二氧化碳吸收与解吸实验汇总Word文档格式.docx
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;
—两相接触面积,m2;
—气侧A组分的平均分压,Pa;
—相界面上A组分的平均分压,Pa;
—液侧A组分的平均浓度,
—相界面上A组分的浓度
—以分压表达推动力的气侧传质膜系数,
;
—以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数,
。
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:
(3)
(4)
下列边值条件积分式(8),可得填料层高度的计算公式:
(9)
令
,且称HL为液相传质单元高度(HTU);
,且称NL为液相传质单元数(NTU)。
因此,填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积,即
(10)
若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,亦即可采用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
为液相平均推动力,即
(13)
其中:
,
为大气压。
二氧化碳的溶解度常数:
(14)
——水的密度,
——水的摩尔质量,
;
——二氧化碳在水中的享利系数(见化工原理下册第78页),Pa。
因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律,而且气膜阻力可以不计,在此情况下,整个传质过程阻力都集中于液膜,即属液膜控制过程,则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数,亦即
(15)
四、实验装置:
1.实验装置主要技术参数:
填料塔:
玻璃管内径D=0.050m塔高1.00m内装φ10×
10mm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:
CO2转子流量计型号LZB-6流量范围0.06~0.6m3/h;
空气转子流量计:
型号LZB-10流量范围0.25~2.5m3/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准备定量化学分析仪器(用户自备);
温度测量:
PT100铂电阻,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意图(见图四)
图四二氧化碳吸收与解吸实验装置流程示意图
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;
6、8-喷头;
7、19-水箱放水阀;
9-解吸塔;
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)
图五实验装置面板图
五、实验方法及步骤:
1.测量吸收塔干填料层(△P/Z)~u关系曲线(只做解吸塔):
打开空气旁路调节阀5至全开,启动风机。
打开空气流量计,逐渐关小阀门5的开度,调节进塔的空气流量。
稳定后读取填料层压降△P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理后,在对数坐标纸上以空塔气速u为横坐标,单位高度的压降△P/Z为纵坐标,标绘干填料层(△P/Z)~u关系曲线。
2.测量吸收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),采用上面相同步骤调节空气流量,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,操作中随时注意观察塔内现象,一旦出现液泛,立即记下对应空气转子流量计读数。
根据实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,与观察到的液泛气速相比较是否吻合。
3.二氧化碳吸收传质系数测定:
吸收塔与解吸塔(水流量控制在40L/h)
(1)打开阀门5,关闭阀门9、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,控制在0.2m3/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调节空气流量(约0.5m3/h)对解吸塔中的吸收液进行解吸。
(4)操作达到稳定状态之后,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。
(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节,以保证实验时操作条件不变)
(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滴酚酞指示剂摇匀,用0.1M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CO2总阀门前,要先关闭减压阀,阀门开度不宜过大。
2.实验中要注意保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CO2浓度操作时动作要迅速,以免CO2从液体中溢出导致结果不准确。
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/m3/h
填料层压强降/mmH2O
温度
1
0.25
2
0.5
3
1.0
4
1.5
5
2.0
6
2.5
2.实验装置填料塔流体力学性能测定(湿填料)
湿填料时△P/z~u关系测定
L=160填料层高度Z=0.78m塔径D=0.05m
解吸塔水流量:
空气转子流量计读数/m3/h
填料层压强降/mmH2O
操作现象
0.7
0.8
0.9
7
1.1
8
1.2
9
1.3
10
1.4
11
12
1.6
13
1.7
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:
50mm
塔类型
吸收塔
填料种类
瓷拉西环
填料层高(m)
0.80
CO2转子流量计读数(m3/h)
0.200
CO2转子流量计处温度(℃)
空气转子流量计读数(m3/h)
0.500
水转子流量计读数(l/h)
40.0
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.氢氧化钡及盐酸浓度标定
盐酸浓度标定
Na2CO3质量/g
HCl体积/ml
氢氧化钡浓度标定
邻苯二甲酸氢钾质量/g
Ba(OH)2体积/ml
八、实验数据处理
1.实验数据计算及结果:
实验数据计算过程(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0.5m3/h;
填料层压降U管读数2.0mmH2O
空塔气速:
(m/s)
单位填料层压降:
(mmH2O/m)
(2)传质实验
CO2转子流量计读数0.200(m3/h)、CO2转子流量计处温度16.1(℃)
16.1℃下二氧化碳气体密度
=1.976Kg/m3
CO2实际流量VCO2=0.200
=
=0.156(m3/h)
空气转子流量计读数VAir=0.500(m3/h)
△吸收液浓度计算
吸收液消耗盐酸体积V1=30.10ml,则吸收液浓度为:
=
=0.01277(kmol/m3)
△吸收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,则塔顶水中CO2浓度为:
=0.00056(kmol/m3)
△塔底的平衡浓度计算
塔底液温度t=7.9℃,由附录可查得CO2亨利系数E=0.9735×
105KPa
则CO2的溶解度常数为:
=5.706×
10-7(
)
塔底混和气中二氧化碳含量:
y1=
=0.238
H×
PA1=H×
y1×
P0=5.7×
10-7×
0.238×
101325=0.013759(kmol/m3)
△塔顶的平衡浓度计算
由物料平衡得塔顶二氧化碳含量L(CA2-CA1)=V(y1-y2)
y2=y1-
=0.238-
=0.216
=H×
PA2=H×
y2×
P0=5.706×
0.2161×
101325=0.012493(kmol/m3)
△液相平均推动力计算
=0.0044(kmol/m3)
因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律,而且气膜阻力可以不计,在此情况下,整个传质过程阻力都集中于液膜,属液膜控制过程,则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数,即
=0.0049(m/s)
实验结果列表如下:
表一实验装置填料塔流体力学性能测定(干填料)
干填料时△P/z~u关系测定
L=0填料层高度Z=0.78m塔径D=0.05m
填料层压强降mmH2O
单位高度填料层压强降
mmH2O/m
空气转子流量计读数m3/h
空塔气速
m/s
2.6
0.07
5.1
0.14
9.0
0.21
16.7
0.28
16
20.5
0.35
表二实验装置填料塔流体力学性能测定(湿填料)
L=160填料层高度Z=0.78m塔径D=0.05m)
填料层压强降mmH2O
0.04
正常
10.0
12.8
0.50
23.0
29.5
0.70
0.10
35.0
44.9
0.90
0.13
55.0
70.5
1.10
0.16
69.0
88.5
1.20
0.17
110.0
141.0
1.30
0.18
145.0
185.9
1.40
0.20
195.0
250.0
1.50
液泛
260.0
333.3
1.60
0.23
300.0
384.6
1.70
0.24
表三:
实验装置填料吸收塔传质实验技术数据表
50mm
填料层高度(m)
CO2转子流量计读数m3/h
CO2转子流量计处温度℃
16.1
流量计处CO2的体积流量m3/h
0.156
空气转子流量计读数m3/h
水转子流量计读数
中和CO2用Ba(OH)2的浓度Mmol/l
0.17982
中和CO2用Ba(OH)2的体积ml
滴定用盐酸的浓度Mmol/l
0.111
滴定塔底吸收液用盐酸的体积ml
30.10
滴定空白液用盐酸的体积ml
32.30
样品的体积ml
塔底液相的温度℃
7.9
亨利常数E108Pa
0.973502
塔底液相浓度CA1kmoI/m3
0.01277
空白液相浓度CA2kmoI/m3
0.00056
传质单元高度HLE-7kmol/(m3*Pa)
5.70677
y1
0.23794
平衡浓度CA1*kmoI/m3
0.013759
y2
0.2161
平衡浓度CA2*kmol/m3
0.012493
平均推动力△CAmkmoICO2/m3
0.0044
液相体积传质系数KYam/s
0.0049
吸收率
0.092
2.作图
在对数坐标纸上以空塔气速
为横坐标,
为纵坐标作图,标绘
关系曲线。
图六实验装置
关系曲线图
九、附录
二氧化碳在水中的亨利系数E×
10-5,kPa
气体
温度,℃
15
20
25
30
35
40
45
50
60
CO2
0.738
0.888
1.05
1.24
1.44
1.66
1.88
2.12
2.36
2.60
2.87
3.46
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