二氧化碳吸收与解吸实验.docx

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二氧化碳汲取与解吸实验
一、实验目的
认识填料汲取塔的构造、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剖析,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剖析。
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淆气二氧化碳的浓度,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、液流量均相关,不一样液体喷淋量下填料层的压强降卫与气速u的关系如图一所示:
图一填料层的P〜u关系
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当液体喷淋量L0=0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。关于同样的物系及必定的设施(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定,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
液膜
-()
GakgaPaPai
ga二%A(Ca「Ca)
()
1
(2)
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式中:GA—A组分的传质速率,kmoI-s^;
A2;
—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,kmol■m2・.Pa";
卧一以物质的量浓度表达推进力的液侧传质膜系数,m‘s"。
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:
GA二KgA(Pa一Pa)
(3)
Ga_KlA(C;CA)(4)
alvaa丿
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,kmolm-;
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,
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-;
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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,
若气液相均衡关系按照享利定律:CA二HpA,则:
111
(5)
=—+
KgkgHKi
Klkgki
膜
膜
P2=P
A2
P+dP
AA
C+dC
AA
P1=PA1
CA1,FL
图二双膜模型的浓度散布图
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,随意载取一微分段,并以此为衡算系统,则由汲取质A的物料衡算可得:
二TdGA'LdCa(7a)
L
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式中:Fl——液相摩尔流率,kmols1;
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:L液相摩尔密度,kmolm3o
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:
dGA二Kl(Ca_Ca)aSdh
(7b)
联立上两式可得:
fl
dCA
dh
klaS匚Ca-Ca
式中:a——气液两相接触的比表面积,
2
m。
2-1
m•m;
s――填料塔的横载面积,
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K和两相接触比表面积a,在整个填料层内为必定值,则按
L
以下边值条件积分式(8)
,可得填料层高度的计算公式:
二°Cc
hA
=c
VCaA1VdCA
sLCA
A1
h二
KlaSJCA-Ca
(9)
令匚
HlKlaS
,且称为液相传质单元高度(HTU);
fdCA,且称为液相传质单元数(NTU)。nlcca-CaN
A2AA
所以,填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积,即
(10)
若气液均衡关系按照享利定律,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:
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sL
A1
KlaS
h
Am
h
(11)
(12)
hl
sL
kl丄S
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,即
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丄C
Am
-■-:Al_C\A2(Cai—°起一(CA2—CA2)
In超
C
(13)
Jh
Al—A1
lnC_C
A2A2
C-=
此中:CA1hPaiHyiPo,A2Hpa2H%p°,
二氧化碳的溶解度常数:
A2
P0为大气压。
H?
M
w
1
i
E
komlm3Pa1
■**
式中:「W
-水的密度,
kg
m3;
Mw水的摩尔质量,kgkmol;
(14)
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单按照亨利定律,并且气膜阻力能够不计,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
VCC
sL
k]aIKla
hS
Al_A2
Am
(15)
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四、实验装置:
塔高内装©10X10mm瓷拉西环;
风机:XGB-12型550W;
减压阀1个(用户自备)。
实验装置主要技术参数:填料塔:玻璃管内径D=
填料层高度Z=;
二氧化碳钢瓶1个;
流量丈量仪表:CO2转子流量计型号LZB-6流量范围〜3/h;
空气转子流量计:型号LZB-10流量范围〜3/h;
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剖析准备定量化学剖析仪器(用户自备)
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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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