实验9氧解吸实验
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、基本原理
本装置先用吸收柱使水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作)，送入解吸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液相体积总传质系数Kxa，并进行关联，得到Kxa＝ALV的关联式，同时对两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。填料层压降—空塔气速关系示意如图9-1所示，在双对数坐标系中，此压降
ab
图9-1 填料层压降-空塔气速关系示意
图9-2 富氧水
对气速作图可得一斜率为1.8～2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1.8～2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。
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。
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本实验是对富氧水进行解吸，如图9-2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： GA?KxaVp?xm
(9-1)
即Kxa?GA/Vp?xm 式中，?xm?
(9-2)
(x2?xe2)?(x1?xe1)x?xe2ln2x1?xe1Vp?Z?
相关填料层高度的基本计算式为
Z?LKx???xx21dxxe?xx21?HOLNOLx2?x1?xm即HOL?Z/NOL
LKx??(9-3)
式中，NOL??xdxxe?x?HOL?
式中 GA——单位时间内氧的解吸量，kmol/(m2.h)；
Kxa——液相体积总传质系数，kmol/(m3.h.Δx)； Vp——填料层体积，m3； Δxm——液相对数平均浓度差， x2——液相进塔时的摩尔分数(塔顶)；
xe2——与出塔气相y1平衡的液相摩尔分数(塔顶)； xl——液相出塔的摩尔分数(塔底)，
xe1——与进塔气相y2平衡的液相摩尔分数(塔底)， Z-——填料层高度，m；
Ω——塔截面积，m2；
L——解吸液流量，kmol/(m2.h)；
HoL——以液相为推动力的总传质单元高度，m； NoL-以液相为推动力的总传质单元数．
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y-x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y-x图中，平衡线为
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直线，操作线也为直线，计算比较简单。
三、装置和流程
1．基本数据
解吸塔径φ=0.1m，吸收塔径φ=0.032m，填料层(陶瓷拉西环和金属波纹丝网填料)高度0.8m。填料参数如下。
金属波纹丝瓷拉西环 网 (12×12×1.3)mm at=403m2/m3 ε=0.764m3/m3 at/ε=903m2/m3 2．流程
氧气吸收与解吸实验流程如图4-3所示。氧气由氧气钢瓶，经氧减压阀进入氧气缓冲罐，稳压在0.04-0.05MPa，为确保安全，缓冲罐上装有安全阀，当缓冲罐内压力达到0.08MPa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人吸收塔．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，通人解吸塔底部，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。
CY型 at=700m-1 ε=0.85m3/m3 - 31 -
氧气吸收与解吸
1-氧气钢瓶; 2-氧减压阀; 3-氧压力表; 4-氧缓冲罐; 5-氧压力表; 6-安全阀; 7-氧气流量调节阀; 8-氧转子流量计; 9-吸收塔; 10-水流量调节阀; 11-水转子流量计; 12-富氧水取样阀; 13-风机; 14-空气缓冲罐; 15-温度计; 16-空气流量调节阀;
17-空气转子流量计; 18-解吸塔; 19-液位平衡罐； 20-贫氧水取样阀； 21-温度计；
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。为了测量填料层压降，解吸塔装有压差计。
在解吸塔人口设有入口富氧水取样阀，用于采集人口水样，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9070型测氧仪测得
四、操作要点
1、流体力学性能测定 (1) 测定干填料压降 ① 填料务必事先吹干。
② 改变空气流量,测定填料塔压降,测取6～8组数据。 (2) 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
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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。
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。 2、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。为防止水倒灌进入氧气转子流量计中，开水前要关闭防倒灌阀24，或先通入氧气后通水。
（2）传质实验操作条件选取水喷淋密度取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，用测氧仪分析各自氧的含量。
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2及调节阀8。检查总电源、总水阀及各管路阀门，确实安全后方可离开。
五、报告要求
1、计算并确定干填料及一定喷淋量下的湿填料在不同空塔气速u下，与其相应的单位填料高度压降Δp/Z的关系曲线，并在双对数坐标系中作图，找出泛点与载点。
2、计算实验条件下(一定喷淋量，一定空塔气速)的液相体积总传质系数Kxa及液相总传质单元高度HoL。
附录
1、 氧气不同温度下的亨利系数正可用下式求取。
E＝（－8.5694?10-5t2?0.07714t?2.56）?106
式中 t——溶液温度，℃；
E——亨利系数，kPa。
2、不同温度的氧在水中的浓度(见表9-1)。
表9-1 不同温度的氧在水中的浓度
温度/℃ 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 浓度/mg/l 14.6400 14.2453 13.8687 13.5094 13.1668 12.8399 12.5280 12.2305 11.9465 - 33 -
量度/℃ 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 24.00 25.00 26.00 浓度/mg/l 9.6827 9.4917 9.3160 9.1357 8.9707 8.8116 8.6583 8.5109 8.3693