CO2吸收填料塔試驗

1、實驗八二氧化碳吸收填料塔實驗一、實驗目的1 .了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流體力學性能。2 .學習填料塔的液膜傳質(zhì)膜系數(shù)、總傳質(zhì)系數(shù)的測定方法，加深對傳質(zhì)過程原理的理解。二、實驗內(nèi)容.測定填料層壓強降與操作氣速的關系，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，測定填料塔的液膜傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù)。三、實驗原理.氣體通過填料層的壓強降壓強降是塔設計中的重要參數(shù)，氣體通過填料層壓強降的大小決定了塔的動力消耗。壓強降與氣液流量有關，不同噴淋量下的填料層的壓強降AP與氣速u的關系如圖8-1所示：當無液體噴淋即噴淋量L0=0時，干填料的APu的關系是直線，如圖中的直線00當有一定的噴淋

2、量時，APu的關系變成折線，并存在兩個轉(zhuǎn)折點，下轉(zhuǎn)折點稱為載點”，上轉(zhuǎn)折點稱為泛點”。這兩個轉(zhuǎn)折點將APu關系分為三個區(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)過程的有關單元操作中，應用十分廣泛，實驗研究傳質(zhì)過程的控制步驟，測定傳質(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，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以分壓表達推動力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，kmol?m-2?s-1?Pa-1;kl以物質(zhì)的量濃度表達推動力的液側(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)過程推動力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達為GA=KGA(pA-p*A)(83)GA=KLA(CA-CA)(84)式中：pA液相中A組分的實際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；CA氣相中A組分的實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力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡稱為氣相傳質(zhì)總系

4、數(shù)，*-3*kmol?m-2?s-1?Pa-1;KL以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡稱為液相傳質(zhì)總系數(shù)，m?so-1若氣液相平衡關系遵循享利定律：CA=HpA,則111(85)=+KGkgHKl1H1=+(86)KLkgkl當氣膜阻力遠大于液膜阻力時，則相際傳質(zhì)過程式受氣膜傳質(zhì)速率控制，此時，KG=kg；反之,當液膜阻力遠大于氣膜阻力時，則相際傳質(zhì)過程受液膜傳質(zhì)速率控制，此時，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。本實驗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，且設總傳質(zhì)系數(shù)KL和兩相接觸比表面積a,在整個填料層內(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算公式：h=0,CA=CA.2h=h,CA=CA1CA1VsLdCA(87)h=?*KLaSCA2C

6、A-CA令HL=VsL,且稱HL為液相傳質(zhì)單元高度(HTU);KLaSdCA,且稱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)若氣液平衡關系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則(7)式為可用解析法解得填料層高度的計算式，亦即可采用下列平均推動力法計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為液相平均推動力，即?CAm*?CA1-?CA2(CA2-CA2)-(CA1-CA1)(811)=*?CA.

7、2c2-CA2InlnA* ?CA1CA1-CA1因為本實驗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)式可簡化為-1?CAm=CA1(814)*Cln*ACA-CA1因本實驗采用的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計，在此情況下，整個傳質(zhì)過程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，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、實驗流程及主要設備參數(shù)本實驗裝置由填料吸收塔、二氧化碳鋼瓶、水槽、水泵、空氣壓縮機和各種測量儀表組成，其流程如圖所示：二氧化碳吸收-解吸實驗裝置流程1.CO2鋼瓶；2.減壓閥；3.CO2流量計；4水流量計；5.水泵；6.填料吸收塔；7.吸收塔液封8.液位計；9.吸收塔壓差計；10.閥門；11.解吸塔壓差計；12.水槽；13.填料解吸塔；14.解吸塔液封；15.空氣流量計；16.空氣壓縮機；17.水流量計；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)(純二氧化碳氣體)由鋼

9、瓶經(jīng)二次減壓閥，調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子流量計，進入塔底，氣體由下向上經(jīng)過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，進入塔頂，再噴灑而下；吸收后溶液由塔底流出進入解吸塔頂，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)過填料層與液相逆流接觸，自塔頂放空。U形液柱壓差計用以測量塔底壓強和填料層的壓強降。五、實驗方法實驗前，往水槽中加入蒸儲水，檢查各流量計調(diào)節(jié)閥，以及二氧化化碳的減壓閥是否均已關嚴。1、二氧化碳吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定1.打開閥門10,調(diào)節(jié)吸收塔液封高度(與操作的水流量相對應)。2.打開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4到給定值，操作達到穩(wěn)定狀態(tài)之后穩(wěn)定吸收十分鐘，測量兩塔底的水溫。同時，測定塔底溶液中二氧化碳的含量，以及塔的壓強降。2、溶液中二氧化碳含量的測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。直到其脫除紅色的瞬時為止，由空白試驗與溶液滴定用量之差值，按下式計算得出溶液中二氧化碳的濃度：CCO2=六、實驗注

11、意事項2CBa(OH)2VBa(OH)2-CHClVHCl2V溶液mo?lL(816)-11 .本實驗內(nèi)容中解吸流程處于關閉狀態(tài)，僅做吸收實驗。2 .實驗過程中要嚴格調(diào)節(jié)吸收塔下部進氣口處的液位，要控制其保持一定高度，且要低于進氣口，防止二氧化碳氣下竄。調(diào)節(jié)吸收液的進出流量以維持塔底液位。3、實驗過程中要注意蓄水槽中的水位，保證實驗的順利完成。4、調(diào)節(jié)氣、水流量時要緩慢調(diào)節(jié)，防流量過大損壞流量計。七、實驗報告要求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，并列出一組計算示例。2.分析實驗結(jié)果，討論實驗過程中各控制參數(shù)對吸收過程的影響。3.請回答思考題。八、思考題.試分析空塔氣速和噴淋密度這兩個因素對吸收系數(shù)的影響。在本實驗中，那個因素是主要的，為什么？1 .要提高吸收液的濃度有什么辦法（不