二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)說明書

1、氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置說明書仁愛化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心王立軒2014. 05、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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)填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)容1. 測定填料層壓強(qiáng)降與操作氣速的關(guān)系，確定填料塔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氨的濃度，在液泛速度以下取兩個(gè)相差較大的 氣相流量，分別測量塔的傳質(zhì)能力（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. 采用純水吸收二氧化碳、空氣解吸水中二氧化碳，測定填料塔的液側(cè)傳質(zhì) 膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)原理1.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

2、過填料層 壓強(qiáng)降的大小決定了塔的動力消耗。 壓強(qiáng)降與氣、液流量有關(guān)，不同液體噴淋 量下填料層的壓強(qiáng)降 P與氣速u的關(guān)系如圖1-1所示：圖1-1填料層的Pu關(guān)系當(dāng)無液體噴淋即噴淋量Lo0時(shí)，干填料的Pu的關(guān)系是直線，如圖中的直線0。當(dāng)有一定的噴淋量時(shí)，Pu的關(guān)系變成折線，并存在兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“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：恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。2. 傳質(zhì)性能：吸收系數(shù)是決定吸收過程速率高低的重要參數(shù)，而實(shí)驗(yàn)測定是 獲取吸收系數(shù)的根本途徑。 對于相同的物系及一定的設(shè)備 （填料類型與尺寸） ， 吸收系數(shù)將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。

3、1）二氧化碳吸收 - 解吸實(shí)驗(yàn)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(pApAi )（1-1）液膜GA kl A(CAiCA)（1-2）式中：G a A組分的傳質(zhì)速率，kmoI s 1 ；A 兩相接觸面積， m2；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，Pa；Ca 液側(cè)A組分的平均濃度,kmolCAi相界面上A組分的濃度kmol mkg 以分壓表達(dá)推動力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，kmol m 2 s 1 Pak|以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，ms1。以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過程推動力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表

4、達(dá)為： GAKG A（pA pA）（1-3）GAK L A(C A C A)(1-4)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 3；KG 以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)，21kmol m s PaKl-以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)， 或簡稱為液相傳質(zhì)總系數(shù)，m sCA+dCAdhPA+d Pa圖1-2雙膜模型的濃度分布圖Pi=PiC ai， Fl圖1-3填料塔的物料衡算圖若氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律： Ca HPa，則:1Kg1kgHkg1HKl丄ki(1-5)(1-6)當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)

5、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)過程受液膜傳質(zhì) 速率控制，此時(shí)，Kl kl。如圖1-3所示，在逆流接觸的填料層，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：dGASaL(1-7a)式中：Fl液相摩爾流率，kmol s 1 ；L液相摩爾密度,kmol m(1-7b)根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程式，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程:dGA Kl(Ca CA)aSdh聯(lián)立上兩式可得:dhFlKLaS LdCACaCa(1-8)式中：a 氣液兩相接觸的比表面積，m2 m1;s 填料塔的橫載面積，m。本實(shí)

6、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l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)填料層為一定值,則按下列邊值條件積分式（1-8c），可得填料層高度的計(jì)算公式:h 0， C A C A.2h h ， C A C A1(1-9)h 亙 CAdCKLaS % Ca Ca令 Hl 生，且稱HL為液相傳質(zhì)單元高度（HTU；KLaSCa1 dCN L，且稱N-為液相傳質(zhì)單元數(shù)（NTUCA2 Ca Ca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hHlNl(1-10)若氣液平衡關(guān)系遵循享利定

7、律，即平衡曲線為直線，則式（1-9）為可用解析法解得填料層咼度的計(jì)算式，亦即可米用下列平均推動力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度：hVslCA1C A2(1-11 )K-aSC AmNlhh(1-12)HlVslKl S式中CA.m為液相平均推動力，即C AmC A1 CA2(C A1 CA1)(CA2C A2)InC A.1C A2InC A1CA2CA1CA2(1-13)其中：CA1 HPai Hyi p0 , CA2 Hp A2 Hy2 p0 , P° 為大氣壓。 二氧化碳的溶解度常數(shù)：H koml m 3 Pa 1Mw E式中：w水的密度，kg m 3;Mw水的摩爾質(zhì)量,

8、(1-14)kg kmol 1E二氧化碳在水中的享利系數(shù)（見化工原理下冊第78頁），Pa。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)過程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，則液膜體積吸收系數(shù)等 于液相總體積吸收系數(shù)，亦即klaVsL Ca1Ca2KLahSC Am(1-15)四、實(shí)驗(yàn)裝置1、實(shí)驗(yàn)裝置主要參數(shù):吸收塔：第一套玻璃管徑 D = 0.050m；裝© 10X 10mm瓷拉西環(huán);第二套玻璃管徑D = 0.050m；裝第三套玻璃管徑D = 0.050m；裝第四套玻璃管徑D = 0.050m© 10X 10mm不銹鋼B環(huán)解吸塔：璃管徑

9、D = 0.050m；裝© 10X 10mm瓷拉西環(huán)；填料層高 度Z= 0.80m；風(fēng)機(jī)：XGB-12型，550V；二氧化碳鋼瓶1; 減壓閥1個(gè)（用戶自備）。流量測量儀表:CO轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號LZB-6 流量圍0.060.6m3/h；空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號LZB-10流量圍0.252.5m3/h;水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號LZB-10 流量圍16160 L/h；解吸收塔水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號 LZB-6流量圍660 L /h濃度測量：吸收塔塔底液體濃度分析準(zhǔn)備定量化學(xué)分析儀器一套;溫度測量：PT100鉑電阻，用于測定測氣相、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（見圖1-4）:圖1-4二

10、氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1- C02流量計(jì)；2- C02瓶減壓閥；3- CO 2鋼瓶；4-吸收用空氣流量計(jì)5-吸收用氣泵；6-放水閥；7、19-水箱放水閥；8-回水閥9-解吸塔；10-解吸塔塔底取樣閥；11-解吸液儲槽；12、15- U型管液柱壓強(qiáng)計(jì)；13-吸收液流量計(jì)；14-吸收液液泵；16-吸收液儲槽；17-吸收塔；18-吸收塔塔底取樣閥；20-解吸液流量計(jì)；21-解吸液液泵；22-空氣流量計(jì)；23-空氣旁通閥；24-解析氣風(fēng) 機(jī)3、二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置面板圖(見圖1-5)氣相溫度(°C)PV舊日日曰SVI880&I® ©液相溫度(&#

11、176;C)FVIB8BBI® ©sy laaasi氣泵風(fēng)機(jī)聲吸水吸收水 開關(guān)開關(guān)泵開關(guān)泵開關(guān)總電源開關(guān)圖1-5 實(shí)驗(yàn)裝置面板圖五、實(shí)驗(yàn)操作：實(shí)驗(yàn)前，往水槽中加入蒸餾水，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. 解吸塔中流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)操作(1) 開啟實(shí)驗(yàn)裝置的總電源，開動泵21，調(diào)節(jié)水流量計(jì)20，對填料塔潤濕1020分鐘。然后把水流量調(diào)節(jié)到指定流量(一般為100L/h);(2) 開動風(fēng)機(jī)24，從小到大調(diào)節(jié)空氣流量，觀察填料塔中液體流動狀況，并 記下空氣流量、塔壓降和流動狀況，液泛前記錄七個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，液泛以后，至少 記錄三個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)；(3) 關(guān)閉水和空氣流量計(jì)

12、，停止水泵和漩渦氣泵。2. 二氧化碳吸收-解吸傳質(zhì)系數(shù)的測定(水流量控制在 60L/h )(1) 打開閥門23,關(guān)閉閥門10、18。(2) 啟動吸收液泵14,將水經(jīng)流量計(jì)13打入吸收塔中，將流量調(diào)到指定流量。啟動解吸液泵21,將解吸液經(jīng)流量計(jì)20打入解吸塔中，同時(shí)啟動風(fēng)機(jī)24, 利用閥門23調(diào)節(jié)空氣流量（液泛流量以下）。（3）實(shí)驗(yàn)中注意吸收液流量計(jì)13和解吸液流量計(jì)20數(shù)值要一致，并注意吸 收液儲槽的液位，如果過高，需開大解吸液流量計(jì) 20，兩個(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。（4） 打開氣泵5,調(diào)節(jié)流量為0.7m3/h ；然后打開二氧化碳鋼瓶頂上的針閥 2, 向吸收塔通入二氧化

13、碳?xì)怏w（二氧化碳?xì)怏w流量計(jì) 1的閥門要全開），流量大 小由流量計(jì)讀出，控制在 0.3m3/h左右。（5） 操作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后（約 20分鐘），測量吸收塔塔底的水溫，同時(shí)取 樣測定吸收塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。3. 二氧化碳含量測定用移液管吸取O.1mol/L的Ba （OH 2溶液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 20 mL，用膠塞塞好振蕩。溶液中加入 23 滴甲酚紅指示劑搖勻，用O.lmol/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 HCl VhCI2V溶液molL1六、注意事項(xiàng):1. 開啟二氧化碳總閥前，要先關(guān)閉二氧化碳自動減壓閥和二氧化碳氨流量調(diào)節(jié) 閥。開啟時(shí)開度不宜過大2. 塔下部液封面的高度必須維持在空氣進(jìn)口管的下面，并接近進(jìn)口管。3. 滴定水中二氧化碳時(shí)，要求滴定同時(shí)不停振蕩。4. 分析CO濃度操作時(shí)動作要迅速，以免 CO從液體中溢出導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確七、報(bào)告容（1）畫出解析塔的流體力學(xué)性能圖（厶 P/zu的關(guān)系），確定載點(diǎn)、泛點(diǎn); 用其中一組