二氧化碳吸收與解吸試驗(yàn)匯總

1、二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)匯總作者:日期:氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn),練習(xí)并掌握填料塔操作方法；通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定 數(shù)據(jù)的處理分析,加深對(duì)填料塔流體力學(xué)性能根本理論的理解,加深對(duì)填料塔傳質(zhì)性 能理論的理解.2. 掌握填料吸收塔傳質(zhì)水平和傳質(zhì)效率的測(cè)定方法,練習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析.二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 測(cè)定填料層壓強(qiáng)降與操作氣速的關(guān)系,確定在一定液體噴淋量下的液泛氣速.2. 固定液相流量和入塔混合氣二氧化碳的濃度,在液泛速度下,取兩個(gè)相差較 大的氣相流量,分別測(cè)量塔的傳質(zhì)水平傳質(zhì)單元數(shù)和回收率和傳質(zhì)效率傳質(zhì) 單元高度和體積吸收總系數(shù).3 .進(jìn)行純水吸收二氧化碳、空氣

2、解吸水中二氧化碳的操作練習(xí),同時(shí)測(cè)定填料 塔液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù).三、實(shí)驗(yàn)原理：氣體通過(guò)填料層的壓強(qiáng)降：壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),氣體通過(guò)填料層壓強(qiáng) 降的大小決定了塔的動(dòng)力消耗.壓強(qiáng)降與氣、液流量均有關(guān),不同液體噴淋量下 填料層的壓強(qiáng)降 P與氣速u(mài)的關(guān)系如圖一所示：圖一填料層的Pu關(guān)系當(dāng)液體噴淋量Lo 0時(shí),干填料的Pu的關(guān)系是直線(xiàn),如圖中的直線(xiàn)0 當(dāng)有一定的噴淋量時(shí),Pu的關(guān)系變成折線(xiàn),并存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱(chēng)為 “載點(diǎn),上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱(chēng)為“泛點(diǎn).這兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)將 Pu關(guān)系分為三個(gè)區(qū)段： 既恒持液量區(qū)、載液區(qū)及液泛區(qū).傳質(zhì)性能：吸收系數(shù)是決定吸收過(guò)程速率上下的重要參數(shù), 實(shí)驗(yàn)測(cè)定可獲取吸

3、收 系數(shù).對(duì)于相同的物系及一定的設(shè)備(填料類(lèi)型與尺寸),吸收系數(shù)隨著操作條 件及氣液接觸狀況的不同而變化.1.二氧化碳吸收-解吸實(shí)驗(yàn)根據(jù)雙膜模型的根本假設(shè),氣側(cè)和液側(cè)的吸收質(zhì)A的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為GakgA(pA PAi)Ga ki A(C AiC A)氣膜(1)液膜 (2 )式中：Ga A組分的傳質(zhì)速率,kmol s 1 ;2A 兩相接觸面積,m ;Pa 氣側(cè)A組分的平均分壓,Pa；PAi 相界面上A組分的平均分壓,P a;Ca 液側(cè)A組分的平均濃度,kmol m ：CAi 相界面上A組分的濃度kmol m 3kg 以分壓表達(dá)推動(dòng)力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù),kmol m 2 s 1 Pakl

4、以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動(dòng)力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)ms1 o以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達(dá)為：Ga KgA(Pa Pa)GaKlA(Ca Ca)式中：Pa 液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓,Pa；(3)(4)Ca 氣相中A組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃度,kmol m 3Kg 以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡(jiǎn)稱(chēng)為氣相傳質(zhì)總系數(shù),kmol m 2 s 1 Pa 1 ;Kl-以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù),或簡(jiǎn)稱(chēng)為液相傳質(zhì)總系數(shù),ms1.假設(shè)氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：CaHPa,那么:1HKl(6)1KlHkg1klC AIdC A+dC?T= P

5、aiA1,F L圖二雙膜模型的濃度分布圖圖三 填料塔的物料衡算Pa+ dP A當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí),那么相際傳質(zhì)過(guò)程式受氣膜傳質(zhì)速率限制, 此時(shí),Kg kg；反之,當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí),那么相際傳質(zhì)過(guò)程受液膜傳質(zhì)速率限制,此時(shí),Kl ki如圖三所示,在逆流接觸的填料層內(nèi)那么由吸收質(zhì)A的物料衡算可得：,任意載取一微分段,并以此為衡算系統(tǒng),Fl dGA dCAL(7a)式中：Fl液相摩爾流率,kmol s1;液相摩爾密度,kmol m 3.根據(jù)傳質(zhì)速率根本方程式,可寫(xiě)出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程:dGA Kl(CA CA)aSdh(7 b)聯(lián) 立 上 兩 式 可 得 ：8 式中:a 氣

6、液兩相接觸的比外表積,m2 m1 ;s填料塔的橫載面積,m.dhFlKLaS LdC ACACA本實(shí)驗(yàn)采用水吸收純二氧化碳,且二氧化碳在常溫常壓下溶解度較小,因此,液相摩爾流率Fl和摩爾密度l的比值,亦即液相體積流率Vsl可視為定值,且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)K l和兩相接觸比外表積a,在整個(gè)填料層內(nèi)為一定值,那么按F列邊值條件積分式8,可得填料層高度的計(jì)算公式h 0 CA CA.2h hC A C A1!VsLCA1 dCAhKLaS ca2CA CA(9)令 Hl衛(wèi)J ,且稱(chēng)HL為液相傳質(zhì)單元高度(H TU);KLaSdC,且稱(chēng)N-為液相傳質(zhì)單元數(shù)NT U.Ca2Ca Ca因此,填料層高度為傳質(zhì)單元高

7、度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積,即h Hl Nl(10)假設(shè)氣液平衡關(guān)系遵循享利定律,即平衡曲線(xiàn)為直線(xiàn),那么式9為可用解析法解 得填料層高度的計(jì)算式,亦即可采用以下平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度:VsLKLaSCa1 Ca2C Am(11 )HlL SNl式中Cam為液相平均推動(dòng)力,即CAmCA1 Ca2,cA1In 乂C A2(C A1CA1) (CA2 CA2 )C A1 CA1 lnC A2 CA2(13)其中：Ca1 HpA1 Hy1 P0, Ca2HPA2Hy2 Po, Po為大氣壓.氧化碳的溶解度常數(shù):wMw E,31koml m Pa(14)式中:水的密度,kg mM w水

8、的摩爾質(zhì)量,kg kmol ；E 二氧化碳在水中的享利系數(shù)見(jiàn)化工原理下冊(cè)第78頁(yè),P a. 因本實(shí)驗(yàn)采用的物系不僅遵循亨利定律,而且氣膜阻力可以不計(jì),在此情況下,整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力都集中于液膜,即屬液膜限制過(guò)程,那么液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù),亦即VsL C A1 C A2klak l ahSC Am15四、實(shí)驗(yàn)裝置：1 .實(shí)驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)：填料塔：玻璃管內(nèi)徑 D =0.050m 塔高1.00 m 內(nèi)裝© 10X 10 mn瓷拉西環(huán);填料層高度Z =0.7 8 m風(fēng)機(jī):X G B-1 2型 5 50W二氧化碳鋼瓶 1個(gè)；減壓閥1個(gè)用戶(hù)自備.流量測(cè)量?jī)x表：C Q轉(zhuǎn)子流量

9、計(jì)型號(hào)L ZB-6 流量范圍0. 060. 6 m3/h;空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-1 0流量范圍0.25 2 .5m3/h;吸收水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB -10 流量范圍161 60 L/h;解吸水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB- 1 0 流量范圍1 6160 L/h濃度測(cè)量：吸收塔塔底液體濃度分析準(zhǔn)備定量化學(xué)分析儀器用戶(hù)自備； 溫度測(cè)量:PT100鉑電阻,用于測(cè)定測(cè)氣相、液相溫度.2 .二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖見(jiàn)圖四圖四二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1- CO 2流量計(jì);2- C02瓶減壓閥；3- C02鋼瓶;4 -吸收用空氣流量計(jì);5-吸收 用氣泵；6 8-噴頭；7、1 9-

10、水箱放水閥;9 解吸塔；1 0解吸塔塔底取 樣閥；1 1 -解吸液儲(chǔ)槽；12、15 - U型管液柱壓強(qiáng)計(jì)；1 3-吸收液流量計(jì)；14 解吸液液泵；1 6-吸收液儲(chǔ)槽；17 吸收塔；18 -吸收塔塔底取樣閥;20 解吸液流量計(jì)；21吸收液液泵；22空氣流量計(jì);2 3 -空氣旁通閥；24- 風(fēng)機(jī)3 實(shí)驗(yàn)儀外表板圖見(jiàn)圖五液相溫度PT 口陰日|顯1to水氣錄帝吸水鳳tnO O總電源開(kāi)關(guān)圖五實(shí)驗(yàn)裝置面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟：1.測(cè)量吸收塔干填料層 P/Zu關(guān)系曲線(xiàn)只做解吸塔:翻開(kāi)空氣旁路調(diào)節(jié)閥5至全開(kāi),啟動(dòng)風(fēng)機(jī).翻開(kāi)空氣流量計(jì),逐漸關(guān)小閥門(mén)5 的開(kāi)度,調(diào)節(jié)進(jìn)塔的空氣流量.穩(wěn)定后讀取填料層壓降A(chǔ)P即U形管

11、液柱壓差計(jì)1 1的數(shù)值,然后改變空氣流量,空氣流量從小到大共測(cè)定8-1 0組數(shù)據(jù).在對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后,在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速u(mài)為橫坐標(biāo),單位高度 的壓降 P/Z為縱坐標(biāo),標(biāo)繪干填料層AP/Zu關(guān)系曲線(xiàn).2.測(cè)量吸收塔在噴淋量下填料層 P/ Z u關(guān)系曲線(xiàn)：將水流量固定在104L/h 水流量大小可因設(shè)備調(diào)整,采用上面相同步驟調(diào)節(jié)空氣流量,穩(wěn)定后分別讀取并記錄填料層壓降厶P、轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)和流量計(jì) 處所顯示的空氣溫度,操作中隨時(shí)注意觀(guān)察塔內(nèi)現(xiàn)象,一旦出現(xiàn)液泛,立即記下對(duì)應(yīng)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù).根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出液體噴淋量為100 L / h時(shí)的 P/z u?關(guān)系曲線(xiàn),并在圖上確

12、定液泛氣速,與觀(guān)察到的液泛氣 速相比擬是否吻合.3 .二氧化碳吸收傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定:吸收塔與解吸塔水流量限制在4 OL/ h 1翻開(kāi)閥門(mén)5,關(guān)閉閥門(mén)9、13 2啟動(dòng)吸收液泵2將水經(jīng)水流量計(jì)14計(jì)量后打入吸收塔中,然后翻開(kāi)二氧化碳鋼瓶頂上的針閥2 .0,向吸收塔內(nèi)通入二氧化碳?xì)怏w(二氧化碳?xì)怏w流量計(jì)1 5 的閥門(mén)要全開(kāi)),流量大小由流量計(jì)讀出,限制在0. 2vml h左右.(3) 吸收進(jìn)行1 5分鐘后,啟動(dòng)解吸泵2,將吸收液經(jīng)解吸流量計(jì)7計(jì)量后打入解 吸塔中,同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī),利用閥門(mén)5調(diào)節(jié)空氣流量(約0.5 vm/ h )對(duì)解吸塔中的 吸收液進(jìn)行解吸.(4) 操作到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之后,測(cè)量塔底的水溫,同時(shí)

13、取樣,測(cè)定兩塔塔頂、塔底 溶液中二氧化碳的含量.(實(shí)驗(yàn)時(shí)注意吸收塔水流量計(jì)和解吸塔水流量計(jì)數(shù)值要 一致,并注意解吸水箱中的液位,兩個(gè)流量計(jì)要及時(shí)調(diào)節(jié),以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)操作條件 不變)(5) 二氧化碳含量測(cè)定用移液管吸取Ba (OH) 2溶液1 0mL ,放入三角瓶中,并從塔底附設(shè)的取樣口 處接收塔底溶液1 0 m L,用膠塞塞好振蕩.溶液中參加23滴酚酞指示劑搖勻, 用0. 1M的鹽酸滴定到粉紅色消失即為終點(diǎn).按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳濃度：CCO22C Ba(OH )2VBa(OH )2 C HC|VhCI2V溶液mol L六、實(shí)驗(yàn)考前須知：1 開(kāi)啟CO總閥門(mén)前,要先關(guān)閉減壓閥,閥門(mén)開(kāi)度不宜過(guò)

14、大.2 .實(shí)驗(yàn)中要注意保持吸收塔水流量計(jì)和解吸塔水流量計(jì)數(shù)值一致,并隨時(shí)關(guān)注水箱中的液位.3. 分析CO濃度操作時(shí)動(dòng)作要迅速,以免C Q從液體中溢出導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確. ?七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄1實(shí)驗(yàn)裝置填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定(干填料)解吸塔序號(hào)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)/m 3/ h填料層壓強(qiáng)降/mm H2O溫 度10. 2520. 531. 041.552.062.52實(shí)驗(yàn)裝置填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定濕填料濕填料時(shí)厶P/ z u關(guān)系測(cè)定L = 160填料層高度Z= 0.78m塔徑D = 0 . 0 5m序號(hào)解吸塔水流量：空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)/m3/h填料層壓強(qiáng)降/ mm H 2O溫 度操作現(xiàn)象10 .2520.

15、530.740 .850. 961. 071.181.291.31 01.41 11 .51 21 .61 31.7?3實(shí)驗(yàn)裝置填料吸收塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填料吸收塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被吸收的氣體： 純CO 2 吸收劑：水塔內(nèi)徑：5 0mm塔類(lèi)型吸收塔填料種類(lèi)瓷拉西環(huán)填料層咼m0.80CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)處溫度(C)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m3 /h )0.5 00水轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)l/h40.0中和CO 2用Ba (O H)2的體積 ml樣品的體積ml滴定塔底吸收液用鹽酸的彳體積ml滴定空白液用鹽酸的體積(ml )4 .氫氧化鋇及鹽酸濃度標(biāo)定鹽酸濃度標(biāo)定序號(hào)123N a2 C O3 質(zhì)量/ gHCl體積/m l氫

16、氧化鋇濃度標(biāo)定序號(hào)123鄰苯二甲酸氫鉀質(zhì)量/gBa(O H) 2體積 /ml八、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)果：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程以一組數(shù)據(jù)為例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算例如1填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定以解吸填料塔干填料數(shù)據(jù)為例2轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)0. 5m / h; 填料層壓降U管讀數(shù)2.0 mrK 2O空塔氣速：uV3600 (/4)D20.523600 ( /4) 0.0500.07 (m/s)單位填料層壓降：PZ =2/0.782.6mmHO/m2 傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)0. 2 00 m/ h、CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)處溫度16. 1C16 .1 C下二氧化碳?xì)怏w密度co2=1. 9 76 Kg/m3I

17、Air ''1.2043CO2 實(shí)際流量 Vc.2=0.2 0 0 =#1976 =0.156( m/h)空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù) VAir = 0.5 0 0(m3/ h)吸收液濃度計(jì)算吸收液消耗鹽酸體積V1=30.10 ml,那么吸收液濃度為：2C Ba(OH)2VBa(OH )2 ChC|VhCICa12V溶液2 0.17982 10-0.111 30.1入=0.012 7 7 (km o l/m )2 10吸收劑二氧化碳濃度計(jì)算3 ml,因純水中含有少量的二氧化碳,所以純水滴定消耗鹽酸體積V=3 2 .那么塔頂水中CO 2濃度為：2CBa(OH )2VBa(OH )2 C H

18、Cl VHClC A22!7溶液2 102 0-17982 10 01 323=0.00056( k mol/ 川) 塔底的平衡濃度計(jì)算05 K塔底液溫度t =7.9 C,由附錄可查得CO亨利系數(shù)E=0. 9 735XIP a那么CO的溶解度常數(shù)為：1000Mw E18180.9735 10=5706 X 10( kmol m 3 Pa 1)塔底混和氣中二氧化碳含量:y】=0.1560.1560.5=0. 2CA1 = HX Pa1=HX 屮 X Pq =5.7X 10-7X 0.238 X 101325= 0.013 7 59(kmo l /ml)塔頂?shù)钠胶鉂舛扔?jì)算由物料平衡得塔頂二氧化碳含

19、量L(C a 2- C A1)=V(y1-y 2)400.5224)件 y i - L 舄 CG =0. 2 38-血上df0竺=0.21 6*-7CA2 = HX PA2=HX y xp o =5. 7 06 X 10 XO .2161 X 101 3 2 5=0. 012493(kmol/ vm)液相平均推動(dòng)力計(jì)算C _ C A1 CA2 _ ( Ca2Ca2) (C A1 Ca1 )CAm C A2Ca2In -CaiCaiCA2InCa1(0.01370.00056) (0.0165210.01277),0.01370.00056-ln0.012490.012770 .0 0 44(k

20、m o l/m 3)因本實(shí)驗(yàn)采用的物系不僅遵循亨利定律,而且氣膜阻力可以不計(jì),在此情況下,整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力都集中于液膜,屬液膜限制過(guò)程,那么液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等kiahSVsLC A1 C A2于液相體積傳質(zhì)總系數(shù),即CAm3(Q.°1277°.QQQ56) = 0 . 004 90.004940 10 3/36000.8 3.14 (0.050)2 /4(m /s)實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表如下：表一實(shí)驗(yàn)裝置填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定(干填料)干填料時(shí)厶P/ z u關(guān)系測(cè)定L=0填料層高度 Z=0 . 7 8 m塔徑D =0 .05m序號(hào)填料層壓強(qiáng)降mm2-D單位高度填料層壓強(qiáng)降?mmHD

21、 /m空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m/h空塔氣速？m /s1 t22.60 .50. 07245.110.1 4379. 01. 50. 2141316.720.2851620.52. 50 .35表二實(shí)驗(yàn)裝置填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定濕填料濕填料時(shí)厶P/Zu關(guān)系測(cè)定L = 160填料層高度Z=0.7 8 m塔苔徑D =0.05m)序號(hào)填料層壓強(qiáng)降 mm H2O單位高度填 料層壓強(qiáng)降 mm H2O/ m空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m 3/h空塔氣速m/s操作現(xiàn)象12. 02.60.250.04正常210. 012.80. 5 00.07正常3 12 3. 029.50. 700.1 0正常435.044 .90. 900.1 3正常555. 070 . 51. 1 00. 16正常6 169. 08 8. 51. 200 . 1 7正常71 1 0 .0141.01.3 00.1 8正常81 4 5 . 0185.91.400.2 0正常9195 . 0250.01.500 .21液泛i o n2 6 0. 03 3 3 .31. 600.23液 泛1130 0 . 0384 .61.7 00.24液泛表三：實(shí)驗(yàn)裝置填料吸收塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)據(jù)表填料吸收塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表被吸收的氣體： 純CO吸收劑：水 塔內(nèi)徑：5 0 mm塔類(lèi)型吸