吸收(二氧化碳水)实验讲义.doc

填料吸收塔(CO2-H2O)实验讲义一、 实验目的1． 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能2． 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法二、 实验内容1． 测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速2． 采用水吸收二氧化碳，空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数三、 实验原理1． 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决定了塔的动力消耗压强降与气液流量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降ΔP 与气速 u 的关系如图 6-1-1 所示：L3＞ L2 ＞ L10320u , m/s图 6-1-1 填料层的ΔP～u 关系当无液体喷淋即喷淋量 L0=0 时，干填料的ΔP～u 的关系是直线，如图中的直线 0当有一定的喷淋量时，ΔP～u 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“泛点”这两个转折点将ΔP～u 关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区2． 传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数将随着操作条件及气液接触状况33ΔP , kPaL0 =1的不同而变化。

1） 膜系数和总传质系数根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收质 A 的传质速率方程可分别表达为气膜 GA = k g A( p A - p Ai ) （6-1-7）液膜 GA = kl A(C Ai - C A ) （6-1-8）-1A —两相接触面积，m2；PA —气侧 A 组分的平均分压，Pa；PAi —相界面上 A 组分的平均分压，Pa；C A —液侧 A 组分的平均浓度， kmol m -3C Ai —相界面上 A 组分的浓度 kmol m -3kg —以分压表达推动力的气侧传质膜系数， kmol m -2 s -1 Pa -1 ;kl —以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数， m s -1 相 界 面 P2 = PA2 CA2 ，FL浓度PAiCAidh气 液 距离膜 膜PA+dPA CA+dCAP1=PA 1 CA1，FL图 6-1-2 双膜模型的浓度分布图 图 6-1-3 填料塔的物料衡算图34式中： G A —A 组分的传质速率， kmoI s ；PACA PA CA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G A = K G A( p A - p *A )（6-1-9）GA = K L A(C A - C A ) （6-1-10）*C A* —气相中 A 组分的实际分压所要求的液相平衡浓度， kmol m -3 ；KG — 以 气 相 分 压 表 示 推 动 力 的 总 传 质 系 数 或 简 称 为 气 相 传 质 总 系 数 ，-2 -1 -1KL —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， m s -1 。

若气液相平衡关系遵循享利定律： C A = HpA ，则1 1 1K G k g HKl1 H 1K L k g k l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控制，此时，KG = kg；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质速率控制，此时，KL= kl如图 6-1-3 所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质 A 的物料衡算可得：dC A （6-1-13a）-1-3根据传质速率基本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程：dGA = K L (C A - C A )aSdh （6-1-13b）联立上两式可得：（6-1-13c）35式中： p A —液相中 A 组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；kmol m s Pa ；=+（6-1-11）=+（6-1-12）dG A =FL式中：FL—液相摩尔流率， kmol s ；ρL—液相摩尔密度， kmol m dh = *FL dC AK L aSr L C A - C A**式中：a —气液两相接触的比表面积， m2m-1；S —填料塔的横载面积，m2。

本实验采用水吸收二氧化碳，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 FL 和摩尔密度ρL 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和两相接触比表面积 a，在整个填料层内为一定值，则按下列边值条件积分式（6-1-13c），可得填料层高度的计算公式：h=0 ， C A = C A.2h=h ， C A = C A1C A1*令 ，且称 HL 为液相传质单元高度（HTU）；K L aSC A1C A 2A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 = HLNL （6-1-15）若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则式（6-1-14）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：h = A1 （6-1-16）K L aS DC Amh h（6-1-17）H L式中 DC A.m 为液相平均推动力，即DC Am = = （6-1-18）InC A1 - C A1因为本实验采用纯水吸收二氧化碳，则C A1 = C A2 = C A = HpA （6-1-19）二氧化碳的溶解度常数，36VsL dC A h =（6-1-14）A - C AK L aSC A 2 CH L =VsLdC AN L = ，且称 NL 为液相传质单元数（NTU）。

C - C A*VsL C - C A2N L ==(C A1 - C A2 ) / DC AmDC A1 - DC A2 (C A2 - C A2 ) - (C A1 - C A1 )DC A.2C * - C A2ln A*2DC A1* * *H =r wM w1Ekoml m -3 Pa -1（6-1-20）-3-1E —二氧化碳在水中的享利系数，Pa因此，式（6-1-18）可简化为C A1ln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 （6-1-21）hS DC Am四、 实验条件1． 仿真工艺图图 1. CO2 吸收解吸现场图东 方2． 主体设备 东式中：ρw —水的密度， kg m ;Mw —水的摩尔质量， kg kmol；DC Am =C A*C A* - C A1kl a = K L a =VsL C A1 - C A237根据对装置的认识，在下面的表格中填写相关内容。

表 1干燥设备的结构认识真3． 测量仪表根据对流程的认识，在下面的表格中填写相关内容表 2 测量仪表认识东4． 实验流程说明吸收质（纯二氧化碳气体）由钢瓶经二次减压阀和转子流量计 FI01，进入吸收塔塔底，38位号名称用途类型V2CO2 钢瓶存储液态 CO2 之用压力容器V101水槽存储吸收剂（纯水）之用敞口容易T101解吸塔解吸吸收过 CO2 的吸收剂填料塔T102吸收塔吸收 CO2 设备填料塔V1缓冲罐吸收液储罐密封罐P101风机提供空气流量非变频动力装置P102水泵提供吸收液流量非变频动力装置P103水泵解吸泵非变频动力装置仪表位号单位流量CO2 流量计FI01m3/h吸收剂流量计FI02L/h解吸液流量计FI03L/h空气流量计FI04m3/h压降吸收塔压降PI02mmH2O解析塔压降PI01mmH2O温度空气温度TI01℃吸收液温度TI02℃气体由下向上经过填料层与液相水逆流接触，到塔顶经放空；吸收剂（纯水）由泵 P102 提供，经转子流量计 FI02 进入塔顶，再喷洒而下；吸收后溶液由塔底流入塔底液料罐中由解吸泵P103 经流量计 FI03 进入解吸塔，空气由 FI04 流量计进入解吸塔塔底由下向上经过填料层与液相逆流接触，流量由旁路阀 VA101 调节，对吸收液进行解吸，然后自塔顶放空，U 形液柱压差计用以测量填料层的压强降。