二氧化碳吸收與解吸試驗

氧化碳吸取與解吸試驗、試驗?zāi)康牧私馓盍衔∷臉?gòu)造、性能和特點，練習(xí)并把握填料塔操作方法；通過試驗測定數(shù)據(jù)的處理分析，加深對填料塔流體力學(xué)性能根本理論的理解，加深對填料塔傳質(zhì)性能理論的理解。把握填料吸取塔傳質(zhì)力量和傳質(zhì)效率的測定方法，練習(xí)試驗數(shù)據(jù)的處理分析。二、試驗內(nèi)容測定填料層壓強降與操作氣速的關(guān)系，確定在肯定液體噴淋量下的液泛氣速。塔的傳質(zhì)力量〔傳質(zhì)單元數(shù)和回收率〕和傳質(zhì)效率〔傳質(zhì)單元高度和體積吸取總系數(shù)〕。填料層的壓強降 P與氣速u的關(guān)系如圖一所示:質(zhì)系數(shù)。試驗原理:氣體通過填料層的壓強降： 壓強降是塔設(shè)計中的重要參數(shù)，氣體通過填料層壓強降的大小打算了塔的動力消耗。壓強降與氣、液流量均有關(guān)，不同液體噴淋量下當(dāng)液體噴淋量Lo0P?u011當(dāng)有肯定的噴淋量時，P并存在兩個轉(zhuǎn)折點，下轉(zhuǎn)折點兩個轉(zhuǎn)折點將 P?u關(guān)系分為三個區(qū)段：既恒持液量區(qū)、載液區(qū)及液泛區(qū)。傳質(zhì)性能：吸取系數(shù)是打算吸取過程速率凹凸的重要參數(shù)， 試驗測定可獵取吸取系數(shù)。對于一樣的物系及肯定的設(shè)備〔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。1.二氧化碳吸取-解吸試驗依據(jù)雙膜模型的根本假設(shè)，氣側(cè)和液側(cè)的吸取質(zhì)A的傳質(zhì)速率方程可分別表達為氣膜氣膜GAkgA(PAPAi)〔1〕液膜GACA)〔2〕式中：GA—A組分的傳質(zhì)速率，A—兩相接觸面積，m2；1kmoIs；PAA組分的平均分壓，Pa；A組分的平均分壓，Pa；CAA組分的平均濃度，kmolm3CAiAkmolm3kg—以分壓表達推動力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，kmol kl—以物質(zhì)的量濃度表達推動力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過程推動力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達為： GA KGA(PAPA) 3〕GAKLA(CACA) 4〕式中：PA—液相中A組分的實際濃度所要求的氣相平衡分壓, Pa；CAA組分的實際分壓所要求的液相平衡濃度,KG—以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)，211kmolmsPa；

kmolm3；KL-以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡稱為液相傳質(zhì)總系數(shù), 111 1KGk； HK^1HgKTk 1g

(5)(6)kA P+dA 假設(shè)氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：CAHPA，則:2C +dQA33P1=PA1 C

1，F(xiàn)A1 L圖二雙膜模型的濃度分布圖 圖三 填料塔的物料衡算圖l當(dāng)氣膜阻力遠大于液膜阻力時，則相際傳質(zhì)過程式受氣膜傳質(zhì)速率掌握，此時，KGkg；反之，當(dāng)液膜阻力遠大于氣膜阻力時，則相際傳質(zhì)過程受液膜傳質(zhì)速率掌握，此時，KkolL如圖三所示，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)，則由吸取質(zhì)A的物料A A

dG FL dC

(7a)式中：FL——液相摩爾流率，kmols1L----液相摩爾密度，kmolm3。依據(jù)傳質(zhì)速率根本方程式，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程:

(7b)聯(lián)立上兩式可得： dh

FLL L L L K aS

_ dC—CA

(8)式中：a——氣液兩相接觸的比外表積,S――填料塔的橫載面積，m。

2-1m?m；本試驗承受水吸取純二氧化碳，且二氧化碳在常溫常壓下溶解度較小,FL和摩爾密度L的比值，亦即液相體積流率〔Vs〕L可視為定K和兩相接觸比外表積a，在整個填料層內(nèi)為肯定值，則按LF列邊值條件積分式〔 8〕，可得填料層高度的計算公式:h0CACA.2

hCACA1C VsL A1C

(9)KaSCCCL 2 A AHLKLaS

VsL ，且稱H為液相傳質(zhì)單元高度〔HTU；LCA1L CA2

dCACACA，

且稱“為液相傳質(zhì)單元數(shù)〔 。NTUAdGK(CCAL A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hHLNL

(10)9〕為可用解析度的計算式，亦即可承受以下平均推動力法計算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度：式中CA.m為液相平均推動力，即

(12)VsLKLaSN

CA1CA2CAm

(11)LL HLLKS4L5CC CA1 C

C( A1C

CC)A1)(CA2 A2CC)

(13)AmA1In

A.1

A1 A1CClnCC其中：CA1HPA1Hy1Po, CA2 HPA2 Hy2po,Po為大氣壓。HwMw komlm 3 Pa 1

(14)式中: 水的密度, 氧化碳的溶解度常數(shù):水的摩爾質(zhì)量, kgkmol1；E――二氧化碳在水中的享利系數(shù)〔見化工原理下冊第 78頁〕，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，在此狀況下，整個傳質(zhì)過程klaKLa VsLCA1CA2CAm

(15)hS阻力都集中于液膜，即屬液膜掌握過程，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，亦即四、試驗裝置：試驗裝置主要技術(shù)參數(shù)：D=0.050m1.00m內(nèi)裝?10X10mm瓷拉西環(huán);Z0.78m；1個；

風(fēng)機：XGB-12550W;1個〔用戶自備〕。流量測量儀表：COLZB-60.06?0.6m3/h;空氣轉(zhuǎn)子流量計：型號LZB-10流量范圍0.25?2.5m3/h;吸取水轉(zhuǎn)子流量計： 型號LZB-10流量范圍16?160L/h;解吸水轉(zhuǎn)子流量計： 型號LZB-10流量范圍16?160L/h濃度測量：吸取塔塔底液體濃度分析預(yù)備定量化學(xué)器〔用戶自備〕；溫度測量：PT100鉑電(13 )阻，用于測定測氣相、液相溫度。二氧化碳吸取與解吸試驗裝置流程示意圖〔見圖四〕圖四二氧化碳吸取與解吸試驗裝置流程示意圖CO2流量計；2CO2瓶減壓閥；3CO2鋼瓶；4-吸取用空氣流量計；5-6、8-噴頭；7、19-水箱放水閥；9-解吸塔；10-解吸塔塔底取樣閥；槽；17-吸取塔；18-吸取塔塔底取樣閥；20-解吸液流量計；吸取液液泵；22-空氣流量計；23-空氣旁通閥；24-風(fēng)機7103?試驗儀外表板圖〔見圖五〕液相溫度◎◎氣相溫度〔6五、試驗方法及步驟：

ESV1oOO總電源開關(guān)圖五試驗裝置面板圖

tn菖開關(guān)開去泵尸關(guān)汗栄O測量吸取塔干填料層〔△P/Z〕?u關(guān)系曲線〔只做解吸塔〕：翻開空氣旁路調(diào)整閥5至全開，啟動風(fēng)機。翻開空氣流量計，漸漸關(guān)小閥門5的開度，調(diào)整進塔的空氣流量。穩(wěn)定后讀取填料層壓降△ P即U形管液柱壓差118-10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(biāo)紙上以空塔氣速的壓降△P/Z為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪干填料層〔P/Z〕?u關(guān)系曲線。測量吸取塔在噴淋量下填料層〔P/Z〕?u關(guān)系曲線：

u為橫坐標(biāo)，單位高度將水流量固定在104L/h〔水流量大小可因設(shè)備調(diào)整〕，米用上面一樣步驟調(diào)整空氣流量，穩(wěn)定后分別讀取并記錄填料層壓降厶 P、轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)和流量讀數(shù)。依據(jù)試驗數(shù)據(jù)在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出液體噴淋量為100L/h時的〔△P/z〕?u?關(guān)系曲線，并在圖上確定液泛氣速，與觀看到的液泛氣速相比較是否吻合。二氧化碳吸取傳質(zhì)系數(shù)測定：吸取塔與解吸塔〔40L/h〕59、13214計量后打入吸取塔中，然后翻開二氧化碳鋼瓶頂上的針閥20，向吸取塔內(nèi)通入二氧化碳氣體〔二氧化碳氣體流量計 15的閥門要全開〕，流量大小由流量計讀出，掌握在0.2m3/h左右。1527計量后打入解吸塔中，同時啟動風(fēng)機，利用閥門5調(diào)整空氣流量〔0.5m/h〕對解吸塔中的吸取液進展解吸。操作到達穩(wěn)定狀態(tài)之后，測量塔底的水溫，同時取樣，測定兩塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量?！苍囼灂r留意吸取塔水流量計和解吸塔水流量計數(shù)值要全都，并留意解吸水箱中的液位，兩個流量計要準(zhǔn)時調(diào)整，以保證明驗時操作條件不變〕二氧化碳含量測定2Ba〔OH10mL放入三角瓶中，并從塔底附設(shè)的取樣口處接收塔底溶液10mL，用膠塞塞好振蕩。溶液中參加2?30.1M的鹽酸滴定到粉紅色消逝即為終點。22CCO2

Ba(OH)Ba(OH)— HClHClC VC V C

mol L1按下式計算得出溶液中二氧化碳濃度：六、試驗留意事項：CO總閥門前，要先關(guān)閉減壓閥，閥門開度不宜過大。試驗中要留意保持吸取塔水流量計和解吸塔水流量計數(shù)值全都，箱中的液位。COCO從液體中溢出導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。

并隨時關(guān)注水七、試驗數(shù)據(jù)記錄1?試驗裝置填料塔流體力學(xué)性能測定〔干填料〕解吸塔序號空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)/m3/h填料層壓強降/mmH2O溫度10.2520.531.041.552.062.5P/z?uP/z?u關(guān)系測定L=160序號Z=0.78m解吸塔水流量：0.250.50.7填料層壓強降/mmH2O溫度操作現(xiàn)象123450.80.96789101112131.01.11.21.31.41.51.61.7113?試驗裝置填料吸取塔傳質(zhì)試驗數(shù)據(jù)填料吸取塔傳質(zhì)試驗數(shù)據(jù)表被吸取的氣體：C02塔類型填料種類填料層咼〔m〕CO2轉(zhuǎn)子流量計處溫度〔C〕

吸取劑:水 塔內(nèi)徑：50mm吸取塔瓷拉西環(huán)0.800.200空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)

〔m3/h〕 0.50040.0CO2Ba〔OH〕2的體積〔ml〕樣品的體積〔ml〕滴定塔底吸取液用鹽酸的體積〔ml〕滴定空白液用鹽酸的體積〔ml〕氫氧化鋇及鹽酸濃度標(biāo)定鹽酸濃度標(biāo)定序號1序號123Na2CO3/gHCl體積/ml序號序號123鄰苯二甲酸氫鉀質(zhì)量/gBa(OH)2/ml八、試驗數(shù)據(jù)處理1?試驗數(shù)據(jù)計算及結(jié)果：試驗數(shù)據(jù)計算過程〔以一組數(shù)據(jù)為例〕。試驗數(shù)據(jù)計算例如〔1〕填料塔流體力學(xué)性能測定〔以解吸填料塔干填料數(shù)據(jù)為例〕轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)0.5m3/h; 填料層壓降U管讀數(shù)2.0mmHO

3600(

/4)D

0.52—3600/4)0.0502( 2

0.07(m/s)單位填料層壓降：

PZ=2/0.782.6(mmHO/m〔2〕傳質(zhì)試驗CO20.200〔m/h〕、CO2轉(zhuǎn)子流量計處溫度16.1C下二氧化碳氣體密度 co2=1.976Kg/m3

16.1 「C)CO2

實際流量V

=0.200CO

1204=0.156(m/h)1.976空氣轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)△吸取液濃度計算

V =0.500 (m/h)Air吸取液消耗鹽酸體積 則吸取液濃度為:ICA1

2CBa(OH)VBa(OH) CHC|VHCI2 ^2V2 ^. -.

=0.01277(kmol/m3)△吸取劑二氧化碳濃度計算

2 017982

100111 30210因純水中含有少量的二氧化碳，所以純水滴定消耗鹽酸體積CO濃度為:

△塔底的平衡濃度計算

2CBa(OH)VBa(OH)CHClVHClCA22 2V2 =20.17982100.11132.3=210

=0.00056(kmol/m3)塔底液溫度t=7.9C,由附錄可查得CO亨利系數(shù)E=0.9735X105KPaCO的溶解度常數(shù)為：w1MwE18

1000 10.9735108

-7=5.706X10

(kmolm3Pa1)塔底混和氣中二氧化碳含量:

_ 0.156=1

=0.23813* 7 qC1=XPiXyiXPo7X7X8X

(kmol/m3)△塔頂?shù)钠胶鉂舛扔嬎阌晌锪掀胶獾盟敹趸己?/p>

L(C -C )=V(y-y)A2 A1 1 240I C、Ay=y-L(C2 =0.238-A2 1 CA12 V

( )(0.01277 (空)

=0.21622.42 C2=XP2XyXP6X7X1X3(m32 △液相平均推動力計算

CA1— CA2Am CA2In—

CA2)(CA1 CA1)CA2 CA2CA1 CA1(0.01370.00056)(0.0165210.01277),0.01370.00056In

=0.0044(kmol/m0.012490.01277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，在此狀況下，整個傳質(zhì)過程阻ika VsLCA1 CA2ihS4010/36003=2

(0.012770.00056)0.0049

=0.0049(m/s)力都集中于液膜，屬液膜掌握過程，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，即試驗結(jié)果列表如下:表一試驗裝置填料塔流體力學(xué)性能測定〔干填料〕干填料時厶P/Z?u關(guān)系測定L=0 填料層高度Z=0.78m填料層壓強降序號mmtO

強降mmtO/m

m/h

m/s1n 2 2.6 0.5 0.071415245.110.14379.01.50.214亍1316.720.2851620.52.50.35表二試驗裝置填料塔流體力學(xué)性能測定〔濕填料〕212.02.60.250.04正常210.012.80.500.07正常3123.029.50.700.10「正常435.044.90.900.13正常555.070.51.100.16正常6169.088.51.200.17「正常7110.0141.01.300.18正常8145.0185.91.400.20正常91195.0250.01.500.21液泛ion260.0333.31.600.23液泛11300.0384.61.700.24液泛濕填料時厶P/Z?u關(guān)系測定濕填料時厶P/Z?u關(guān)系測定L=160填料層高度Z=0.78m序號填料層壓強mmHO單位高度填mmO/m讀數(shù)m/h空塔氣速m/s操作現(xiàn)象2填料吸取塔傳質(zhì)試驗數(shù)據(jù)表被吸取的氣體：純CO吸取劑：水