二氧化碳吸收与解吸实验

二氧化碳吸取与解吸试验一、试验目的了解填料吸取塔的构造、性能和特点，练习并把握填料塔操作方法；通过试验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能根本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。把握填料吸取塔传质力气和传质效率的测定方法，练习试验数据的处理分析。二、试验内容测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在确定液体喷淋量下的液泛气速。固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度下，取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质力气〔传质单元数和回收率〕和传质效率〔传质单元高度和体积吸取总系数〕。进展纯水吸取二氧化碳、空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。三、试验原理：气体通过填料层的压强降：压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小打算了塔的动力消耗。压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下Pu的关系如图一所示：L3＞L3＞L2＞L1L0=0aPk,P3210图一填料层的 P～u关系当液体喷淋量L0 0时，干填料的P～u的关系是直线，如图中的直线0。1当有确定的喷淋量时， P～u的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点段：既恒持液量区、载液区及液泛区。

P～u关系分为三个区传质性能：吸取系数是打算吸取过程速率凹凸的重要参数，试验测定可猎取吸取系数。对于一样的物系及确定的设备〔填料类型与尺寸〕，吸取系数随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。1.-解吸试验依据双膜模型的根本假设，气侧和液侧的吸取质A的传质速率方程可分别表达为气膜 GA kgA(pA pAi)液膜 GA klA(CAi CA)

〔1〕〔2〕式中：GA—A组分的传质速率，kmoI s1；PAAPa；PAi—相界面上A组分的平均分压，Pa；CAAkmolm3CAi—相界面上A组分的浓度kmolm3kg—以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmolm2s1Pa1;kl—以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，

ms1。以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为： GA KGA(pA pA)GA KLA(CA CA)

〔3〕〔4〕pAA组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，CAA组分的实际分压所要求的液相平衡浓度，

Pa；kmol m3；KG kmol m2 s1 Pa1；2KL-以气相分压表示推动力的总传质系数，或简称为液相传质总系数， ms1。假设气液相平衡关系遵循享利定律：CA HpA，则：1 1KG 1 HKL

11kl

〔5〕〔6〕相界 面浓度PAPAiCAiCA

P=P C ，F2 A2 A2 LdhCP CCA A A气 液 距离膜 膜P+dPA AP=P C1 A1

C +dCAAF，FA1 L图二双膜模型的浓度分布图 图三填料塔的物料衡算图当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程式受气膜传质速率把握，此KGkg；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传KLkl。如图三所示，在逆流接触的填料层内，任意载取一微分段，并以此为衡算系统，A的物料衡算可得：dGA FLdCAL式中：FL——液相摩尔流率，kmol s1；

〔7a〕L——液相摩尔密度，kmol m3。依据传质速率根本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程：

dGA FLdh

CA)aSdhdCA

〔7b〕〔8〕KLaSL CA CA2-1式中：a——气液两相接触的比外表积， m·m ；2S——填料塔的横载面积，m。本试验承受水吸取纯二氧化碳，且二氧化碳在常温常压下溶解度较小，FL和摩尔密度L的比值，亦即液相体积流率(Vs)L可视为定值，且设总传质系数KL

和两相接触比外表积a，在整个填料层内为确定值，则按以下边值条件积分式〔8〕，可得填料层高度的计算公式：0C Ch A A.2 hh

hVCAsL

CA1C dCA

〔9〕V令 sLHL KLaS

A1KLaS CA2CA CA为液相传质单元高度〔HTU〕；LNNC dCA ，且称L为液相传质单元数〔NTU〕。NNA1AAL C C CAAA2因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即h HL NL 〕假设气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则式〔9〕为可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可承受以下平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度：VsLhKLaS

C CA1 A2 〔11〕CAmVh hVLNLHL sLKL

〕式中CA.m为液相平均推动力，即6A1CA1CA2C(CA1A.1CA2C1)A1lnCCA2)〕AmInA1CA2CA2其中：CA1 HpA1 Hy1p0,CA2HpA2Hy2p0P0为大气压。二氧化碳的溶解度常数：HwMw1Ekomlm3Pa1〔14〕式中：w——水的密度，kg m3;Mw——水的摩尔质量，kgkmol1；E——二氧化碳在水中的享利系数〔见化工原理下册第78页〕，Pa。因本试验承受的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此状况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，数等于液相体积传质总系数，亦即即属液膜把握过程，则液侧体积传质膜系klaKLaVsLCCA1 A2C〔15〕hS Am四、试验装置：试验装置主要技术参数：填料塔：玻璃管内径D＝0.050mZ＝0.78m；

塔高1.00m 装φ10×10mm瓷拉西环；风机：XGB-12型550W；二氧化碳钢瓶1 个； 减压阀1个〔用户自备〕。CO转子流量计型号LZB-62

30.06～0.6mh；空气转子流量计：型号LZB-10 流量范围0.25～2.5m3／h；吸取水转子流量计：型号LZB-10 流量范围16～160L／h；解吸水转子流量计：型号LZB-10 流量范围16～160L／h浓度测量：吸取塔塔底液体浓度分析预备定量化学器〔用户自备〕 ；PT100铂电阻，用于测定测气相、液相温度。二氧化碳吸取与解吸试验装置流程示意图()图四二氧化碳吸取与解吸试验装置流程示意图1-CO22-CO23-CO24-5-吸取用6、8-7、19-9-10-解吸塔塔底取样阀；11-解吸液储槽；12、15-U型管液柱压强计；13-吸取液流量计；14-解吸液液泵；16-17-18-20-21-吸22-23-24-风机()图五试验装置面板图五、试验方法及步骤：测量吸取塔干填料层〔△P／Z〕～u关系曲线〔只做解吸塔〕：翻开空气旁路调整阀5至全开，启动风机。翻开空气流量计,渐渐关小阀门5PU形管液柱压差计11的数值，然后转变空气流量，空气流量从小到大共测定8-10组数据。在对u为横坐标，单位高度的压PZ(△P／Z)～u关系曲线。测量吸取塔在喷淋量下填料层(△P／Z)～u关系曲线：将水流量固定在104L／h〔水流量大小可因设备调整〕，承受上面一样步骤调整空气流量，稳定后分别读取并记录填料层压降△ P、转子流量计读数和流量计处所显示的空气温度，操作中随时留意观看塔内现象，一旦消灭液泛，马上登记对应空气转子流量计读数。依据试验数据在对数坐标纸上标出液体喷淋量为100L／h时的〔△P／z〕～u?关系曲线，并在图上确定液泛气速，与观看到的液泛气速相比较是否吻合。二氧化碳吸取传质系数测定：吸取塔与解吸塔〔水流量把握在40L/h〕〕5，关闭阀门913。〕启动吸取液泵2将水经水流量计14计量后打入吸取塔中，然后翻开二氧化碳钢瓶顶上的针阀20，向吸取塔内通入二氧化碳气体〔15的阀门要全开〕，流量大小由流量计读出，把握在0.2m3/h左右。〔3〕吸取进展15分钟后，启动解吸泵 2，将吸取液经解吸流量计7计量后打入3解吸塔中，同时启动风机，利用阀门5 调整空气流量〔约0.5m／h〕对解吸塔中的吸取液进展解吸。〕操作到达稳定状态之后，测量塔底的水温，同时取样，测定两塔塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量。〔试验时留意吸取塔水流量计和解吸塔水流量计数值要全都，并留意解吸水箱中的液位，两个流量计要准时调整，以保证明验时操作条件不变〕〕二氧化碳含量测定Ba〔OH〕10mL，放入三角瓶中，并从塔底附设的取样口210mL2～3滴酚酞指示剂摇匀，0.1M的盐酸滴定到粉红色消逝即为终点。按下式计算得出溶液中二氧化碳浓度：C 2CBa(OH)2VBa(OH)2CHClVHClCO2 2V溶液

molL1六、试验留意事项：CO总阀门前，要先关闭减压阀，阀门开度不宜过大。2试验中要留意保持吸取塔水流量计和解吸塔水流量计数值全都，并随时关注水箱中的液位。CO2浓度操作时动作要快速，以免CO2从液体中溢出导致结果不准确。七、试验数据记录试验装置填料塔流体力学性能测定〔干填料〕解吸塔序号 空气转子流量计读数／m3/h mmH2O温度10.2520.531.041.552.062.5试验装置填料塔流体力学性能测定〔湿填料〕P/z～u关系测定L=160号空气转子流量计读数号空气转子流量计读数/m3/h 填料层压强降/mmHO 温度操作现象210.2520.530.740.850.961.071.181.291.3101.4111.5121.6131.7

填料层高度Z=0.78m 塔径D=0.05m解吸塔 水流量：试验装置填料吸取塔传质试验数据填料吸取塔传质试验数据表被吸取的气体:纯CO 吸取剂:水2塔类型填料种类

:50mm吸取塔瓷拉西环填料层高(m)2转子流量计读数〔

m3／h〕

0.800.200CO2转子流量计处温度〔℃〕空气转子流量计读数〔 3／〕m h水转子流量计读数〔l/h〕CO2Ba(OH)2的体积〔ml〕样品的体积〔ml〕滴定塔底吸取液用盐酸的体积(ml)滴定空白液用盐酸的体积(ml)氢氧化钡及盐酸浓度标定盐酸浓度标定

0.50040.0序号2 3NaCO 质量/gHCl/ml

1 2 3序号 1 2 3邻苯二甲酸氢钾质量/gBa(OH)2/ml八、试验数据处理试验数据计算及结果:试验数据计算过程(以一组数据为例)。试验数据计算例如〔1〕填料塔流体力学性能测定〔以解吸填料塔干填料数据为例〕转子流量计读数0.5m3/h；U2.0mmHO2

V2＝

0.53600〔/4)

0.0502

0.07〔m/s〕单位填料层压降： P ＝2/0.78 Z 2〔2)传质试验2 CO 转子流量计处温度16.1 2 16.1℃下二氧化碳气体密度 co2=1.976Kg/m 32COV

Air co2

1.2041.976

=0.156〔／h〕空气转子流量计读数VAir

=0.500 m／h〕△吸取液浓度计算吸取液消耗盐酸体积V=30.10ml，则吸取液浓度为：12C V C VBa(OH)2CA1

Ba(OH)22V2V

l

HCl=20.1798210 －0.11130.1 =0.01277(kmol/m )32 10△吸取剂二氧化碳浓度计算因纯水中含有少量的二氧化碳，所以纯水滴定消耗盐酸体积 V=32.3ml，则

浓度为：22CCA2

Ba(OH)2

VBa(OH)22V溶液

CHCl

VHCl= 20.17982 100.111 32.3=0.00056(kmol/m3)2 10△塔底的平衡浓度计算塔底液温度t=7.9 ℃，由附录可查得 CO亨利系数E=0.9735 ×105KPa2CO的溶解度常数为：2wH 1=1000 1wEMw 18 0.973510 8

〔kmol-710

m3 Pa1〕

y = 0.1561 0.156

=0.23810*＝×=H×y×P

=5.7×10-7×0.238×101325=0.013759

〔kmol/m3〕HPHPA1△塔顶的平衡浓度计算由物料平衡得塔顶二氧化碳含量 L(C -C )=V(y-y)A2 A1 1 2y=y- L2 1

(40 )(CA2 CA1)=0.238- 1000V

(0.01277 0.5

=0.216( )22.4C×C* A2

=H×y×P2

=5.706×10-7×0.2161×101325=0.012493 〔kmol/m3〕0=H PA2△液相平均推动力计算

CCA2 〔

CA2* CA2) (C * C )CC ＝

CA1 A1A2Am ln CA2

*A2 A2Aln CCC*CCA1 A1

.1

1277)(0.0137 0.00056)(0.016521ln0.0137 0.000560.01249 0.01277

=0.0044(kmol/m3)因本试验承受的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此状况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，属液膜把握过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即VsL CA1 CA2kla KLa ChS Am40103/3600=

(0.012770.00056)

=0.0049(m/s)

0.83.14 (0.050)2/4

0.0049表一试验装置填料塔流体力学性能测定〔干填料〕P/z～u关系测定L=0 Z=0.78m

D=0.05m单位高度填料层序号 mmHO212122.60.50.07245.110.14379.01.50.2141316.720.2851620.52.50.35

压强降mmHO/m

3计读数m/h

空塔气速m/s1112表二试验装置填料塔流体力学性能测定〔湿填料〕P/z～u关系测定L=160 Z=0.78m

D=0.05m)序号

量计读数

操作现象降mmHO2

2

m3/h

m/s12.02.60.250.04正常210.012.80.500.07正常323.029.50.700.10正常435.044.90.900.13正常555.070.51.100.16正常669.088.51.200.17正常7110.0141.01.300.18正常8145.0185.91.400.20正常9195.0250.01.500.21液泛10260.0333.31.600.23液泛11300.0384.61.700.24液泛表三：试验装置填料吸取塔传质试验技术数据表填料吸取塔传质试验数据表被吸取的气体:被吸取的气体:塔类型CO:水:50ｍｍ吸取塔填料种类瓷拉西