氧吸收解吸系數測定實驗報告

氧吸收/解吸系數測定實驗報告一、實驗目的1、了解傳質系數的測定方法；2、測定氧解吸塔內空塔氣速與液體流量對傳質系數的影響；3、掌握氣液吸收過程液膜傳質系數的實驗測定方法；4、關聯圓盤塔液膜傳質系數與液流速率之間的關系；4、掌握VOC吸收過程傳質系數的測定方法。二、實驗原理吸收速率吸收是氣、液相際傳質過程，所以吸收速率可用氣相內、液相內或兩相間傳質速率表示。在連續吸收操作中，這三種傳質速率表達式計算結果相同。對于低濃度氣體混合物單組分物理吸收過程，計算公式如下。氣相內傳質的吸收速率：N=kF(y-y)Ay i液相內傳質的吸收速率：N=kF(x-x)Axi氣、液相相際傳質的吸收速率：N=KF(y-y*)=KF(x*-x)Ay x式中：y，yz——氣相主體和氣相界面處的溶質摩爾分數；x,X.——液相主體和液相界面處的溶質摩爾分數；iX*，y*――與x和y呈平衡的液相和氣相摩爾分數；k，K 以液相摩爾分數差為推動力的液相分傳質系數和總傳質系數；X Xk，K――以氣相摩爾分數差為推動力的氣相分傳質系數和總傳質系數；yyF傳質面積，m2。對于難溶氣體的吸收過程，稱為液膜控制，常用液相摩爾分數差和液相傳質系數表達吸收速率式。對于易溶氣體的吸收過程，稱為氣膜控制，常用氣相摩爾分數差和氣相傳質系數表達吸收速率式。本實驗為一解吸過程，將空氣和富氧水接觸，因富氧水中氧濃度高于同空氣處于平衡的水中氧濃度，富氧水中的氧向空氣中擴散。解吸是吸收的逆過程，傳質方向與吸收相反，其原理和計算方法與吸收類似。但是傳質速率方程中的氣相推動力要從吸收時的(y-y*)改為解吸時的(y*—y)，液相推動力要從吸收時的(X*—x)改為解吸時的(x—x*)。吸收系數和傳質單元高度吸收系數和傳質單元高度是反映吸收過程傳質動力學特性的參數，是吸收塔設計計算的必需數據。其數值大小主要受物系的性質、操作條件和傳質設備結構形式及參數三方面的影響。由于影響因素復雜，至今尚無通用的計算方法，一般都是通過實驗測定。本實驗計算填料解吸塔的體積傳質系數Ka(kmol/(m3?h))的公式如下：X

“N L(x—x) L/FKa= =i2=一x VAx ZFAx i、/X—x*、m m Z/In(— )x—X*2式中：N 傳質速率，kmol/h；X],x2 進、出設備的水中氧的摩爾分數；V——傳質體積，m3；F 塔截面積，m2；Z 填料層高度，m；L 水的流量，kmol/h。(x—x*)—(x—x*)Ax = 1 1 2 2—ln(xln(x—x*—1 122x]*，x2*——在設備進、出口溫度下，與空氣中氧呈平衡的水中氧的摩爾分數。因為氧在水中的溶解度極小，其解吸量也極小，故空氣中氧的組成經解吸塔后變化極小可以認為出、入口氣體中氧濃度近似相等，即X]*=X2*。解吸和吸收操作常常聯合使用，吸收了溶質的富液經過解吸而再生，恢復其吸收能力循環使用。如果解吸效果不好，吸收劑中吸收了的溶質解吸不干凈，將會直接影響吸收效果所以說解吸操作說吸收操作的重要環節。三、實驗裝置與流程圖氧氣吸收解吸裝置流程圖k氧毛鋼瓶9、吸收垮17.空氣轉子■流畳計2,氧誠壓閥⑷‘水流逮調于閥訊.解吸塔3、甌E力表lh水曹子流量計19.液位平術簞4_筑緩沖鉛12.富氧水車樣閥20、紛氧水取樣閥n.風機21.溫度計安全間14、空氣逐沖曜22、壓差計7,氧氣迸星苗芳閥店、溫度廿23,澆呈計前表壓汁乂 氧捋子洗量計L6.空氣謔董調節閥2d.苗永倒滙閥四、實驗數據處理與分析

表1原始數據記錄空氣流量(mA3/h)水流量(L/h)空氣壓力/kPa全塔壓差/kPa富氧水/mg/L貧氧水/mg/L空氣溫度/°c水溫/c193352.10.722.0811.2523.923.1243352.91124.0710.762623.6293353.31.0325.9910.0430.724.3143351.370.5523.2711.8431.225.1142801.080.4824.7211.6331.226142000.950.4126.1611.731.326.7對數據進行處理，氧氣在空氣中的摩爾分數為0.21，亨利系數可通過插值法確定，體積傳質系數與傳質單元高度的計算公式如下：表2數據處理過程及結果水流量(kmol/h)x1x2yE/kPamX*Kx*a(kmol/(mA3*h))H/m18.611.242E-056.328E-060.2143564002074476.191.012E-072156.661.1018.611.354E-056.053E-060.2145140001551202.7491.354E-072584.860.9218.611.462E-055.648E-060.2148506001469878.7881.429E-073056.610.7818.611.309E-056.660E-060.2148796003561751.8255.896E-082149.751.1015.561.391E-056.542E-060.2148796004518148.1484.648E-082002.230.9911.111.472E-056.581E-060.2148854005142526.3164.084E-081525.050.93Z/hiexi-*D進一步整理得：Z/hiexi-*D?y=0.4886x+6.3265R2?y=0.4886x+6.3265R2=0.8299?/■8.057.957.97.857.87.757.77.657.67.552.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6In(空氣流量)數系質傳積體水流量（L/h）空氣流量（mT/h）Kx*a(kmol/(m^3*h))H/m335142149.7501121.10335192156.661.10335242584.850.92335293056.600.78將空氣流量與體積傳質系數、傳質單元高度在雙對數坐標系下進行擬合，結果如下:圖1體積傳質系數隨空氣流量變化0.2度高元單質傳LT-0.3??.22.4 2.6 2.8 ；? 3.2 3.4 3.PRL0.2度高元單質傳LT-0.3??.22.4 2.6 2.8 ；? 3.2 3.4 3.PRLy=-0.4886x+1.4445R2一08299■0.150.10.050-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25In（空氣流量）圖2傳質單元高度隨空氣流量變化X7-A 丄371aAy_sR2=0.97711■*?■NsiX7-A 丄371aAy_sR2=0.97711■*?■Nsi卜T■dk7.77.657.67.557.57.457.47.355.2 5.3數系質傳積體LT7.35.4 In(水流量)5.6 5.7 5.8 5.9可以看到，隨空氣流量增加，體積傳質系數增加，傳質單元高度減小，這可能是因為隨空氣流量增大，空氣流速增加，流體趨向湍流化，因而與水中氧氣的二相傳質過程被加強從而加強了整體傳質。但是，氧氣的解吸過程理論上是液膜控制的，空氣流量的改變理論上對于傳質系數的影響較小，而此次實驗結果中空氣流量同體積傳質系數以及傳質單元高度的相關性較好，可能是因為本次實驗中所測量的數據組數偏少，存在一定誤差。圖3體積傳質系數隨水流量變化圖4傳質單元高度隨水流量變化圖3體積傳質系數隨水流量變化圖4傳質單元高度隨水流量變化空氣流量（mT/h）水流量（L/h）Kx*a(kmol/(m^3*h))H/m143352149.751.10142802002.220.92142001525.050.787.75隨水流量增大，體積傳質系數增大，兩者間顯示出了較高的相關性，同時斜率也較圖1中更大，在一定程度上可以說明液相對于整體傳質的影響更大。但是，隨著水流量增大，傳質單元高度卻反而增加，說明液體流量增大對傳質單元高度的影響要大于體積傳質系數增大對于傳質單元高度的影響。隨液體流量增大，雖然和氣體之間的分子交換更為劇烈，但液體流速的增快使得氣液之間需經過較長的傳質距離才能完成一次充分的分子交換，因而傳質單元高度增加。五、思考題簡答(1)為什么氧解吸過程屬于液膜傳質阻力控制？答：因為氧氣在水中溶解的很小，氣膜阻力遠遠小于液膜阻力，因此屬于液膜傳質阻力控制。(2)用于計算吸收操作與解吸操作求理論板數時的方法有何異同點？答：解吸是吸收的逆過程，傳質方向與吸收相反，其原理和計算方法與吸收類似。但是傳質速率方程中的氣相推動力要從吸收時的(y-y*)改為解吸時的(y*—y)，液相推動力要從吸收時的(X*—X)改為解吸時的(x—X*)。氧氣瓶開啟時應注意什么？停止使用時如何操作？答：應首先檢查壓力是否正常，然后開啟流量閥門，調節到合適數值后再開啟氧氣瓶閥門。停止時應先關閉總閥，待剩余氧氣自然逸出后再關閉分閥。歸納傳質過程強化的基本思路和措施。答：可以從增加傳質推動力和減小傳質阻力兩方面入手考慮。為增加傳質推動力，可以提高