二氧化碳吸收与解吸实验.docx

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(完好版)二氧化碳汲取与解吸实验
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二氧化碳汲取与解吸实验
一、实验目的认识填料汲取塔的结构、性能和特色,练习并掌握填料塔操作方法;经过实验测定数据的办理分析,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。掌握填料汲取塔传质能力和传质效率的测定方法,练习实验数据的办理分析。二、实验内容测定填料层压强降与操作气速的关系,确立在必定液体喷淋量下的液泛气速。固定液相流量和入塔混杂气二氧化碳的浓度,在液泛速度下,取两个相差较大的气相流量,分别丈量塔的传质能力(传质单元数和回收率)和传质效率(传质单元高度和体积汲取总系数)。进行纯水汲取二氧化碳、空气解吸水中二氧化碳的操作练习,同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。三、实验原理:气体经过填料层的压强降:压强降是塔设计中的重要参数,气体经过填料层压强降的大小决定了塔的动力耗费。压强降与气、液流量均有关,不一样液体喷淋量下填料层的压强降P与气速u的关系如图一所示:L3>L2>L1
a
P
k
,
P32
L0=0
10u,m/s
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图一填料层的P~u关系
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当液体喷淋量L00时,干填料的P~u的关系是直线,如图中的直线0。
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当有必定的喷淋量时,P~u的关系变为折线,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P~u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:汲取系数是决定汲取过程速率高低的重要参数,实验测定可获得汲取系数。对于同样的物系及必定的设备(填料种类与尺寸),汲取系数跟着操作条件及气液接触状况的不一样而变化。二氧化碳汲取-解吸实验依据双膜模型的基本假设,气侧和液侧的汲取质A的传质速率方程可分别表达为
气膜
GA
kgA(pA
pAi)
(1)
液膜
GA
klA(CAi
CA)
(2)
式中:GA—A组分的传质速率,kmoIs1;2
A—两相接触面积,m;PA—气侧A组分的均匀分压,Pa;
PAi—相界面上A组分的均匀分压,Pa;
CA—液侧A组分的均匀浓度,kmolm3
CAi—相界面上A组分的浓度kmolm3
kg—以分压表达推进力的气侧传质膜系数,kmolm2s1Pa1;
kl—以物质的量浓度表达推进力的液侧传质膜系数,ms1。
以气相分压或以液相浓度表示传质过程推进力的相际传质速率方程又可分别表
达为:GAKGA(pApA)(3)
GAKLA(CACA)(4)
式中:pA—液相中A组分的实质浓度所要求的气相均衡分压,Pa;
CA—气相中A组分的实质分压所要求的液相均衡浓度,kmolm3;
KG—以气相分压表示推进力的总传质系数或简称为气相传质总系数,
kmolm2s1Pa1;
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KL-以气相分压表示推进力的总传质系数,或简称为液相传质总系数,ms1。
若气液相均衡关系依据享利定律:
CAHpA,则:
1
1
1
KG
kg
(5)
HKl
1
H
1
KL
kg
(6)
kl
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相界面浓
度PAPAi
CAiCA
CA气液距离膜膜

P2=PA2CA2,FLdh
PACA
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P+dP
A
C
+dC
A
AA
P1=PA1CA1,FL
图二双膜模型的浓度分布图图三填料塔的物料衡算图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,KGkg;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,KLkl。
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,则由汲取质A的物料衡算可得:
dGA
FL
dCA
(7a)
L
式中:FL——液相摩尔流率,kmols1;
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L——液相摩尔密度,kmolm3。
依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:
dGAKL(CA
CA)aSdh
(7b)
联立上两式可得:
FL
dCA
(8)
dh
CA
CA
KLaSL
式中:a——气液两相接触的比表面积,
2-1
;
m·m
S——填料塔的横载面积,
2
m。
本实验采纳水汲取纯二氧化碳,且已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小,所以,液相摩尔流率FL和摩尔密度L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,在整个填料层内为必定值,则按以下边值条件积分式(8),可得填料层高度的计算公式:
h

h
h
CA
CA1
h
VsL
CA1dCA
(9)
KLaS
CA2CACA
令
HL
VsL
,且称
L为液相传质单元高度(HTU);
KLaS
H
NL
CA1
dCA
,且称
L为液相传质单元数(NTU)。
CA2
CA
CA
N
所以,填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积,即
hHLNL
(10)
若气液均衡关系依据享利定律,即均衡曲线为直线,则式(9)为可用分析法解得填料层高度的计算式,亦即可采纳以下均匀推进力法计算填料层的高度或液相传质单元高度:
VsL
CA1
CA2
(11)
h
CAm
KLaS
h
h
(12)
NL
VsL
HL
,即
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CA1
CA2
(CA1
CA1)
(CA2CA2)
CAm

CA1
CA1
In
CA2
ln
CA2
CA2
此中:CA1HpA1Hy1p0,
CA2
HpA2
Hy2p0,P0为大气压。
二氧化碳的溶解度常数:
H
w
1
koml
m3
Pa1
Mw
E
式中:w——水的密度,
kg
m3;
Mw——水的摩尔质量,
kgkmol1
;

(13)
(14)
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E——二氧化碳在水中的享利系数(见化工原理下册第78页),Pa。因本实验采纳的物系不但依据亨利定律,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
klaKLa
VsL
CA1CA2
(15)
hS
CAm
四、实验装置:
:
填料塔:玻璃管内径D=
×10mm瓷拉西环;
填料层高度Z=;
风机:XGB-12型550W;
二氧化碳钢瓶1个;
减压阀1个(用户自备)。
流量丈量仪表:CO转子流量计型号
LZB-6
3
~;
2
空气转子流量计:型号LZB-~;
汲取水转子流量计:
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
浓度丈量:汲取塔塔底液体浓度分析准备定量化学分析仪器(用户自备);温度丈量:PT100铂电阻,用于测定测气相、液相温度。
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二氧化碳汲取与解吸实验装置流程表示图(见图四)图四二氧化碳汲取与解吸实验装置流程表示图1-CO2流量计;2-CO2瓶减压阀;3-CO2钢瓶;4-汲取用空气流量计;5-汲取用气泵;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-汲取液流量计;14-解吸液液泵;16-汲取液储槽;17-汲取塔;18-汲取塔塔底取样阀;20-解吸液流量计;21-汲取液液泵;22-空气流量计;23-空气旁通阀;24-风机
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(见图五)图五实验装置面板图五、实验方法及步骤:丈量汲取塔干填料层(△P/Z)~u关系曲线(只做解吸塔):打开空气旁路调理阀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,调理进塔的空气流量。稳固后读取填料层压降△P即U形管液柱压差计11的数值,而后改变空气流量,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办理后,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。丈量汲取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),采纳上边同样步骤调理空气流量,稳固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地方显示的空气温度,操作中随时注意观察塔内现象,一旦出现液泛,马上记下对应空气转子流量计读数。依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,并在图上确立液泛气速,与观察到的液泛气速对比较能否切合。二氧化碳汲取传质系数测定:汲取塔与解吸塔(水流量控制在40L/h)1)打开阀门5,关闭阀门9、13。
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2)启动汲取液泵2将水经水流量计14计量后打入汲取塔中,而后打开二氧化碳钢瓶顶上的针阀20,向汲取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,。
(3)汲取进行15分钟后,启动解吸泵
2,将汲取液经解吸流量计
7计量后打入
解吸塔中,同时启动风机,利用阀门5
3
调理空气流量()对解吸塔
中的汲取液进行解吸。4)操作达到稳固状态以后,丈量塔底的水温,同时取样,测定两塔塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量。(实验时注意汲取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理,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汲取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,。按下式计算得出溶液中二氧化碳浓度:
2C
Ba(OH)2
V
Ba(OH)2
-C
HCl
V
HCl
1
CCO2
2V溶液
molL
六、实验注意事项:开启CO2总阀门前,要先关闭减压阀,阀门开度不宜过大。实验中要注意保持汲取塔水流量计和解吸塔水流量计数值一致,并随时关灌水箱中的液位。分析CO2浓度操作时动作要迅速,省得CO2从液体中溢出以致结果不正确。
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七、实验数据记录
(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

2

3

4

5

6

(湿填料)
湿填料时△P/z~u关系测定
L=160
填料层高度Z=
塔径D=
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

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填料汲取塔传质实验数据表
被汲取的气体:纯CO
汲取剂:水
塔内径:50mm
2
塔种类
汲取塔
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(
m
3
/)

h
水转子流量计读数(l/h)

中和CO2用Ba(OH)2的体积(ml)
样品的体积(ml)
滴定塔底汲取液用盐酸的体积(ml)
滴定空白液用盐酸的体积(ml)

盐酸浓度标定
序号
1
2
3
2
3
质量/g
NaCO
HCl体积/ml氢氧化钡浓度标定
序号
1
2
3
邻苯二甲酸氢钾质量/gBa(OH)2体积/ml八、: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)
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