二氧化碳吸收与解吸实验装置.docx
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二氧化碳吸收与解吸实验装置
二氧化碳吸收与解吸实验装置说明书
天津大学化工基础实验中心
2012.03
一、实验设备功能和特点：
本实验装置主要用于实验教学和科研。
通过实验，可以帮助学生了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析可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，练习并掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，会实验数据的处理和分析。
整套设备实验现象准确，数据稳定可靠，并且体积小重量轻，使用方便。
二、实验设备主要技术参数与基本情况：
1.设备主要参数：
填料塔：
玻璃管内径Di＝0.050m；内装φ6×10mm瓷拉西环；
填料层高度Z＝0.8m；
风机：
XGB-12型，550W；
二氧化碳钢瓶1个（用户自备）；减压阀1个（用户自备）。
2.流量测量仪表：
CO2转子流量计：
型号LZB-6；流量范围0.06～0.6m3／h；
空气转子流量计：
型号LZB-10；流量范围0.25～2.5m3／h；
吸收塔水转子流量计：
型号LZB-6；流量范围6～60L／h；
解吸收塔水转子流量计：
型号LZB-10流量范围16～160L／h。
3.浓度测量：
化学分析仪器一套（用户自备）；
4．温度测量：
PT100铂电阻，用于测定气相、液相温度，数字仪表显示。
表一、二氧化碳在水中的亨利系数E×10-5，KPa
气体
温度，℃
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
60
CO2
0.738
0.888
1.05
1.24
1.44
1.66
1.88
2.12
2.36
2.60
2.87
3.46
三．实验流程简介：
吸收质（二氧化碳气体）由钢瓶经减压阀和转子流量计15计量后与经过计量后的空气混合由塔底进入吸收塔内，气体自下而上经过填料层与吸收剂纯水逆流接触进行吸收操作，尾气从塔顶放空；吸收剂是由转子流量计14计量后由塔顶进入喷洒而下；吸收二氧化碳后的液体流入塔底后进入储槽22中，再由吸收液泵3经流量计7计量后进入解吸塔进行解吸操作，空气由流量计6控制流量进入解吸塔塔底，自下而上经过填料层与液相逆流接触对吸收液进行解吸，解吸后气体自塔顶放空。
U形液柱压差计用来测量填料层两端的压强降。
二氧化碳吸收解吸实验装置流程示意图见图-1
二氧化碳吸收解吸实验装置仪器面板示意图见图-2
图-1二氧化碳吸收解吸实验装置流程示意图
1-解吸液储槽；2-解吸液液泵；3-吸收液液泵；4-风机；5-空气旁通阀；
6-空气流量计；7-吸收液流量计；8-吸收塔；9-吸收塔塔底取样阀；
10、11-U型管液柱压强计；12-解吸塔；13-解吸塔塔底取样阀；14-解吸液流量计；15-CO2流量计；16-吸收用空气流量计；17-吸收用气泵；18-CO2钢瓶；19、21-水箱放水阀；20-减压阀；22-吸收液储槽；23-回水阀；24-放水阀；
图-2仪器面板示意图
四、实验方法及步骤：
1.测量填料塔干填料层（△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11的数值，然后改变空气流量，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处理后，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。
2.测量填料塔在喷淋量下填料层（△P／Z）～u关系曲线（只做解吸塔）：
将水流量固定在100L／h（水流量大小可因设备调整），采用上面相同步骤调节空气流量，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，操作中随时注意观察塔内现象，一旦出现液泛，立即记下对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80L／h时的（△P／z）～u关系曲线（见图2A），并在图上确定液泛气速，与观察到的液泛气速相比较是否吻合。
3.二氧化碳吸收传质系数测定：
吸收塔与解吸塔（水流量控制在40L/h）
（1）打开阀门5，关闭阀门9、13。
（2）启动吸收液泵2将水经水流量计14计量后打入吸收塔中，然后打开二氧化碳钢瓶顶上的针阀20，控制在0.2m3/h左右。
启动气泵开关调节流量控制在0.51m3/h左右，向吸收塔内通入二氧化碳和空气的混合气体（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）吸收进行10分钟后，启动解吸泵2，将吸收液经解吸流量计7计量后打入解吸塔中，同时启动风机，利用阀门5调节空气流量（约0.5m3／h）对解吸塔中的吸收液进行解吸。
（4）操作达到稳定状态之后，测量塔底的水温，同时在塔顶、塔底取样口用100ml三角瓶取20ml样品并分别测定塔顶、塔底液体中二氧化碳的含量。
（实验时注意吸收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节，以保证实验时操作条件不变）
（5）二氧化碳含量测定
用移液管吸取0.1M的Ba（OH）2溶液10mL，放入三角瓶中，并从塔顶或塔底样品中取10mL加入三角瓶中用胶塞塞好振荡。
溶液中加入2～3滴酚酞指示剂摇匀，用0.1M的盐酸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：
五、实验注意事项：
1.开启二氧化碳钢瓶总阀门前，要先关闭减压阀。
总阀门开启后缓慢打开减压阀，阀门开度不宜过大。
2.实验中要注意保持吸收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。
3.分析CO2浓度操作时动作要迅速，以免CO2从液体中溢出导致结果不准确。
4.实验用水应采用蒸馏水。
六、附实验数据计算举例:
1．实验数据计算及结果（以实验中所取得数据的第二组数据为例）:
（1）填料塔流体力学性能测定（以填料塔干填料数据为例）
空气转子流量计读数：
0.5m3/h；填料层压降U管读数：
2.0mmH2O
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，见图三。
（2）传质实验（以第一组数据为例）
CO2转子流量计读数0.200（m3／h）、CO2转子流量计处温度16.1（℃）
16.1℃下二氧化碳气体密度
=1.976Kg/m3
CO2实际流量VCO2=
=
=0.156（m3／h）
空气转子流量计读数VAir=0.500（m3／h）
（a）.吸收液浓度计算
吸收液消耗盐酸体积V1=30.10ml，则吸收液浓度为：
=
=0.01277mol/L
（b）.吸收剂二氧化碳浓度计算
因纯水中含有少量的二氧化碳，所以纯水滴定消耗盐酸体积V=32.3ml，则塔顶水中CO2浓度为：
=
=0.00056mol/L
（c）.塔底的平衡浓度计算
塔底液温度t=7.9℃，由表一可查得CO2亨利系数E=0.9735×105KPa
则CO2的溶解度常数为
=
=5.706×10-7（
）
塔底混和气中二氧化碳含量
y1=
=0.238
H×PA1=H×y1×P0
=5.7×10-7×0.2857×101325=0.016521（mol/l）
（d）.塔顶的平衡浓度计算
由物料平衡得塔顶二氧化碳含量
L（CA2-CA1）=V（y1-y2）
y2=y1-
=0.238-
=0.216
=H×PA2=H×y2×P0
=5.706×10-7×0.2638×101325=0.015256mol/L
（e）.液相平均推动力计算
=
=0.0049（kmol/m3）
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，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，即
=
=0.0044（m/s）
实验结果列表如下：
干填料时△P/z～u关系测定（见表二）
湿填料时△P/z～u关系测定（见表三）
填料吸收塔传质实验技术数据（见表四）
～
关系曲线（见图-3）
表二、干填料时△P/z～u关系测定
（L=0填料层高度Z=0.8m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
（m/s）
1
2
2.5
0.5
0.07
2
4
5.0
1
0.14
3
7
8.8
1.5
0.21
4
11
13.8
2
0.28
5
15
18.8
2.5
0.35
表三湿填料时△P/z～u关系测定
（L=100l/h填料层高度Z=0.8m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
（m/s）
操作现象
1
4.0
5.0
0.25
0.04
正常
2
6.0
7.5
0.50
0.07
正常
3
9.0
11.3
0.70
0.10
正常
4
13.0
16.3
0.90
0.13
正常
5
21.0
26.3
1.10
0.16
正常
6
31.0
38.8
1.30
0.18
正常
7
46.0
57.5
1.50
0.21
正常
8
70.0
87.5
1.70
0.24
正常
9
102.0
127.5
1.90
0.27
正常
10
135.0
168.8
2.00
0.28
液泛
11
183.0
228.8
2.10
0.30
液泛
12
265.0
331.3
2.20
0.31
液泛
13
385.0
481.3
2.30
0.33
液泛
图-3
～
关系曲线
表四：
填料吸收塔传质实验技术数据表
被吸收的气体为CO2和空气的混合物，吸收剂:
水;塔内径:
50ｍｍ
类型
吸收塔
填料种类
瓷拉西环
填料层高度（m）
0.80
CO2转子流量计读数（m3／h）
0.200
CO2转子流量计处温度（℃）
16.1
流量计处CO2的体积流量（m3／h）
0.156
空气转子流量计读数（m3／h）
0.500
水转子流量计读数（l/h）
40.0
中和CO2用Ba（OH）2的浓度Ｍ（mol／l）
0.17982
中和CO2用Ba（OH）2的体积（ml）
10
滴定用盐酸的浓度Ｍ（mol／l）
0.111
滴定塔底吸收液用盐酸的体积（ｍl）
30.10
滴定空白液用盐酸的体积（ｍl）
32.30
样品的体积（ｍl）
10
塔底液相的温度（℃）
7.9
亨利常数E×10-8（Pa）
0.973502
塔底液相浓度CA1（kmoI／m3）
0.01277
空白液相浓度CA2（kmoI／m3）
0.00056
传质单元高度HL×107【kmol/（m3*Pa）】
5.70677
y1
0.23794
平衡浓度CA1*10-2（kmol/m2）
1.3759
y2
0.2161
平衡浓度CA2*10-2（kmol/m3）
1.2493
平均推动力△CAm（kmol／m3）
0.0049
液相体积传质系数ＫYa（m／s）
0.0044
吸收率
9.2%
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