填料吸收塔體積傳質(zhì)系數(shù)的測定

1、實(shí)驗(yàn)六填料吸收塔體積傳質(zhì)系數(shù)的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解填料塔吸收裝置的基本結(jié)構(gòu)及流程；2. 掌握總體積傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；3. 了解氣體空塔速度和液體噴淋密度對總體積傳質(zhì)系數(shù)的影響;二、基本原理氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、廉價，所以氣體吸收實(shí)驗(yàn)常選才iCO2作為溶質(zhì)組分。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收空氣中的CO2組分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使預(yù)先將一定量的CO2氣體通入空氣中混合以提高空氣中的含量仍然很低，所以吸收的計算方法可按低濃度來處理，并且此體系CO2濃度，水中的CO2CO2氣體的解吸過程屬于液膜控制。因此，本實(shí)驗(yàn)主要測定Kxa和Hol。1.計算公式填料層高度

2、Z為ITxidx7=HOLx2x-xNol式中：LF#通過塔截面白摩爾流量，kmol/(m2s);Kxa以4X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol/(m3,s);Hol液相總傳質(zhì)單元高度，m;Nol液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸U因數(shù)A=L/mG1y1-mx2Nol=-ln(1-A)-2A1 -Ay1-mx12 .測定方法(1)空氣流量和水流量的測定本實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)子流量計測得空氣和水的流量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件(溫度和壓力)和有關(guān)公式換算成空氣和水的摩爾流量。(2)測定填料層高度Z和塔徑D;(3)測定塔頂和塔底氣相組成yi和y2;(4)平衡關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的平衡關(guān)系可寫成y=mx式中：m相平衡常數(shù)，m

3、=E/P;E亨利系數(shù)，E=f，Pa,根據(jù)液相溫度由附錄查得;P總壓,Pa,取1atm。對清水而言，X2=0,由全塔物料衡算G(%-y2)=L(Xi-X2)可得Xi。三、實(shí)驗(yàn)裝置1 .裝置流程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)裝置流程：由自來水來的水經(jīng)離心泵加壓后送入填料塔塔頂經(jīng)噴頭噴淋在填料頂層。由壓縮機(jī)送來的空氣和由二氧化碳鋼瓶來的二氧化碳混合后，一起進(jìn)入氣體中間貯罐，然后再直接進(jìn)入塔底，與水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)行質(zhì)量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計后放空，由于本實(shí)驗(yàn)為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實(shí)驗(yàn)過程看成是等溫操作。圖1吸收裝置流程圖1、2-手閥3-取樣口4-排氣口5-取

4、樣口6-有機(jī)玻璃塔節(jié)7-噴淋頭8-壓力表9-氣體流量調(diào)節(jié)閥門10-氣體轉(zhuǎn)子流量計11-氣體取樣口12-氣體溫度傳感器13-儀表控制箱14-液體溫度傳感器15-液體流量調(diào)節(jié)閥16-液體轉(zhuǎn)子流量計17-壓力表18-壓力定值調(diào)節(jié)閥19-空氣壓縮機(jī)20-CO2鋼瓶21-減壓閥2 .主要設(shè)備(1)吸收塔：高效填料塔，塔徑100mm,塔內(nèi)裝有金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，填料層總高度1200mm。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。(2)填料：金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，規(guī)格：100X100。(3)轉(zhuǎn)子流量計；介質(zhì)條件取人流里最小刻度標(biāo)定介質(zhì)

5、標(biāo)定條件空氣4m3/h0.4m3/h空氣20C1.0133X105PaCO2250L/h25L/h空氣20C1.0133X105Pa水600L/h60L/h水20c1.0133x105Pa(4)空壓機(jī)：壓力0.8MPa,排氣量0.08m3/min；(5)二氧化碳鋼瓶鋼瓶；四、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項1 .實(shí)驗(yàn)步驟(1)熟悉實(shí)驗(yàn)流程及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項；(2)打開儀表電源開關(guān)；(3)開啟液體調(diào)節(jié)閥門，讓水進(jìn)入填料塔潤濕填料，仔細(xì)調(diào)節(jié)液體調(diào)節(jié)閥門，使液體轉(zhuǎn)子流量計流量穩(wěn)定在某一實(shí)驗(yàn)值。(塔底液封控制：仔細(xì)調(diào)節(jié)閥門2的開度，使塔底液位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過高溢滿或過

6、低而泄氣；(4)啟動空壓機(jī)，打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥(注意減壓閥的開關(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時針為開，逆時針為關(guān))，使其壓力穩(wěn)定在0.10.2Mpa左右；(5)調(diào)節(jié)CO2轉(zhuǎn)子流量計的流量，使其穩(wěn)定在某一值；(6)待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的讀數(shù)，并讀取各溫度讀數(shù)，進(jìn)行取樣并分析出塔頂、塔底氣相組成；(7)實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉CO2轉(zhuǎn)子流量計，液體轉(zhuǎn)子流量計，再關(guān)閉空壓機(jī)電源開關(guān)，清理實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)場地。2 .注意事項(1)固定好操作點(diǎn)后，應(yīng)隨時注意調(diào)整以保持各量不變。(2)在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩(wěn)定時間，一定要等到穩(wěn)定以后方能讀取有關(guān)數(shù)據(jù)。(3)由于CO?

7、在水中的溶解度很小，因此，在分析組成時一定要仔細(xì)認(rèn)真，這是做好本試驗(yàn)的關(guān)鍵。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理項目J2333.0147774567空氣流量計顯示值，m3/hr計前表壓，mmH2O溫度，CCO2流量計顯示值，m3/hr計前表壓，mmH2O溫度，C水量流量計顯示值，m3/hr溫度，c壓力大氣壓，kPa塔頂表壓，mmH2O填料層表壓，mmH2O濕式流初讀數(shù)終讀數(shù)壓力降，mmH2O溫度，C1 .在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪圖表示二氧化碳解吸時體積傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度與氣體流量的關(guān)系。2 .列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計算示例。六、思考題1 .本實(shí)驗(yàn)中，為什么塔底要有液封？液封高度如何計算？2 .測定Kxa有什么工程意義

8、？3 .當(dāng)氣體溫度和液體溫度不同時，應(yīng)用什么溫度計算亨利系數(shù)？附：二氧化碳液相濃度的氣敏電極分析法1 .原理二氧化碳?xì)饷綦姌O是基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極，實(shí)際上是一種化學(xué)電池，它以平板玻璃電極為指示電極AgAgCl為外參比電極，這對電極組裝在一個套管中，管中盛有電解質(zhì)溶液（電極內(nèi)充液），管底部緊靠選擇性電極敏感膜。裝有透氣膜使電解液與外部試液隔開，如圖433所不'。圖433CO2氣敏電極示意】一電極管；2-PH玻整圍整？3一電械內(nèi)充液；“玻璃電極數(shù)感震，5一透氣膜】6電解質(zhì)溶液商展，7可和電捱空:8-*干電極內(nèi)盤比溶液，9一內(nèi)參比電極10A用一.4式！外參比電檢測定試液中CO2時，向試

9、液中加入適量的酸，使HCO3轉(zhuǎn)化成CO2氣體，CO2氣體擴(kuò)散透過透氣膜，進(jìn)入氣敏電極的敏感膜與透氣膜間的極薄液層內(nèi)，使得NaHCO3電解質(zhì)溶液平衡發(fā)生移動，由玻璃電極測得其pH值的變化，從而間接測得試液中CO2濃度。CO2氣敏電極與AgAgCl電極組成如下工作電池：根據(jù)理論分析，此時電池的電動勢為E=K一(2.303RT/F)-1ogHCO3-(430)可見，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，溶液中HCO3濃度的對數(shù)值與電池的電動勢E成線性關(guān)系。為此，可配制一系列已知HCO3濃度的溶液，測出其相應(yīng)的電動勢，然后把測得的E值logHCO3值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(或回歸成E與logHCO3的線性關(guān)系)，在同樣條件下測出

10、對應(yīng)于欲測溶液的E值，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得試液中的HCO3(或由回歸方程求得)。2 .測試裝置與方法(1)測試儀器PHS-3C型酸度計(上海雷磁分析儀器廠)。502型CO2氣敏電極(江蘇電分析儀器廠)。501型超級恒溫槽。電磁攪拌器，玻璃夾套杯。50c精密溫度計。(2)裝置流程CO2氣敏電極測量裝置流程如圖4-34所示。（3）實(shí)驗(yàn)用藥品NaCl（分析純），NaHCO3（分析純），濃硫酸（化學(xué)純），檸檬酸三鈉，AgCl晶體。（4）試驗(yàn)方法（i）溶液配制電極內(nèi)充液準(zhǔn)確稱取0.8401gNaHCO3（室溫干燥24h）和5.844gNaCI（100C干燥），溶于AgCI飽和液中。1pHs-3咄酸度計，

11、2-電磁攪拌髀；3超級恒溫槽4一接觸溫度計.5精密溫度計*6氣地阻極，？一玻璃夾套杯8一攪拌棒配制成1000ml溶液。NaHCO3標(biāo)準(zhǔn)液準(zhǔn)確稱取8.40lgNaHCO3（室溫干燥24h）.溶于去離子水中，井稀釋成1000ml,即成10-1mol/L溶液,然后逐級稀釋成10-210-6mol/L的NaHCO3標(biāo)準(zhǔn)液。0.5mol/LH2SO4溶液量取98%濃硫酸27.2mL,用水稀釋成1000mL即可配得。0.333mol/L檸檬酸三鈉溶液稱取148.5g檸檬酸三鈉，溶于1000ml水中。（ii）電極預(yù)處理取出玻璃平板電極浸泡在去離子水中，活化24h以上。但要注意，AgAgCI電極在活化時不要浸

12、入水中?；罨蟮牟Ａ桨咫姌O用去離子水和電極內(nèi)充液沖洗，套管亦先后用去離子水和電極內(nèi)充液沖洗，然后往其中加入一定的內(nèi)充液，裝好電極。將電極置于去離子水中反復(fù)沖洗直至E>450mV,這時取出電極，吸干水分，電極方可使用。（iii）試驗(yàn)方法取25ml試液置于玻璃夾套杯中，開動恒溫水浴和電磁攪拌器，并向杯中注人2.5ml、0.333mol/L檸檬酸三鈉溶液，等溫度穩(wěn)定后，再向杯內(nèi)加5ml,0.5mol/LH2SO4溶液，等酸7頁度計所顯毫伏數(shù)降至最低時，記下該讀數(shù)值，這就是所要測得的數(shù)據(jù)。倒去杯內(nèi)試液，用去離子水沖洗玻璃夾套杯和電極，使電極的毫伏數(shù)E>450mV,用濾紙吸干電極套管外殼及膜外的水分，再測另一試液。測量大量試樣時，應(yīng)盡可能先測低濃度，后測高濃度，這樣可以縮短平衡時間。3.數(shù)據(jù)處理(1)ElgCO2的關(guān)系：按上述實(shí)驗(yàn)方法：在每次開實(shí)驗(yàn)前，由實(shí)驗(yàn)室人員測定30c時NaHCO3標(biāo)準(zhǔn)液的毫伏數(shù)，并回歸出Elg(CO2)關(guān)系式，并存于吸收實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理程序中，供實(shí)驗(yàn)者使用。(2)