二氧化碳吸收与实验.doc

　　 　 　 　 　 　 二氧化碳吸取实验装置阐明书天津大学化工基本实验中心.０4一、实验目的1．理解填料吸取塔的构造、性能和特点，练习并掌握填料塔操作措施;通过实验测定数据的解决分析,加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解,加深对填料塔传质性能理论的理解2.掌握填料吸取塔传质能力和传质效率的测定措施，练习对实验数据的解决分析二、实验内容1． 测定填料层压强降与操作气速的关系，拟定在一定液体喷淋量下的液泛气速2. 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,分别测量塔的传质能力（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)3． 进行纯水吸取二氧化碳、空气,解吸水中二氧化碳的操作练习三、实验原理：气体通过填料层的压强降:ΔP , kPa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与气速的关系如图一所示:　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 图-1 填料层的~关系 　 当液体喷淋量时，干填料的~的关系是直线，如图中的直线0。

当有一定的喷淋量时，~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~关系分为三个区段：既恒持液量区、载液区及液泛区传质性能:吸取系数是决定吸取过程速率高下的重要参数，实验测定可获取吸取系数对于相似的物系及一定的设备(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 　 　　 1.二氧化碳吸取-解吸实验根据双膜模型的基本假设,气侧和液侧的吸取质Ａ的传质速率方程可分别体现为气膜 　 　　 　　　 　　　 　　 　 (1) 液膜 　　 　 　 　　 　 　 （2)式中:—A组分的传质速率，；—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—以分压体现推动力的气侧传质膜系数,；—以物质的量浓度体现推动力的液侧传质膜系数,以气相分压或以液相浓度表达传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别体现为： 　 　 　　 (3） 　 　 　 　 　 　 (4)式中:—液相中A组分的实际浓度所规定的气相平衡分压，Pa;　 　—气相中A组分的实际分压所规定的液相平衡浓度,;—以气相分压表达推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数，;-以气相分压表达推动力的总传质系数,或简称为液相传质总系数，。

若气液相平衡关系遵循享利定律:,则: 　　 　 　　 　 　 　　　 （5） 　 　 　　 　 　 　　 （６）dh相 界 面距离液膜气膜浓度ﻩP２=PA2　 　 ＣA2 ,ＦL PＡﻩPAi CAi 　 　　 　 　 　　　 　 ﻩ 　 　 　 　 　 　 　 　 　　 ＣA 　　 　 　　　　PA 　 CA　 　　　 　　 　 　 　 　 　 　 PA+d PＡ 　 　　 　 　 CA+dCＡ 　 　 　 　　 ﻩﻩP１=ＰA１ 　 　ＣA1，ＦL图-2 双膜模型的浓度分布图 　　　　 　　 　 图－３　 填料塔的物料衡算图当气膜阻力远不小于液膜阻力时,则相际传质过程式受气膜传质速率控制，此时,;反之,当液膜阻力远不小于气膜阻力时,则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时，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,则由吸取质A的物料衡算可得：　 　 　 　 　 　 （7a)式中：——液相摩尔流率,；——液相摩尔密度,。

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： 　 　 　　 　　 　(7ｂ）联立上两式可得： 　　 　 　 　 　 　 （8)式中:——气液两相接触的比表面积， m2·m-1；　　——填料塔的横载面积，m2本实验采用水吸取二氧化碳与空气的混合物中的二氧化碳气体,且已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小，因此,液相摩尔流率和摩尔密度的比值,亦即液相体积流率可视为定值,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(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)式中:——水的密度, 　　 ——水的摩尔质量,　　;——二氧化碳在水中的享利系数，Ｐa因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，并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，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．实验装置重要技术参数: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＝0.95m；　风机：XGＢ-1２型 　5５0W； 　 二氧化碳钢瓶和二氧化碳气瓶减压阀１个（顾客自备)流量测量仪表：CO2转子流量计型号LZＢ－６ 　流量范畴0.06~0.6 m3/h；空气转子流量计：型号LＺB-１0 流量范畴0．25～2.5　m3／h;水转子流量计： 　型号LZＢ－１0　 流量范畴16~16０ L／h； 解吸取塔空气转子流量计:型号ＬZB-10　 流量范畴0.25～2.5 m３／h;解吸取塔水转子流量计：型号LZB-６ 流量范畴６~6０ L／h 浓度测量:吸取塔塔底液体浓度分析准备定量化学分析仪器(顾客自备);温度测量：ＰＴ1００铂电阻,用于测定测气相、液相温度。

２.二氧化碳吸取与解吸实验装置流程示意图(见图-4)图-4 二氧化碳吸取与解吸实验装置流程示意图1－　CO2钢瓶；2- CO2瓶减压阀；3- 吸取用气泵；4－吸取液水泵；5- 解吸液水泵；6－风机; ７-　空气旁通阀；８、9-U型管压差计；F１－ 空气流量计;Ｆ2-CO２流量计；F3-吸取液流量计；F4-解吸用空气流量计;Ｆ５-　解吸液体流量计；V1－V1９—阀门；Ｔ1-解吸气体温度;T２-吸取液体温度3．实验仪表面板图(见图-５)图-5 实验装置面板图五、实验措施及环节：1． 测量吸取塔干填料层（△Ｐ／Z)~u关系曲线(只做解吸塔):打开空气旁路调节阀７至全开,启动风机6打开空气流量计F4下的阀门，逐渐关小阀门7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9的数值,然后变化空气流量，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解决后，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. 测量吸取塔在喷淋量下填料层(△P／Z）～ｕ关系曲线:将水流量固定在１0０L／h左右（水流量大小可因设备调节），采用上面相似环节调节空气流量，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,操作中随时注意观测塔内现象,一旦浮现液泛，立即记下相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(见图2A　),并在图上拟定液泛气速,与观测到的液泛气速相比较与否吻合３. 二氧化碳吸取传质系数测定：(1）打开阀门V7、Ｖ11，其他因此阀门所有关闭２)启动吸取液泵4将水经水流量计F３计量后打入吸取塔中,启动气泵3用阀门V１调节空气流量为指定值,按二氧化碳与空气的比例在1０—2０%左右计算出二氧化碳的空气流量打开二氧化碳钢瓶顶上的减压阀２，向吸取塔内通入二氧化碳气体,流量大小由流量计F2读出3）启动解吸泵5,将吸取液经解吸流量计F5计量后打入解吸塔中，同步启动风机,运用阀门7 调节空气流量对解吸塔中的吸取液进行解吸解吸塔水流量应与吸取液流量一致４）吸取进行15分钟并操作达到稳定状态之后,测量塔底吸取液的温度，同步用V6和V16取样品，测定吸取塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量5）二氧化碳含量测定用移液管吸取0.1M左右的Ｂa(OH)2原则溶液10mＬ，放入三角瓶中,并从取样口处接受塔底溶液10　mL，用胶塞塞好振荡溶液中加入2~３滴酚酞批示剂摇匀,用0.1M左右的盐酸原则溶液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.启动ＣO２总阀门前,要先关闭减压阀，阀门开度不适宜过大。

2.实验中要注意保持吸取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两个流量计要及时调节，以保证明验时操作条件不变3．分析ＣO2浓度操作时动作要迅速,以免CO2从液体中溢出导致成果不精确七、实验数据记录及解决:１.实验数据计算及成果（以实验中表1所获得数据的第2组数据为例):(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2mmH2O 空塔气速:（m/s）单位填料层压降(mｍＨ2O／m）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 表１第一套设备干填料时△P/z～u关系测定(　　L=０　　 填料层高度Z=0.９０m　　　　塔径D=０.05m)序号填料层压强降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ﻫm／s11１.10．250.0422２.２０.50.07322.20.８０.1１4４4.41.10.16５55.6１.４0．20666.7１.7。