CO2在二甲基亚砜中溶解度的测定及其亨利常数

1、CO2在二甲基亚砜中溶解度的测定及其亨利常数第2O卷第6期2006年l2月高校化学工程JournalofChemicalEngineeringofChineseUniversitiesNo.6Vol-2ODec.2006文章编号:1003-9015(2006)06-0860-04CO2在二甲基亚砜中溶解度的测定及其亨利常数李华(郑州大学化工学院,河南郑州450002)摘要:为了验证烟气吸收剂二甲基亚砜(【)MS0)对S0和CO的选择性能,在常压吸收装置中,实验测定了不f司浓度COz在DMSO中的溶解度.实验温度293.15-313.15K,CO2的分压5.56-18.2kPa.结果表明,二氧化

2、碳在二甲基亚砜中有较小的溶解度.在实验浓度范围内,二氧化碳在DMSO溶剂中的溶解过程符合亨利定律.在测得的实验数据基础上,得到了CO在DMSO中的亨利常数值.由实验数据可得出结论,DMSO对SOz和C02有良好的选择性,用于烟气脱硫是可行的.关键词:CO2:溶解度;二甲基亚砜:亨利常数中图分类号:TQ027.32i0645.42文献标识码:ASolubilityofDiluteC02inDimethylSulfoxideanditsHenrySConstantLIHua(CollegeofChemicalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou4500

3、02,China)Abstract:SincethefluegasconsistsofnotonlyS02butalsoalotofC02,asagoodabsorbentusedtoremovetheSO2fromthefluegas,thehighabsorptiveselectivityofdimethylsulfoxide(DMSO)onlyforS02shouldbeexaminedbyconfirmingthatthesolubilityofC02inDMSOisverysmal1.HencethesolubilityofCO2inDMSOatthetemperaturerange

4、of293.15-313.15KandthepartialpressurerangeofC02from5.56kPat0l8.2kPaWasdetermined.TheresultsshoWthatinabovementionedtemperatureandpartialpressureranges,theCO2solubilinDMSOiSreallyverysmall,anditindicatesthattheDMSOiSfeasibletobeselectedastheorganicabsorbentusedfortheremovalofSO2fromthefluegas.Theexpe

5、rimentaldataalsoshowthattheabsorptionprocessofCO2inDMSOobeystheHenry'Slaw.BasedonthedataobtainedfromtheC02solubilityexperiments,theHenry'SlawconstantforC02inpolarsolventDMSOat25asanexampleWascalculated.Keywords:C02;solubility;dimethylsulfoxide;HenrySconstant1引言废气脱硫是当前很受重视的研究课题之一.为了找到有效的方法,人们

6、尝试了各种脱硫技术.相比之卞,有机溶剂吸收法具有投资费用低,操作简单,效率高和可反复利用等特点,其中有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)尤值得重视【¨】.由于烟气中不仅含SO2(O.1%-0.5%),而且含大量的CO2(10%-15%),而S02和CO2都属于酸性气体,所以选用的烟气吸收剂应能选择性吸收SO2,对CO2不吸或少吸,这样才能使烟气得到净化,同时又能保持吸收剂的持久性.在计算用DMSO吸收烟气中的SO2时,需要有CO2在DMSO中的溶解度数据,而目前CO2在DMSO中的溶解度数据报道很引.为了满足工业过程设计开发的需要,还有必要对在不同温度,不同分压范围内CO2在二甲基亚砜中的

7、气液平衡基础数据进行进一收稿日期t2005-05.30修订日期l2005.I1.14.基金项目:河南省重大科技攻关计划项目(001200420).作者简介;李华(1967?).女?河南郑州人一郑州大学副教授,博士.通讯联系人;李华-E-mailtLihua,第2O卷第6期李华:CO2在二甲基亚砜中溶解度的测定及其亨利常数步的测定.本文用静态法在293.15313.15K,测定了二氧化碳分压为5.5618.2kPa下的气液平衡数据,用测得的数据,计算了CO2在DMSO中的亨利常数.2实验部分2.1实验原料及分析方法实验所用的主要原料DMSO为市售分析纯试剂,纯度99%i,为保证测量结果的准确性,

8、使用前需将DMSO进行脱气处理【.脱气步骤如下:将DMSO置于带有搅拌转子的脱气瓶中,脱气瓶接在真空装置上,开启磁力搅拌器,慢慢增大搅拌速度,加热DMSO并用真空泵抽去挥发性气体,反复进行,直至真空计读数无明显变化,可认为脱气完全.水采用去离子二次蒸馏水.为保证气体的稳定性,各种浓度二氧化碳气体均采用钢瓶气.其配制分别由二氧化碳气体(纯度99.9%以上)和高纯氮(纯度99.999O/o)一定的配比配入钢瓶中,放置过夜后使用.二氧化碳在溶剂中的溶解度采用文献【6】的方法,气相二氧化碳含量用RD.7AG型二氧化碳分析器进行测定(南京分析仪器厂制造)2.2溶解度测定测定气液平衡的方法从装置上大致可分

9、为静态法,循环法,流动法.经过比较,本文采用文献【6】的装置测定气液平衡数据,实验装置见图l.图l溶解度测定装置Fig1Solubilityapparatus溶解度测定的步骤如下:在恒定的温度下,被测气体穿过饱和瓶,进入吸收瓶,通气足够长时间,直至气体被溶剂饱和,吸收瓶被气体完全净化.然后,关闭进出口阀门,使三个支管中的水银柱高度相平,确保吸收瓶内的压力为常压,记录水银弯月面的位置,在恒定的实验温度下,将脱气后的DMSO溶剂在精度为±000001g的分析天平准确称景后,注入吸收瓶内,然后,开启磁力搅拌器,不断搅拌液体,调整水银柱的高度,使每时每刻三个支管中的水银柱高度相平,确保气相为

10、常压,当三个支管中的水银柱高度相平而且保持不再变化时,认为达到气液平衡测定的体积变化量等于注入的液体体积减去被吸收的气体体积.为保证测量的准确性,吸收后的溶液还用了UV.vis分光光度计进行了CO2溶解量的验证.整个实验装置都放入一个恒温水浴中,恒温水浴的控温精度为±0.o5c,测量用温度计的精度为±0.05C.2.3实验数据处理方法溶解度及其平衡分压按吸收室内各组分的物料平衡计算.整个吸收系统包括两部分:气相,主要高校化学工程2006年12月成分有:N2,CO.,溶剂蒸气液相,主要成分有:溶剂,溶解在溶剂中的CO2.实验所要确定的数据:平衡时的大气压(尸,kPa),水浴温

11、度(,K),气相CO2的浓度(Cco2,%),吸收室的总体积(2683.23mE),吸收前后量气管内气体的体积(,mE),(V2,mE),溶剂加入量,g).溶剂密度及饱和蒸汽压的测定结果如表1:表1溶剂的密度及饱和蒸汽压进入吸收室中的总二氧化碳的量?/c,和氮气的量,可由气相分析及物料衡算求得.二氧化碳溶解量m(CO)由溶剂加入量及测定的量气管体积变化量算出.平衡后吸收室中尚存的二氧化碳气体量(,)等于进入吸收室中的总二氧化碳量减去二氧化碳溶解量.平衡时DMSO蒸气的量DMso可由它的饱和蒸气压估算.气相中二氧化碳的平衡分压为.瓦(1式中,尸0为大气压力,kPa整个实验的数据处理方法均用计算机

12、编程计算.2.4实验装置可靠性验证为检验实验装置和分析方法的可靠性,使用图1的装置,相同条件下分别测定了纯二氧化碳在水中的溶解度并与文献f8l相比,测定值与文献值基本相符,见表2.重复实验表明,二氧化碳的溶解度相对误差在1%以内.3实验结果及讨论3.1不同低浓度CO2在DMSO中的溶解度实验测定测定结果见图2,由图可看出氧化碳平衡分压p.2与二氧化碳溶解度co:成直线关系,这表明CO2在此溶剂中的溶解过程可以用亨利定律描述.3.2实验数据与文献值的比较将测得的实验数据与文献【3进行比较,结果见表3.可以看出,本实验所测得的二氧化碳在DMSO中的溶解度数据与文献值是比较接近的.重表2测定值与文献

13、值的比较Table2ComarisonbetweenexoerimentdataandIiteraturedata000020.000400006000080O01000012000140.0016000l8CU.图2不同温度下低浓度二氧化碳一DMSO系统的气液平衡曲线Fig2Phaseequilibriumfor(Carbondioxide+DMSO)systematdifferenttemperatures表325时实验所得cO2在DMSO中的亨利常数值与文献值的比较Table3ComparisonofHenry'SlawconstantforCO2inpolarsolventDM

14、SOat25mentalvalueLiteraturevalueDMSO107×10106×10Note:HPco2/Xco2,wherePco2isinPaando2istheCO2molefraction.第2O卷第6期李华:co2在二甲基亚砜中溶解度的测定及其亨利常数8634结论(1)用本文所建立的溶解度装置测定了常压下CO2.DMSO二元体系的溶解度数据,有关结果与文献值相比,符合良好.(2)二氧化碳在DMSO溶剂中的溶解过程符合亨利定律.二氧化碳在DMSO中有很小的溶解度,在298.15K,二氧化碳在DMSO中的亨利常数为107×10Pa,而低浓度SO2

15、在DMSO中有较大的溶解度,在298.15K,其亨利常数为O.14×10PaIll可见SO2的溶解度比CO2大得多,实验证明所筛选的液体吸收剂在实验浓度范围内,对SO2和COz有良好的选择性,用于烟气脱硫是可行的.(3)该数据的建立,为以DMSO为吸收剂的废气脱硫技术提供了基础数据.参考文献:1】LIHua(李华),LIUDa-zhuang(U大壮),WANGFu-an(q:福安).SolubilityofdiluteSO2indimethylsulfoxideJ.JChemEngData,2002,47(4):772-775.BenoitR,MilanovaE.Vapourpres

16、sureandcalorimetricdataforthesolutionofsulfurdioxideinaproticsolventsJ.CanJChem,I979,57(9):13191323.LenoirJYRenaultRenonH.GaschromatographicdeterminationofHenry'Sconstantsof12gasesin19solvents【JJ.JChemEngData,1971,I6(3):340-342.KurochkinAKolyadinaOA,MurinovYu1,eta1.Gas?liquidequilibriainsulfurdioxide-monofunctionalheteroatomicorganicabsorbentsystemsJ.ZhFizKhim,1984,58(7):1613-1617.RubinBattino,MarkBanzhof,MichaelBogan,eta1.ApparatusforrapiddegassingofliquidsJ.AnalyticalChemistry,1971,43(6):806.807.HanlAAI.Ghawas,DanielPHagewisesche,GabrielRulz?Ibanez,eta1.Physicochemicalp