度y=出塔气相浓度y=Xe=ym=EXe=ym=EX=(C贫氧×÷M氧)(C贫氧×M氧ρ水)=(×÷)÷(×÷÷)=EX=(C富氧×M氧)(C富氧×M氧ρ水)=(×÷)÷(×÷÷)=E△Xm={(XXe)(XXe)}ln{(XXe)(XXe)}={(EE)(EE)}ln{(EE)(EE)}=E水流量:L=Lh=××÷=kmolh单位时间氧的解吸量GA=L(XX)=×(EE)=Ekmolh填料层体积:Vp=S*Z=×=m液相体积总传质系数:KXa=GAVp△Xm=EE=kmolh液相总传质单元高度:HOL=LKXaΩ==m计算结果如下表:序号平均水温(℃)亨利系数(kPa)系统总压(kPa)相平衡常数mXeXeXEEEEEEEEE序号X△Xm水流量kmolhGAKXaHOLEEEEEEEEE八、思考题、阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。答:干填料塔压降与气速关系在双对数坐标中成一条直线是线性相关的两个变量。其斜率大约为~,本次实验最后测定斜率为。实验结果较为准确。湿填料塔在低气速下压降正比于气速的~次幂。与干填料是平行的但气速增大时填料的压降随气速的增加出现载点持液量开始增大压降气速线向上弯斜率变陡。到液泛点后在几乎不变的气速下压降急剧上升。、试计算实验条件下填料塔实际液气比VL是最小液气比(VL)min的多少倍?空气流量(m^h)空气温度(℃)水流量(lh)空气压力(Pa)空气体积流量Vs(mh)空气流量(kmolh)水流量(kmolh)气液比VL以第一组数据为例:空气流量:Vs=Vs(PTPT)=×(×()÷()÷)=mh空气流量:n=PVRT=()×÷÷()=kmolh水流量:n=VρnM=××÷=kmolh气液比:VL=÷=mXX(VL)minNEEEEEE所以:(VL)min=(XX)(mXYI)=(EE)(×E)=(VL)(VL)min=÷=、为什么易溶气体的吸收和解吸属于气膜控制过程难溶气体的吸收和解吸属于液膜控制过程?答:一般气体的吸收与解吸经过三个步骤:气相气液界面液相。对于易溶气体其主要阻力来自溶质从气相到气液界面扩散的阻力从气液界面到溶液的过程所受阻力很小所以在吸收过程显示为气模控制过程。对于难溶气体吸收时受到的主要阻力是在气液界面到液相的过程中而在气相到气液界面的相对阻力较小所以其吸收的过程主要为液膜控制过程。参考资料:、《化工原理》陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编、《化工原理实验指导》杨祖荣编九、问题、建议、实验过程中在测定水中溶氧浓度时富氧水与贫氧水水同时量取导致实验结果的不准确。、建议老师在实验的过程中能及时指导学生的实验过程启发学生用工程实际的方式思考问题。unknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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