二氧化碳吸收實驗

填料吸取塔試驗裝置說明書天津大學化工根底試驗中心2023．10一、試驗目的:質性能理論的理解。二、試驗內容：測定填料層壓強降與操作氣速的關系，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，取兩個相差較〔傳質單元數(shù)和回收率〕和傳質效率〔傳質單元高度和體積吸取總系數(shù)〕。同時測定填料塔液側傳質膜系數(shù)和總傳質系數(shù)。三、試驗原理：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)，氣體通過填料層量下填料層的壓強降P與氣速u1所示：1填料層的P～u關系PPPΔ

體噴淋量L 0時，干填料的P～u的關系是直線，如圖0P～u的關系變成折線，并轉折點將P～u關系分為三個區(qū)段：既恒持液量區(qū)、載液泛區(qū)。傳質性能：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。二氧化碳吸取試驗依據(jù)雙膜模型的根本假設，氣側和液側的吸取質A的傳質速率方程可分別表達為氣膜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過程推動力的相際傳質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力的總傳質系數(shù)或簡稱為氣相傳質總系數(shù)，Gkmolm2s1Pa1；KL-ms1。假設氣液相平衡關系遵循享利定律：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 膜當氣膜阻力遠大于液膜阻力時，則相際傳質過程式受氣膜傳質速率掌握，此KG

k ；反之，當液膜阻力遠大于氣膜阻力時，則相際傳質過程受液膜傳gKL

k。lA的物料衡算可得：dG A

F dCL LL

〔7a〕F

kmols1；Lkmolm3。L依據(jù)傳質速率根本方程式，可寫出該微分段的傳質速率微分方程：dG KA F

(CA

C )aSdh〔7b〕AdCdh

LaSL

A 〔8〕CCA A式中：a——氣液兩相接觸的比外表積，m2·m-1；S——填料塔的橫載面積，m2。本試驗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，在整個填料層內為肯定值，則按以下邊值條件積分式〔8〕，可得填料層高度的計算公式：h VsL

CA1 dCA

〔9〕KaS C CCL A2 A AV令H L

sL HL為液相傳質單元高度〔HTU〕；KaSLN

CA1

dCA NL為液相傳質單元數(shù)〔NTU〕。L C CCA2 A A因此，填料層高度為傳質單元高度與傳質單元數(shù)之乘積，即hHL

N 〔10〕L假設氣液平衡關系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則式〔9〕為可用解析法解傳質單元高度：h VsL CA C1

A2〔11〕KaS CL AmN hHL

hV 〔12〕sL式中C 動力，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。因本試驗承受的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計，在此狀況數(shù)等于液相體積傳質總系數(shù)，亦即kaK

aVsLCA1CA2

〔15〕l四、試驗裝置：

L hS CAm試驗裝置主要技術參數(shù)：1.20mZ＝0.94m內裝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備定量化學器〔用戶自備PT100二氧化碳吸取試驗裝置流程示意圖(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-解吸風機；7-空氣旁通閥；8-V1-V19閥門；9-F1-F5轉子流量計；10-T1-T2溫度計試驗儀外表板圖(見圖5)五、試驗方法及步驟：測量吸取塔干填料層〔PZ

5試驗裝置面板圖〕～u翻開空氣旁路調整閥V7至全開，啟動解吸風機6。翻開空氣流量計F4下的V4,V75-8組數(shù)據(jù)。在對試驗數(shù)據(jù)進展分析處理后，在對數(shù)坐標紙上以空塔氣速u為橫坐標，單位高度的壓降PZ

PZ

)～uPZ

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

〕u關系曲線〔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，同時翻開二氧化碳鋼瓶調整減壓閥，調整二氧化碳轉子流量計F2，按二10—20%左右計算出二氧化碳的空氣流量。時在塔頂和塔底取樣，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

標準溶液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、試驗留意事項：CO2

總閥門前，要先關閉減壓閥，閥門開度不宜過大。CO2

濃度操作時動作要快速，以免CO2

從液體中溢出導致結果不準確。七、試驗數(shù)據(jù)記錄及處理〔僅供參考以實際數(shù)據(jù)為準1．試驗數(shù)據(jù)計算及結果〔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在對數(shù)坐標紙上以空塔氣速u

2PZ

為縱坐標作圖，標繪P～Z u

關系曲線〕L=60〔L/h〕Y1 1COV

=0.1〔m3/h〕2 CO21.2041.976CO實際流量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液相平均推動力為:CAm

的計算：C

C CA1

0.004= =0.0008〔kmol/m3〕Am CInCA.1 A2

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

(0.004750)=0.0669m/s0.0008(1)干填料時△P/z～u關系測定濕填料時△P/z～u關系測定填料吸取塔傳質試驗技術數(shù)據(jù)PZ～u關系曲線氣溫度，℃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序強降單位高度填料層壓強降量計讀數(shù)空塔氣速m/s號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填料層序壓強降單位高度填料層壓強降空氣轉子m3/h空塔氣速m/s操作現(xiàn)象mmHO/m2mmH2O號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;塔內徑:50ｍｍ序試驗裝置:CO2;吸取劑:水;塔內徑:50ｍｍ序號1名稱填料種類試驗數(shù)據(jù)陶瓷拉西環(huán)2填料層高度(m)0.943CO2轉子流量計讀數(shù)〔m3／h〕0.1004CO2轉子流量計處溫度〔℃〕34.25CO2的體積流量〔m3／h〕0.0786空氣轉子流量計讀數(shù)〔m3／h〕0.87水轉子流量計讀數(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(