二氧化碳吸收与解吸实验.docx

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二氧化碳吸收与解吸实验

二氧化碳吸收与解吸实验

—、实验目的

1•了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并把握填料塔操作方式；通过实验测定数据的处置分析,加深对填料塔流体力学性能大体理论的明白得，加深对填料塔传质性能理论的明白得。

2•把握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方式，练习实验数据的处置分析。

二、实验内容

1.测定填料层压强降与操作宅速的关系,确信在必然液体喷淋量下的液泛宅速。

2.固定液相流量和入塔混合宅二氧化碳的浓度，在液泛速度下，取两个相差较大的宅相流量，别

离测量塔的传质能力（传岳单元数和回收率）和传质效率（传岳单元高度和体积吸收总系数）。

3.进行纯水吸收二氧化碳、空宅解吸水中二氧化碳的擾作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数

和总传底系数。

三、实验原理：

气体通过填料层的圧强降：

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决定了塔的动力消耗。

压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下填料层的压强降AP与气速"的关系如图一所示：

图一填料层的AP〜"关系

当液体喷淋量厶=0时，干填料的AP〜"的关系是直线，如图中的直线0o当有必然的喷淋

量时，AP〜"的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛

当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质进程式受气膜传质速度操纵，现在，心=心反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质进程受液膜传质速度操纵，现在，KL=k,.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，则由吸收质A的物料衡算可得：

dGA=^dCA（7a）

'Pl

式中：

Fl—液相摩尔流率，kmoLs~\

PL液相摩尔密度，kmohm~\

依照传质速度大体方程式，可写出该微分段的传质速度微分方程：

dGA=KL{C\-CA）aSdh（7b）

式中：

d——气液两相接触的比表面积，m2-m"1；

s——填料塔的横载面积，m2o

本实验采纳水吸收纯二氧化碳，且已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小，因此，液相摩尔

流率耳和摩尔密度久的比值，亦即液相体积流率（匕办可视为定值，且设总传质系数6和两相接触比表面积在整个填料层内为必然值，则按下列边值条件积分式（8）,可得填料层高度的计算

公式：

h=0CA=CA2h=hCA=Cu

一K^SJ。

C；_C八

V

令煤，且称Hl为液相传质单元高度（HTO

c

片，且称M为液相传质单元数（NTU）。

J（A2c,-C.

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=HlXNl（10）

若气液平稳关系遵循享利定律，即平稳曲线为直线，则式（9）为可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可采纳下列平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度：

（11）

（12）

式中AC"为液相平均推动力，即

（13）

_AC/U-^A2―（5-5）-（Cm-）

lnC?

-C-

5-CA2

其中2C,；】=Hp“=Hy}/?

0,C；2=HpA2=Hy2p0,Po为大气压。

二氧化碳的溶解度常数：

式中：

P状水的密度＞kg•〃厂';

MH.水的摩尔质量，kg・kmor[;

E——二氧化碳在水中的享利系数（见化工原理下册第78页），Pao

因本实验采纳的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力能够不计，在此情形下，整个传质进

程阻力都集中于液膜，即属液膜操纵进程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，亦即

如K“匕弘二£11（15）

hS

四、实验装置：

1.实验装置要紧技术参数：

填料塔：

玻璃管内径D=0.050m塔高1.00m内装4>10X10mm瓷拉西环；填料层高度Z=0.78m；风机：

XGB-12型550W；

二氧化碳钢瓶1个；减压阀1个（用户自备）。

流量测量仪表：

CO?

转子流量计型号LZB-6流量范围〜0.6mJ/h；

空气转子流量计：

型号LZB-10流量范围〜2.5ms/h；

吸收水转子流量计：

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：

吸收塔塔底液体浓度分析预备定量化学分析仪器（用户自备）；温度测量：

PT100钳电阻，用于测定测气相、液相温度。

2.二氧化碳吸收与解吸实验装置流程示用意（见图四）

图四二氧化碳吸收与解吸实验装置流程示用意

1-CO2流量计；2・CO2瓶减压阀；3-CO2钢瓶；4•吸收用空气流量计；5-吸收用气泵；六、8-喷头；7、水箱放水阀；9-解吸塔；10-解吸塔塔底取样阀；11-解吸液储槽；1二、15・U型管液柱压强计；13・吸收液流量计；14■解吸液液泵；16・吸收液储槽；17-吸收塔；18・吸收塔塔底取样阀；20-解吸液流量计；21-吸收液液泵；22•空气流量计；23-空气旁通阀；24-风机

3.实验仪表面板图（见图五）

液相温度C°O

SVIaBBB'

◎

气相温度（°C〕

吸牧水气泵解吸水凤机泵开关及关泵更关唸

OOOO

OO

总电源开关

图五实验装置面板图

五、实验方式及步骤：

1.测量吸收塔干填料层（AP/Z）〜U关系曲线（只做解吸塔）：

打开空气旁路调剂阀5至全开，启动风机。

打开空气流量计,慢慢关小阀门5的开度，调剂进塔的空气流量。

稳固后读取填料层压降AP即U形管液柱压差计11的数值，然后改变空气流量，空气流量从小到大共测定8-10组数据。

在对实验数据进行分析处置后，在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标，单位髙度的压降AP/Z为纵坐标，标绘干填料层（AP/Z）〜u关系曲线。

2.测量吸收塔在喷淋量下填料层（AP/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），采纳上面相同步骤调剂空气流量，稳固后别离读取并记录填料层压降AP、转子流量计读数和流量计处所显示的空气温度，操作中随时注意观看塔内现象，一旦显现液泛，当即记下对应空气转子流量计读数。

依如实验数据在对数坐标纸上标出液体喷淋量为100L/h时的（AP/z）〜u关系曲线，并在图上确信液泛气速，与观看到的液泛气速相较较是不是吻合。

3.二氧化碳吸收传质系数测定：

吸收塔与解吸塔（水流量操纵在40L/h）

（1）打开阀门5,关闭阀门九、13。

（2）启动吸收液泵2将水经水流量计14计量后打入吸收塔中，然后打开二氧化碳钢瓶顶上的针阀20,向吸收塔内通入二氧化碳气体（二氧化碳气体流量计15的阀门要全开），流量大小由流量计读出，操纵在h左右。

（3）吸收进行15分钟后，启动解吸泵2,将吸收液经解吸流量计7计量后打入解吸塔中，同时启动风机，利用阀门5调剂空气流量（约m5/h）对解吸塔中的吸收液进行解吸。

（4）操作达到稳固状态以后，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。

（实验时注意吸收塔水流量计和解吸塔水流量计数值要一致，并注意解吸水箱中的液位,两个流量计要及时调剂，以保证明验时操作条件不变）

（5）二氧化碳含量测定

用移液管吸取Ba（OH）2溶液10mL,放入三角瓶中，并从塔底附设的取样口处接收塔底溶液

10mL,用胶塞塞好振荡。

溶液中加入2〜3滴酚酿指示剂摇匀，用的盐酸滴定到粉红色消失即为

终点。

按下式计算得出溶液中二氧化碳浓度:

六、实验注意事项:

1•开启C02总阀门前，要先关闭减压阀，阀门开度不宜过大。

2.实验中要注意维持吸收塔水流量计和解吸塔水流量计数值一致，并随时关注水箱中的液位。

3.分析CO?

浓度操作时动作要迅速，以避免CO?

从液体中溢出致使结果不准确。

七、实验数据记录

1・实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/m*h

填料层压强降/inmHzO

温度

1

2

3

4

5

6

2•实验装置填料塔流体力学性能测定（湿填料）

湿填料时AP/z〜u关系测定

L=160填料层高度Z=0.78m塔径D=0.05m

序号

解吸塔水流量：

空气转子流量计读数/m3/h

填料层压强降/mmH2O

温度

操作现象

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

3•实验装置填料吸收塔传质实验数据

填料吸收塔传质实验数据表

被吸收的气体：

纯CO2吸收剂:

水塔内径:

50nim

塔类型

吸收塔

填料种类

瓷拉西环

填料层高（m）

CO2转子流量计读数（m3/h）

CO2转子流量计处温度（•«

空气转子流量计读数（n?

/h）

水转子流量计读数（⑷）

中和CO2用Ba（OH）2的体积（ml）

样品的体积（ml）

滴定塔底吸收液用盐酸的体积（ml）

滴定空白液用盐酸的体积（ml）

4.氢氧化顿及盐酸浓度标定

盐酸浓度标定

序号

1

2

3

NazCOj质量/g

HC1体积/ml

氢氧化顿浓度标定

序号

1

2

3

邻苯二甲酸氢钾质量/g

Ba（OH）2体积/ml

八、实验数据处置

1.实验数据计算及结果：

实验数据计算进程（以一组数据为例）。

实验数据计算示例

（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0.5m7h；填料层压降U管读数mmH20

0.5

空塔气速：

11==—z—=。

•旳（m/s）

3600x（兀/4）・r>23600x（^r/4）x0.050

单位填料层压降：

A%=2/0.78=2.6（mmH20/m）

（2）传质实验

CO2转子流量计读数（n?

/h）.CO2转子流量计处温度（°C）

空气转子流量计读数（ms/h）

2x0.17982x10-0.111x32.3z,

R=（诚皿）

△塔底的平稳浓度计算

塔底液温度t=7・99,由附录可査得CO2亨利系数E=X108KPa

则CO2的溶解度常数为：

16.rc下二氧化碳气体密度A.2=1.976Kg/ms

CM=HXPA1=HXyxXPo=xIO"7XX101325=（kmol/ms）

△塔顶的平稳浓度计算

由物料平稳得塔顶二氧化碳含量L（C旷CJ=V（y-y2）

y2=y-

厶X（C\2一C.4I）

v

40

1000

）x（0.01277-0.00056）

C4；=HXP^HXy2Xpo=XIO-7XX101325=（kmol/ms）

△液相平均推动力计算

AC—AC/U—AC42_（CA2-C42）-（C41-CA[）

AC-

In

ACai

C.A2-CA2

In

一Qn

（0.0137一0.00056）-（0.016521-0.01277）

in00137-0.00056

0.01249-0.01277

=（kmol/ms）

因本实验采纳的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力能够不计，在此情形下，整个传质进程阻力都集中于液膜，属液膜操纵进程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即

40xlO"3/3600（0.012力一0.00056）

一0.8x3.14x（0.050）2/40.0049

实验结果列表如下：

干填料时ZkP/z〜11关系测定

L=0

填料层高度Z=0.78m

塔径D=0.05m

序号

填料层压强降mmlLO

单位高度填料层压强降ranHaO/m

空气转子流量计读数m3/h

空塔气速m/s

1

2

2

4

1

3

7

4

13

2

5

16

表一实验装置填料塔流体力学性能测定（干填料）

湿填料时AP/z〜u关系测定

L=160填料层高度Z=0.78n）塔径D=0.05m）

序号

填料层压强降mmHQ

单位高度填料层压强降mmHaO/m

空气转子流量计读数

m3/h

空塔气速m/s

操作现象

1

正常

表二实验装置填料塔流体力学性能测定（湿填料）

2

正常

3

正常

4

正常

5

正常

6

正常

7

正常

8

正常

9

液泛

10

液泛

11

液泛

表三：

实验装置填料吸收塔传质实验技术数据表

填料吸收塔传质实验数据表

被吸收的气体：

纯co?

吸收剂:

水塔内径:

50mm

塔类型

吸收塔

填料种类

瓷拉西环

填料层高度（m）

CO2转子流量计读数m'/h

CO2转子流量计处温度・c

流量计处CO2的体积流量m8/h

空气转子流量计读数m9/h

水转子流量计读数

中和CO?

用Ba（OH）2的浓度Mmol/1

中和CO?

用Ba（0H）3的体积ml

10

滴定用盐酸的浓度Mmol/1

滴定塔底吸收液用盐酸的体积ml

滴定空白液用盐酸的体积ml

样品的体积ml

10

塔底液相的温度・c

亨利常数E108Pa

塔底液相浓度CAlkmol/m9

空白液相浓度Gkmol/m9

传质单元高度HLE-7kmol/（m3*Pa）

yi

平衡浓度CAI*kmol/

%

平衡浓度CA2*kmol/m

平均推动力△CAmkmoICOa/m3

液相体积传质系数K”m/s

吸收率

2•作图

在对数坐标纸上以空塔气速“为横坐标，哆为纵坐标作图，标绘吆〜“关系曲线。

1DOOO

（E、o土EE）Z6LV

•

■

•

▲

•

■

•

A

/

f

Z

y

（

/

/

”

kz

1000

100

1.0

0.010.101.00

空塔气速u（m/s）

10.00

图六实验装置哆〜“关系曲线图

9.附录

二氧化碳在水中的亨利系数EX10-5,kPa

气

体

温度，9

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

60

CO2