二氧化碳吸收實(shí)驗(yàn)

填料吸取塔試驗(yàn)裝置說明書天津大學(xué)化工根底試驗(yàn)中心2023．10一、試驗(yàn)?zāi)康?質(zhì)性能理論的理解。二、試驗(yàn)內(nèi)容：測定填料層壓強(qiáng)降與操作氣速的關(guān)系，確定在肯定液體噴淋量下的液泛氣速。固定液相流量和入塔混合氣二氧化碳的濃度，在液泛速度以下，取兩個(gè)相差較〔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)〕。同時(shí)測定填料塔液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù)。三、試驗(yàn)原理：氣體通過填料層的壓強(qiáng)降：壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，氣體通過填料層量下填料層的壓強(qiáng)降P與氣速u1所示：1填料層的P～u關(guān)系PPPΔ

體噴淋量L 0時(shí)，干填料的P～u的關(guān)系是直線，如圖0P～u的關(guān)系變成折線，并轉(zhuǎn)折點(diǎn)將P～u關(guān)系分為三個(gè)區(qū)段：既恒持液量區(qū)、載液泛區(qū)。傳質(zhì)性能：吸取系數(shù)是打算吸取過程速率凹凸的重要參數(shù)，試驗(yàn)測定可獵取〔填料類型與尺寸〕，吸取系數(shù)隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。二氧化碳吸取試驗(yàn)依據(jù)雙膜模型的根本假設(shè)，氣側(cè)和液側(cè)的吸取質(zhì)A的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為氣膜GA液膜G

k pg kA(C

p )〔1〕AiC )〔2〕A l Ai A

—AkmoIs1；AA—兩相接觸面積，m2；P A組分的平均分壓，Pa；AP A組分的平均分壓，Pa；AiC Akmolm3AC A組分的濃度kmolm3Aik kmolm2s1Pa1;gkms1。l以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過程推動(dòng)力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表GA

K pG

p)〔3〕AG KA L

A(CA

C )〔4〕ApA

—液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；CAkmolm3；AK —以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)，Gkmolm2s1Pa1；KL-ms1。假設(shè)氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：C Hp ，則：A A1 1K kG g

1 〔5〕HKl濃度 PA

1 KLPAi

H1k kg l

〔6〕

P2=PA2CA2，F(xiàn)LCAPACA

CAi

dhPA+dPACA+dCAP1=PA1CA1，F(xiàn)L2離料塔的物料衡算圖膜 膜當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過程式受氣膜傳質(zhì)速率掌握，此KG

k ；反之，當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過程受液膜傳gKL

k。lA的物料衡算可得：dG A

F dCL LL

〔7a〕F

kmols1；Lkmolm3。L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：dG KA F

(CA

C )aSdh〔7b〕AdCdh

LaSL

A 〔8〕CCA A式中：a——?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)承受水吸取混合氣體中的二氧化碳，且二氧化碳在常溫常壓下溶FL

和摩爾密度

(V)s La，在整個(gè)填料層內(nèi)為肯定值，則按以下邊值條件積分式〔8〕，可得填料層高度的計(jì)算公式：h VsL

CA1 dCA

〔9〕KaS C CCL A2 A AV令H L

sL HL為液相傳質(zhì)單元高度〔HTU〕；KaSLN

CA1

dCA NL為液相傳質(zhì)單元數(shù)〔NTU〕。L C CCA2 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hHL

N 〔10〕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〔9〕為可用解析法解傳質(zhì)單元高度：h VsL CA C1

A2〔11〕KaS CL AmN hHL

hV 〔12〕sL式中C 動(dòng)力，即A.m

KSLC

C CA1 A2

(

C )(CA1 A2

C A2

〔13〕Am CInCA.1A2

C Cln A1 A1C CA2 A2CA1

HpA1

Hyp1

,CA2

HpA2

Hyp2

P為大氣壓。0二氧化碳的溶解度常數(shù)： 1H w komlm3Pa1〔14〕Eww

kgm3;M kgkmol1；wE——二氧化碳在水中的享利系數(shù)，Pa。因本試驗(yàn)承受的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計(jì)，在此狀況數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，亦即kaK

aVsLCA1CA2

〔15〕l四、試驗(yàn)裝置：

L hS CAm試驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)：1.20mZ＝0.94m內(nèi)裝φ10×10mm：XGB-12；1〔用戶自備1〔用戶自備。0.06～0.60m3／h；0.25～2.5m3／h；LZB-1016～160L／h；濃度測量：吸取塔塔底液體濃度分析預(yù)備定量化學(xué)器〔用戶自備PT100二氧化碳吸取試驗(yàn)裝置流程示意圖(見圖4)放空放空放空吸取塔解吸塔T1吸取液水箱解吸液水箱41-CO2鋼瓶；2-CO2瓶減壓閥；3-吸取氣泵；4-吸取液水泵；5-解吸液水泵；6-解吸風(fēng)機(jī)；7-空氣旁通閥；8-V1-V19閥門；9-F1-F5轉(zhuǎn)子流量計(jì)；10-T1-T2溫度計(jì)試驗(yàn)儀外表板圖(見圖5)五、試驗(yàn)方法及步驟：測量吸取塔干填料層〔PZ

5試驗(yàn)裝置面板圖〕～u翻開空氣旁路調(diào)整閥V7至全開，啟動(dòng)解吸風(fēng)機(jī)6。翻開空氣流量計(jì)F4下的V4,V75-8組數(shù)據(jù)。在對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展分析處理后，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速u為橫坐標(biāo)，單位高度的壓降PZ

PZ

)～uPZ

)～u關(guān)系曲線：〔水流量大小可因設(shè)備調(diào)整驟調(diào)整空氣流量，穩(wěn)定后分別讀取并記錄填料層壓降△P、轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)和流100L／h〔PZ

〕u關(guān)系曲線〔2，并在圖上確定液泛氣速，與觀看4，F(xiàn)1，二F260L/h，待有水從吸取塔頂噴淋而下，3，F(xiàn)1流量，同時(shí)翻開二氧化碳鋼瓶調(diào)整減壓閥，調(diào)整二氧化碳轉(zhuǎn)子流量計(jì)F2，按二10—20%左右計(jì)算出二氧化碳的空氣流量。時(shí)在塔頂和塔底取樣，測定吸取塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。二氧化碳含量測定2

標(biāo)準(zhǔn)溶液10mL，放入三角瓶中，并從取10mL，用膠塞塞好振蕩。溶液中參加2～30.1M六、試驗(yàn)留意事項(xiàng)：CO2

總閥門前，要先關(guān)閉減壓閥，閥門開度不宜過大。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、試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理〔僅供參考以實(shí)際數(shù)據(jù)為準(zhǔn)1．試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算及結(jié)果〔2所取得數(shù)據(jù)的第一組數(shù)據(jù)為例〕:填料塔流體力學(xué)性能測定〔以解吸填料塔干填料數(shù)據(jù)為例〕0.5m3/h；U1mmHO2空塔氣速:u V36004

＝3600

0.54

0.052

0.07〔m/s〕單位填料層壓降P＝ 1 〔mmHO/m〕Z 0.94在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速u

2PZ

為縱坐標(biāo)作圖，標(biāo)繪P～Z u

關(guān)系曲線〕L=60〔L/h〕Y1 1COV

=0.1〔m3/h〕2 CO21.2041.976CO實(shí)際流量V = ×0.1=0.078〔m31.2041.9762 CO2V=0.8〔m3/h〕Airy 1 V

VCO2

= 0.078 =0.09CO2 V

0.078C 的計(jì)算：A1

Y 1 VAir

= =0.0980.8塔頂吸取液空白分析C

Ba(OH)2

=0.0972、V

Ba(OH)2

=10ml、C =0.1056、V =16.8mlHCL HCL2C C Ba(OH)2空白

Ba(OH)22V

C HCl

HCl20.0972100.105616.8= 220

=0.00415〔kmol/m3〕塔底吸取液分析VHCL=15mlC 20.0972100.105615=0.00890〔kmol/m3〕1 220=0.00475〔kmol/m3〕

C =CCA1 1

=0.00890-0.00415空白Y2 2L×〔C -C 〕=V×〔Y-Y〕A1 A2 Air 1 160 (0.004750)=0.091000 =0.080.822.4Y y2 =0.08 =0.088C 的計(jì)算：A2

2 1-y2

1-0.08吸取液中CO在水中的含量極低，無視不計(jì)C ≈0。2 A2A1 A2C* 、A1 A2t=10.2CO2亨利系數(shù):E=1.05×108PaCO2H

Mw

1=1000 1E 18 1.05107=5.29×10-7kmolm3Pa1塔頂和塔底的平衡濃度為：=5.29×10-7×0.09×101325=0.005〔mol/l〕C HpA2 A2

Hyp2

==5.29×10-7×0.08×101325==0.004(mol/l)C C*A1

C =0.005-0.00475=0.0000025〔kmol/m3〕A1C C*A2 A2

C =0.004-0=0.004〔kmol/m3〕A2液相平均推動(dòng)力為:CAm

的計(jì)算：C

C CA1

0.004= =0.0008〔kmol/m3〕Am CInCA.1 A2

0.00000250.004等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，即60103= 36001.053.14(0.05)24

(0.004750)=0.0669m/s0.0008(1)干填料時(shí)△P/z～u關(guān)系測定濕填料時(shí)△P/z～u關(guān)系測定填料吸取塔傳質(zhì)試驗(yàn)技術(shù)數(shù)據(jù)PZ～u關(guān)系曲線氣溫度，℃1E×10-5，氣溫度，℃體0510152025303540455060CO20.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46L=0Z=0.94mL=0Z=0.94mD=0.05m序強(qiáng)降單位高度填料層壓強(qiáng)降量計(jì)讀數(shù)空塔氣速m/s號(hào)mmH2OmmH2O/mm3/h111.10.50.07222.10.80.11333.21.10.16455.31.40.20588.51.70.2461111.720.2871516.02.30.3381819.12.50.35L=100L/hZ=0.94mL=100L/hZ=0.94mD=0.05m填料層序壓強(qiáng)降單位高度填料層壓強(qiáng)降空氣轉(zhuǎn)子m3/h空塔氣速m/s操作現(xiàn)象mmHO/m2mmH2O號(hào)133.20.250.04正常21111.70.500.07正常32021.30.700.10正常42930.90.900.13正常54648.91.100.16正常66063.81.300.18正常79095.71.500.21積液8115.0122.31.700.24積液9154.0163.81.900.27液泛10215.0228.72.100.30液泛:CO2;吸取劑:水;塔內(nèi)徑:50ｍｍ序試驗(yàn)裝置:CO2;吸取劑:水;塔內(nèi)徑:50ｍｍ序號(hào)1名稱填料種類試驗(yàn)數(shù)據(jù)陶瓷拉西環(huán)2填料層高度(m)0.943CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)〔m3／h〕0.1004CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)處溫度〔℃〕34.25CO2的體積流量〔m3／h〕0.0786空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)〔m3／h〕0.87水轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)〔l／h〕60.08Ba(OH)2的濃度Ｍ〔mol／l〕0.0979Ba(OH)2的體積〔ml〕1010滴定用鹽酸的濃度Ｍ〔mol／l〕0.105611滴定塔底吸取液用鹽酸的體積〔ｍl〕15.0012滴定空白液用鹽酸的體積〔ｍl〕16.8013樣品的體積〔ｍl〕1014塔底液相的溫度〔℃〕23.915E108(