二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書剖析

二氧化碳吸取與解吸實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明書仁愛(ài)化工根底試驗(yàn)中心王立軒2023．051一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私馓盍衔∷臉?gòu)造和流體力學(xué)性能。二、試驗(yàn)內(nèi)容液泛氣速。固定液相流量和入塔混合氣氨的濃度，在液泛速度以下取兩個(gè)相差較大的〔傳質(zhì)單元數(shù)和回收率〕和傳質(zhì)效率〔傳質(zhì)單元高度和體積吸取總系數(shù)。承受純水吸取二氧化碳、空氣解吸水中二氧化碳，測(cè)定填料塔的液側(cè)傳質(zhì)三、試驗(yàn)原理量下填料層的壓強(qiáng)降P與氣速u1-1L3＞LL3＞L2＞L1L0=03210,PΔu,m/s1-1填料層的P～u關(guān)系L00時(shí)，干填料的P～u的關(guān)系是直線，如圖中的直線P～u的關(guān)系變成折線，并存在兩個(gè)轉(zhuǎn)P～u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)。傳質(zhì)性能：吸取系數(shù)是打算吸取過(guò)程速率凹凸的重要參數(shù)，而試驗(yàn)測(cè)定是〔填料類型與尺寸吸取系數(shù)將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。〔1〕二氧化碳吸取-解吸試驗(yàn)A表達(dá)為氣膜 GA

k g A

p ) 〔1-1〕Ai液膜 GA

kA(Cl

C ) 〔1-2〕A

—AkmoIs1；APA，Pa；AP A，Pa；AiC Akmolm3AC Akmolm3Aik kmolm2s1Pa1;gkms1。l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GA

K G

p) 〔1-3〕AG KA L

A(CA

C )A

〔1-4〕式中：p—液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；ACAkmolm3；AK —以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡(jiǎn)稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)，Gkmolm2s1Pa1；K ms1。L濃度相界 面PAP濃度相界 面PAPAiCAiCA氣液距離2 A2 A2 LdhdhP CA AP+dP C+dCA AP=P1 A1

A AC，F(xiàn)A1 L圖1-2雙膜模型的濃度分布圖 圖1-3填料塔的物料衡算圖假設(shè)氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：C Hp ，則：A A1 1 1

〔1-5〕K k HKG g l1H1K k kL g l

〔1-6〕K 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)KL

k。l1-3AdG A

F dCL ALL

〔1-7a〕FL

kmols1；Lkmolm3。依據(jù)傳質(zhì)速率根本方程式，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程：聯(lián)立上兩式可得：

dG KA

(CA

C)aSdh 〔1-7b〕AF dCdh L A 〔1-8〕KaSL L

CCA Aa——?dú)庖簝上嘟佑|的比外表積，m2·m-1；S——填料塔的橫載面積，m2。本試驗(yàn)承受水吸取純二氧化碳，且二氧化碳在常溫常壓下溶解度較小，因此，液相摩爾流率F 和摩爾密度 的比值，亦即液相體積流率(V)可L L s L視為定值，且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)KL

值，則按以下邊值條件積分式〔1-8c，可得填料層高度的計(jì)算公式：h0 ，C C hh ，C CA A.2 A A1hhsL

CA1

dCA 〔1-9〕KaS C CCL A2 A AV令H sL ，且稱H為液相傳質(zhì)單元高度〔HTU；L KaS LLC dCN A1 A

為液相傳質(zhì)單元數(shù)〔NTU。L C CC LA2 A A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hH N 〔1-10〕L L假設(shè)氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則式〔1-9〕為可用高度或液相傳質(zhì)單元高度：V C Ch sL

A2 〔1-11〕KaS CL Amh hVsLKSVsLKSLHL

〔1-12〕L式中CA.m為液相平均推動(dòng)力，即C

(C C )(C C )C A1

A1 A1 A2 A2

〔1-13〕Am C

C CInCA.1

ln A1 A1C CA2 A2 A2其中：C Hp Hyp,C

Hp

HypP為大氣壓。A1 A1 1 0 A2二氧化碳的溶解度常數(shù)：

A2 2 0 011H wM Ew

komlm3Pa1 〔1-14〕w

——水的密度，kgm3; M

——水的摩爾質(zhì)量，kgkmol1 ；wE——二氧化碳在水中的享利系數(shù)〔78，Pa。于液相總體積吸取系數(shù)，亦即V

C CkaKasL A1 A2 〔1-15〕l L hS CAm四、試驗(yàn)裝置1、試驗(yàn)裝置主要參數(shù)：內(nèi)裝φ10×10mm其次套玻璃管內(nèi)徑D＝0.050m；內(nèi)裝第三套玻璃管內(nèi)徑D＝0.050m；內(nèi)裝第四套玻璃管內(nèi)徑D＝0.050m 解吸塔：璃管內(nèi)徑D＝0.050m；內(nèi)裝φ10×10mm瓷拉西環(huán)；填料層高度Z＝0.80m； 二氧化碳鋼瓶1； 減壓閥1個(gè)〔用戶自備。流量測(cè)量?jī)x表：CO轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6 流量范圍0.06～0.6m3／h；2空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-10 水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-10 流量范圍16～160L／h；解吸取塔水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6流量范圍6～60L／hPT1002、二氧化碳吸取與解吸試驗(yàn)裝置流程示意圖(見(jiàn)圖1-4)：圖1-4 二氧化碳吸取與解吸試驗(yàn)裝置流程示意圖1-CO2

流量計(jì)；2-CO

3-CO2

4-吸取用空氣流量計(jì)25-吸取用氣泵；6-放水閥；7、19-水箱放水閥；8-回水閥2柱壓強(qiáng)計(jì)； 13-吸取液流量計(jì)；14- 吸取液液泵；16-吸取液儲(chǔ)槽；17-吸取塔；18-吸取塔塔底取樣閥；20-解吸液流量計(jì)；21-22-23-24-解析氣風(fēng)機(jī)31-5)圖1-5 試驗(yàn)裝置面板圖五、試驗(yàn)操作：減壓閥是否均已關(guān)嚴(yán)。解吸塔中流體力學(xué)試驗(yàn)操作開(kāi)啟試驗(yàn)裝置的總電源，開(kāi)動(dòng)泵21，調(diào)整水流量計(jì)20，對(duì)填料塔潤(rùn)濕1020〔100L/h；24，從小到大調(diào)整空氣流量，觀看填料塔中液體流淌狀況，并記錄三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；關(guān)閉水和空氣流量計(jì)，停頓水泵和漩渦氣泵。二氧化碳吸取-解吸傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定〔水流量掌握在60L/h〕翻開(kāi)閥門23，關(guān)閉閥門10、18。14，1320利用閥門23調(diào)整空氣流量〔液泛流量以下。20液儲(chǔ)槽的液位，假設(shè)過(guò)高，需開(kāi)大解吸液流量計(jì)20，兩個(gè)流量計(jì)要準(zhǔn)時(shí)調(diào)整，以保證明驗(yàn)時(shí)操作條件不變?！?，流0.3m3/h操作到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之后〔20樣測(cè)定吸取塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。二氧化碳含量測(cè)定用移液管吸取0.1mol/L的Ba〔OH〕2

10mL，放入三角瓶中，并從塔底附設(shè)的取樣口處接收塔底溶液20mL，用膠塞塞好振蕩。溶液中參加2～3的鹽酸滴定到粉紅色消逝即為終點(diǎn)。按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳濃度：C2CBa(OH)C2CO2

V Ba(OH)22V

VHCl

HCl

molL1溶液六、留意事項(xiàng)：閥。開(kāi)啟時(shí)開(kāi)度不宜過(guò)大塔下部液封面的高度必需維持在空氣進(jìn)口管的下面，并接近進(jìn)口管。滴定水中二氧化碳時(shí)，要求滴定同時(shí)不停振蕩。CO2

濃度操作時(shí)動(dòng)作要快速，以免CO2

從液體中溢出導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。七、報(bào)告內(nèi)容畫出解析塔的流體力學(xué)性能圖〔△P/z～u的關(guān)系用其中一組數(shù)據(jù)寫出