CO2吸收填料塔試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)八二氧化碳吸收填料塔實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流體力學(xué)性能。2 .學(xué)習(xí)填料塔的液膜傳質(zhì)膜系數(shù)、總傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定方法，加深對(duì)傳質(zhì)過(guò)程原理的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.測(cè)定填料層壓強(qiáng)降與操作氣速的關(guān)系，確定填料塔在某液體噴淋量下的液泛氣速。1 .采用水吸收二氧化碳，測(cè)定填料塔的液膜傳質(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)降與氣液流量有關(guān)，不同噴淋量下的填料層的壓強(qiáng)降A(chǔ)P與氣速u(mài)的關(guān)系如圖8-1所示：當(dāng)無(wú)液體噴淋即噴淋量L0=0時(shí)，干填料的APu的關(guān)系是直線(xiàn)，如圖中的直線(xiàn)00當(dāng)有一定的噴淋

2、量時(shí)，APu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APu關(guān)系分為三個(gè)區(qū)段：恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。1 .傳質(zhì)系數(shù)填料塔在傳質(zhì)過(guò)程的有關(guān)單元操作中，應(yīng)用十分廣泛，實(shí)驗(yàn)研究傳質(zhì)過(guò)程的控制步驟，測(cè)定傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù)，尤為重要。根據(jù)雙膜模型的基本假設(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)為氣膜GA=kgA(pA-pAi)(8-1)液膜GA=klA(CAi-CA)(82)式中：GAA組分的傳質(zhì)速率，kmoI?s；A兩相接觸面積，m2;-1PA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，Pa；CA液側(cè)A組分的平均濃度，km

3、ol?m-3CAi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?Pa-1;kl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)，m?s-1。P2,FLPAPA+dPP1A。1,FL圖8-2雙膜模型的濃度分布圖圖8-3填料塔的物料衡算圖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-p*A)(83)GA=KLA(CA-CA)(84)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；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；KG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

4、數(shù)，*-3*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)，m?so-1若氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：CA=HpA,則111(85)=+KGkgHKl1H1=+(86)KLkgkl當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程式受氣膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，KG=kg；反之,當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程受液膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，KL=kl。如圖8-3所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意載取一微分段，并以此為衡算系統(tǒng)，則由吸收質(zhì)A的物料衡算可得：dGA=-1FLpLdCA(a)式中：FL液相摩爾流率，kmol?s；pL液相摩爾密度，kmol?m

5、。根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程式，可寫(xiě)出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程：*dGA=KL(CA-CA)aSdh(b)-3聯(lián)立上兩式可得：dh=FLdC?*A(c)KLaSpLCA-CA式中：a氣液兩相接觸的比表面積，m2m-1；S填料塔的橫載面積，m2。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收純二氧化碳，且已知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pL的比值，亦即液相體積流率(Vs)L可視為定值，且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)KL和兩相接觸比表面積a,在整個(gè)填料層內(nèi)為一定值，則按下列邊值條件積分(c)式，可得填料層高度的計(jì)算公式：h=0,CA=CA.2h=h,CA=CA1CA1VsLdCA(87)h=?*KLaSCA2C

6、A-CA令HL=VsL,且稱(chēng)HL為液相傳質(zhì)單元高度(HTU);KLaSdCA,且稱(chēng)NL為液相傳質(zhì)單元數(shù)(NTU)。CA2C*-CAACA1NL=?因此，填料層高度為傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積，即h=HLXNL(88)若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線(xiàn)為直線(xiàn)，則(7)式為可用解析法解得填料層高度的計(jì)算式，亦即可采用下列平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度：h=VsLCA1-CA2(89)?KLaS?CAmhh(810)=HL(CA1-CA2)/?CAmNL=式中？CA.m為液相平均推動(dòng)力，即?CAm*?CA1-?CA2(CA2-CA2)-(CA1-CA1)(811)=*?CA.

7、2c2-CA2InlnA* ?CA1CA1-CA1因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用純水吸收純二氧化碳，則* *CA1=CA2=CA=HpA=Hp(812)二氧化碳的溶解度常數(shù)，H=pwMw?1-3-1koml?m?Pa(813)E* 3式中：pw水的密度，kg?m;Mw水的摩爾質(zhì)量，kg?kmol;E二氧化碳在水中的享利系數(shù)，Pa。因此，(11)式可簡(jiǎn)化為-1?CAm=CA1(814)*Cln*ACA-CA1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，即屬液膜控制過(guò)程，則液側(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kla=KLa=* sLCA1-CA2(

8、815)?hS?CAm四、實(shí)驗(yàn)流程及主要設(shè)備參數(shù)本實(shí)驗(yàn)裝置由填料吸收塔、二氧化碳鋼瓶、水槽、水泵、空氣壓縮機(jī)和各種測(cè)量?jī)x表組成，其流程如圖所示：二氧化碳吸收-解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程1.CO2鋼瓶；2.減壓閥；3.CO2流量計(jì)；4水流量計(jì)；5.水泵；6.填料吸收塔；7.吸收塔液封8.液位計(jì)；9.吸收塔壓差計(jì)；10.閥門(mén)；11.解吸塔壓差計(jì)；12.水槽；13.填料解吸塔；14.解吸塔液封；15.空氣流量計(jì)；16.空氣壓縮機(jī)；17.水流量計(jì)；18.溫度顯示儀表填料吸收塔采用直徑40mm的玻璃柱，柱內(nèi)裝填(|)6X6mm環(huán)絲網(wǎng)填料，吸收塔填充高度為58mm,解吸塔高度為76mm。吸收質(zhì)(純二氧化碳?xì)怏w)由鋼

9、瓶經(jīng)二次減壓閥，調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)，進(jìn)入塔底，氣體由下向上經(jīng)過(guò)填料層與液相逆流接觸，到塔頂經(jīng)液封放空；吸收劑(純水)由水槽經(jīng)水泵和流量計(jì)，進(jìn)入塔頂，再?lài)姙⒍拢晃蘸笕芤河伤琢鞒鲞M(jìn)入解吸塔頂，噴灑而下，由塔底經(jīng)液封排出；空氣從解吸塔底由下向上經(jīng)過(guò)填料層與液相逆流接觸，自塔頂放空。U形液柱壓差計(jì)用以測(cè)量塔底壓強(qiáng)和填料層的壓強(qiáng)降。五、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)前，往水槽中加入蒸儲(chǔ)水，檢查各流量計(jì)調(diào)節(jié)閥，以及二氧化化碳的減壓閥是否均已關(guān)嚴(yán)。1、二氧化碳吸收傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定1.打開(kāi)閥門(mén)10,調(diào)節(jié)吸收塔液封高度(與操作的水流量相對(duì)應(yīng))。2.打開(kāi)二氧化碳鋼瓶頂上的針閥，將壓力調(diào)到1Mpa,二氧化碳流量分別控制在008m

10、3?h、0.10m3?h、0.12m3?h、0.14m3?h、0.16m3?h,調(diào)節(jié)水流量計(jì)4到給定值，操作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后穩(wěn)定吸收十分鐘，測(cè)量?jī)伤椎乃疁?。同時(shí)，測(cè)定塔底溶液中二氧化碳的含量，以及塔的壓強(qiáng)降。2、溶液中二氧化碳含量的測(cè)定方法用吸量管吸取0.1M的Ba(OH)2溶液10mL,放入三角瓶中，并從塔底附設(shè)的取樣口-1-1-1-1-1處接收塔底溶液20mL,用膠塞塞好，并振蕩。用離心機(jī)除去瓶中碳酸鋼白色沉淀，清液中加入2-3滴甲基橙指示劑，最后用0.1M的鹽酸滴定到終點(diǎn)。直到其脫除紅色的瞬時(shí)為止，由空白試驗(yàn)與溶液滴定用量之差值，按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳的濃度：CCO2=六、實(shí)驗(yàn)注

11、意事項(xiàng)2CBa(OH)2VBa(OH)2-CHClVHCl2V溶液mo?lL(816)-11 .本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中解吸流程處于關(guān)閉狀態(tài)，僅做吸收實(shí)驗(yàn)。2 .實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要嚴(yán)格調(diào)節(jié)吸收塔下部進(jìn)氣口處的液位，要控制其保持一定高度，且要低于進(jìn)氣口，防止二氧化碳?xì)庀赂Z。調(diào)節(jié)吸收液的進(jìn)出流量以維持塔底液位。3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要注意蓄水槽中的水位，保證實(shí)驗(yàn)的順利完成。4、調(diào)節(jié)氣、水流量時(shí)要緩慢調(diào)節(jié)，防流量過(guò)大損壞流量計(jì)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1.將原始數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理結(jié)果用表格形式列出，并列出一組計(jì)算示例。2.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各控制參數(shù)對(duì)吸收過(guò)程的影響。3.請(qǐng)回答思考題。八、思考題.試分析空塔氣速和噴淋密度這兩個(gè)因素對(duì)吸收系數(shù)的影響。在本實(shí)驗(yàn)中，那個(gè)因素是主要的，為什么？1 .要提高吸收液的濃度有什么辦法（不