二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書(shū)

.PAGE10.二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明書(shū)仁愛(ài)化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心王立軒2014．05一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.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(cè)定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)填料層的壓強(qiáng)降：ΔP,kPa壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),氣體通過(guò)填料層壓強(qiáng)降的大小決定了塔的動(dòng)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)降與氣速的關(guān)系如圖1ΔP,kPa圖1-1填料層的～關(guān)系當(dāng)無(wú)液體噴淋即噴淋量時(shí),干填料的～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),～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(chēng)為"載點(diǎn)",上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱(chēng)為"泛點(diǎn)"。這兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)將～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(guò)程速率高低的重要參數(shù),而實(shí)驗(yàn)測(cè)定是獲取吸收系數(shù)的根本途徑。對(duì)于相同的物系及一定的設(shè)備〔填料類(lèi)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。〔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〔1-1液膜〔1-2式中：—A組分的傳質(zhì)速率,；—兩相接觸面積,m2；—?dú)鈧?cè)A組分的平均分壓,Pa；—相界面上A組分的平均分壓,Pa；—液側(cè)A組分的平均濃度,—相界面上A組分的濃度—以分壓表達(dá)推動(dòng)力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù),;—以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動(dòng)力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù),。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)速率方程又可分別表達(dá)為：〔1-3〔1-4式中：—液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓,Pa；—?dú)庀嘀蠥組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃度,；—以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡(jiǎn)稱(chēng)為氣相傳質(zhì)總系數(shù),；-以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù),或簡(jiǎn)稱(chēng)為液相傳質(zhì)總系數(shù),。dh相界面距離液膜氣膜濃度P2=PA2Cdh相界面距離液膜氣膜濃度PAPAiCAiCAPACAPA+dPACA+dCAP1=PA1CA1,FL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若氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：,則：〔1-5〔1-6當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí),則相際傳質(zhì)過(guò)程式受氣膜傳質(zhì)速率控制,此時(shí),；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)速率控制,此時(shí),。如圖1-3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：〔1-7a式中：——液相摩爾流率,；——液相摩爾密度,。根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程式,可寫(xiě)出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程：〔1-7b聯(lián)立上兩式可得：〔1-8式中：——?dú)庖簝上嘟佑|的比表面積,m2·m-1；——填料塔的橫載面積,m2。本實(shí)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,液相摩爾流率和摩爾密度的比值,亦即液相體積流率可視為定值,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)填料層內(nèi)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：,,〔1-9令,且稱(chēng)HL為液相傳質(zhì)單元高度〔HTU；,且稱(chēng)NL為液相傳質(zhì)單元數(shù)〔NTU。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〔1-10若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律,即平衡曲線為直線,則式〔1-9為可用解析法解得填料層高度的計(jì)算式,亦即可采用下列平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度：〔1-11〔1-12式中為液相平均推動(dòng)力,即〔1-13其中：,,為大氣壓。二氧化碳的溶解度常數(shù)：〔1-14式中：——水的密度,——水的摩爾質(zhì)量,；——二氧化碳在水中的享利系數(shù)〔見(jiàn)化工原理下冊(cè)第78頁(yè),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(guò)程阻力都集中于液膜,即屬液膜控制過(guò)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〔1-15四、實(shí)驗(yàn)裝置1、實(shí)驗(yàn)裝置主要參數(shù)：吸收塔：第一套玻璃管內(nèi)徑D＝0.050m；內(nèi)裝φ10×10mm瓷拉西環(huán)；第二套玻璃管內(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＝0.050mφ10×10mm不銹鋼θ環(huán)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；風(fēng)機(jī)：XGB-12型,550W；二氧化碳鋼瓶1；減壓閥1個(gè)〔用戶(hù)自備。流量測(cè)量?jī)x表：CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6流量范圍0.06～0.6m3／h；空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-10流量范圍0.25～2.5m3／h；水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-10流量范圍16～160L／h；解吸收塔水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6流量范圍6～60L／h濃度測(cè)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(cè)量：PT100鉑電阻,用于測(cè)定測(cè)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(jiàn)圖1-4>：圖1-4二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-CO2流量計(jì)；2-CO2瓶減壓閥；3-CO2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(chǔ)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(chǔ)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(jiàn)圖1-5>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(kāi)啟實(shí)驗(yàn)裝置的總電源,開(kāi)動(dòng)泵21,調(diào)節(jié)水流量計(jì)20,對(duì)填料塔潤(rùn)濕10～20分鐘。然后把水流量調(diào)節(jié)到指定流量〔一般為100L/h；〔2開(kāi)動(dòng)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(dòng)狀況,并記下空氣流量、塔壓降和流動(dòng)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),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(cè)定〔水流量控制在60L/h〔1打開(kāi)閥門(mén)23,關(guān)閉閥門(mén)10、18。〔2啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)風(fēng)機(jī)24,利用閥門(mén)23調(diào)節(jié)空氣流量〔液泛流量以下?！?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(chǔ)槽的液位,如果過(guò)高,需開(kāi)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?！?打開(kāi)氣泵5,調(diào)節(jié)流量為0.7m3/h；然后打開(kāi)二氧化碳鋼瓶頂上的針閥2,向吸收塔內(nèi)通入二氧化碳?xì)怏w〔二氧化碳?xì)怏w流量計(jì)1的閥門(mén)要全開(kāi),流量大小由流量計(jì)讀出,控制在0.3m3/h左右?！?操作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后〔約20分鐘,測(cè)量吸收塔塔底的水溫,同時(shí)取樣測(cè)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(cè)定用移液管吸取0.1mol/L的Ba〔OH2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20mL,用膠塞塞好振蕩。溶液中加入2～3滴甲酚紅指示劑搖勻,用0.1mol/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：六、注意事項(xiàng)：1.開(kāi)啟二氧化碳總閥前,要先關(guān)閉二氧化碳自動(dòng)減壓閥和二氧化碳氨流量調(diào)節(jié)閥。開(kāi)啟時(shí)開(kāi)度不宜過(guò)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CO2濃度操作時(shí)動(dòng)作要迅速,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〔1畫(huà)出解析塔的流體力學(xué)性能圖〔△P/z～u的關(guān)系,確定載點(diǎn)、泛點(diǎn)；用其中一組數(shù)據(jù)寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程?！?