二氧化碳吸收实验Word格式.docx
《二氧化碳吸收实验Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化碳吸收实验Word格式.docx（14页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
ΔCAM---塔顶、塔底的平均传质推动力，Kmol.m-3
传质系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，是吸收塔设计和操作参数确定的基础，而实验测定是获取传质系数的根本途径。
对于相同的物系，传质系数的大小取决于塔设备结构（包括塔类型、填料的类型与尺寸等）、操作条件及气液接触状况等。
若单位体积内气液两相所具有的有效传质面积为a（m2.m-3），则
（2）
h---填料层的高度（填料塔）或液层高度（板式塔）；
S---塔的横截面积。
代入
（1）式，得
（3）
由于单位体积的有效传质面积a随塔内的持液量而变化，即随吸收剂流量大小而变化，液相总传质系数KL也随吸收剂流量而变化，因此，工程上将两者合并成一个物理量KLa，称为液相体积总传质系数，此即本实验所要测定的传质系数。
因此
（4）
在一定的操作条件下，对全塔进行物料衡算，可得吸收操作的传质速率
（5）
VL---液相的体积流量；
CA1---从塔底离开的溶液中吸收质A的浓度，Kmol.m-3；
CA2---塔顶进入的吸收剂中吸收质A的浓度，Kmol.m-3；
因此液相体积传质总系数
（6）
本实验采用水吸收二氧化碳体系，由于二氧化碳在常温下溶解度较小，因此液相体积流量VL可视为定值。
液相平均传质推动力
（7）
水-二氧化碳体系的溶解相平衡关系可采用亨利定律表示，故
二氧化碳的溶解度常数：
Kmol.m-3.Pa-1（8）
式中：
---水的密度，Kg.m-3；
ML---水的摩尔质量，Kg.Kmol-1；
E---亨利系数，Pa。
因此，（7）式可以简化为
（9）
代入
（10）
液相传质单元高度
（11）
由于本实验采用的水吸收CO2体系，整个传质过程的阻力都集中于液膜，气膜阻力可忽略不计，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即
（12）
（三）实验装置
1.设备主要参数：
填料塔：
玻璃管内径D＝0.050m；
内装φ10×
10mm瓷拉西环；
吸收塔填料层高度Z＝0.83m；
解析塔填料层高度Z＝0.80m；
风机：
XGB-12型，550W；
二氧化碳钢瓶1；
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；
精度2.5％；
空气转子流量计：
型号LZB-10；
流量范围0.25～2.5m3／h；
精度2.5％；
水转子流量计：
型号LZB-10；
流量范围16～160L／h；
解吸收塔水转子流量计：
型号LZB-6流量范围6～60L／h精度2.5％。
3.浓度测量：
吸收塔塔底液体浓度分析准备定量化学分析仪器一套；
4．温度测量：
PT100铂电阻，用于测定测气相、液相温度。
（四）实验流程简介
吸收质（纯二氧化碳气体或与空气混合气）由钢瓶经二次减压阀和转子流量计15计量后，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；
吸收剂经转子流量计14计量后由塔顶进入喷洒而下；
吸收二氧化碳后的溶液流入塔底液料储槽22中储存，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6流量计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-放水阀；
24-回水阀
图-2仪器面板示意图
（五）实验方法及步骤：
1.测量解吸塔干填料层（△P／Z）～u关系曲线（只做解吸塔）：
先检查关闭解析塔空气流量计开关，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.测量解吸塔在喷淋量下填料层（△P／Z）～u关系曲线：
先检查关闭解析塔水流量计开关，然后打开解析塔水泵开关，调整解析塔水流量计开关将水流量固定在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100L／h时的（△P／z）～u关系曲线，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，向吸收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，控制在0.1m3/h左右。
（3）吸收进行15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1.5m3／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，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：
表一二氧化碳在水中的亨利系数E×
10-5，kPa
气体
温度，℃
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
（五）实验注意事项
1.开启CO2总阀门前，要先关闭减压阀，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。
（六）实验数据与处理
1、测量并记录实验基本参数
（1）设备参数
塔型：
吸收塔，解析塔
塔内径d=0.025m；
填料层高度：
吸收塔h=0.80m；
解析塔h=0.83m
填料型式：
Φ10*10mm瓷拉西环
（2）操作参数
大气压强P0=0.10052MPa；
室温T=24oC
（3）分析检验用的化学试剂
盐酸溶液浓度CHCl=0.1kmol.m-3；
盐酸溶液用量：
吸收塔塔顶VHCl=17.60、17.48、17.40ml；
塔底VHCl=14.21、13.90、13.75ml；
解析塔塔顶VHCl=14.35、14.10、13.95ml；
塔底VHCl=17.0、17.50、17.31ml
Ba（OH）2溶液浓度CBa（OH）2=0.1kmol.m-3；
计算过程
实验数据及分析
（1）解析塔流体力学性能测量
表一干填料时△P/z～u关系测定
（L=0填料层高度Z=0.80m塔径D=0.050m）
序号
填料层
压强降mmC2H5OH
单位高度填料层压强降
mmC2H5OH/m
空气转子流量计读数m3/h
空塔气速
m/s
1
3
3.750
0.8
0.1132
2
6
7.500
1.1
0.1557
7
8.750
1.4
0.1982
4
12.500
1.7
0.2406
12
15.000
2.0
0.2831
18.750
2.3
0.3255
17
21.250
2.5
0.3539
表二湿填料时△P/z～u关系测定
L=100填料层高度Z=0.80m塔径D=0.050m）
压强降mmC2H5OH
操作现象
0.25
0.0354
正常
0.5
0.0708
31.250
0.70
0.0991
50.000
0.90
0.1274
70
87.500
1.10
86
107.500
1.30
0.1840
105
131.250
1.40
8
120
150.000
1.50
0.2123
9
153
191.250
1.60
0.2265
积液
156
195.000
1.70
11
235
293.750
1.80
0.2548
液泛
333
416.250
1.90
0.2689
（2）传质系数测定
表三：
填料吸收塔传质实验技术数据表（吸收塔）
被吸收的气体:
纯CO2吸收剂:
水塔内径:
50mm
塔类型
吸收塔
填料种类
瓷拉西环
填料尺寸mm
Φ10*10
填料层高度m
0.83
CO2转子流量计读数m3／h
0.1
CO2转子流量计处温度0C
44.0
流量计处CO2的体积流量m3／h
0.088
水转子流量计读数
水流量L/h
中和CO2用Ba（OH）2的浓度mol／l
中和CO2用Ba（OH）2的体积ml
滴定用盐酸的浓度mol／l
滴定塔底吸收液用盐酸的体积ml
14.21
13.90
13.75
滴定空白液用盐酸的体积ml
17.60
17.48
17.40
样品的体积ml
塔底液相的温度0C
20.3
亨利常数E*108Pa
塔底液相浓度CA1kmoI／m3
0.0302
空白液相浓度CA2kmoI／m3
0.0125
传质单元高度HLE-7kmol/（m3*Pa）
0.736
平衡浓度CA*10-2kmol/m3
3.87
平均推动力CO2△CAmkmol／m3
0.01569
液相体积传质系数ＫYam／s
0.007697
图1△P/z～u关系曲线图
由上图可知，A点以下，湿填料塔与干填料塔曲线大致平行，上升气体不影响液体的下流；
A点以上，空塔气速达到一定值，曲线斜率增大，上升气体阻碍液体顺利下流，且曲线趋向于垂直，表明上升气体足以阻止液体下流，液体充满填料层空隙，气体鼓包上升，随之液体被气流带出塔顶，发生液泛。
本次实验所得数据有一定误差，没有明显观察到载点。
Bydenden
升级会员 