二氧化碳吸收与解吸试验

氧化碳吸取与解吸试验、试验目的了解填料吸取塔的构造、性能和特点，练习并把握填料塔操作方法；通过试验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能根本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。把握填料吸取塔传质力量和传质效率的测定方法，练习试验数据的处理分析。二、试验内容测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在肯定液体喷淋量下的液泛气速。塔的传质力量〔传质单元数和回收率〕和传质效率〔传质单元高度和体积吸取总系数〕。填料层的压强降 P与气速u的关系如图一所示:质系数。试验原理:气体通过填料层的压强降： 压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小打算了塔的动力消耗。压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下当液体喷淋量Lo0P〜u011当有肯定的喷淋量时，P并存在两个转折点，下转折点两个转折点将 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：吸取系数是打算吸取过程速率凹凸的重要参数， 试验测定可猎取吸取系数。对于一样的物系及肯定的设备〔填料类型与尺寸〕 ，吸取系数随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。1.二氧化碳吸取-解吸试验依据双膜模型的根本假设，气侧和液侧的吸取质A的传质速率方程可分别表达为气膜气膜GAkgA(PAPAi)〔1〕液膜GACA)〔2〕式中：GA—A组分的传质速率，A—两相接触面积，m2；1kmoIs；PAA组分的平均分压，Pa；A组分的平均分压，Pa；CAA组分的平均浓度，kmolm3CAiAkmolm3kg—以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmol kl—以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为： GA KGA(PAPA) 3〕GAKLA(CACA) 4〕式中：PA—液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压, Pa；CAA组分的实际分压所要求的液相平衡浓度,KG—以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数，211kmolmsPa；

kmolm3；KL-以气相分压表示推动力的总传质系数，或简称为液相传质总系数, 111 1KGk； HK^1HgKTk 1g

(5)(6)kA P+dA 假设气液相平衡关系遵循享利定律：CAHPA，则:2C +dQA33P1=PA1 C

1，FA1 L图二双膜模型的浓度分布图 图三 填料塔的物料衡算图l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掌握，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掌握，此时，KkolL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，则由吸取质A的物料A A

dG FL dC

(7a)式中：FL——液相摩尔流率，kmols1L----液相摩尔密度，kmolm3。依据传质速率根本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程:

(7b)联立上两式可得： dh

FLL L L L K aS

_ dC—CA

(8)式中：a——气液两相接触的比外表积,S――填料塔的横载面积，m。

2-1m・m；本试验承受水吸取纯二氧化碳，且二氧化碳在常温常压下溶解度较小,FL和摩尔密度L的比值，亦即液相体积流率〔Vs〕L可视为定K和两相接触比外表积a，在整个填料层内为肯定值，则按LF列边值条件积分式〔 8〕，可得填料层高度的计算公式:h0CACA.2

hCACA1C VsL A1C

(9)KaSCCCL 2 A AHLKLaS

VsL ，且称H为液相传质单元高度〔HTU；LCA1L CA2

dCACACA，

且称“为液相传质单元数〔 。NTUAdGK(CCAL A因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即hHLNL

(10)9〕为可用解析度的计算式，亦即可承受以下平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度：式中CA.m为液相平均推动力，即

(12)VsLKLaSN

CA1CA2CAm

(11)LL HLLKS4L5CC CA1 C

C( A1C

CC)A1)(CA2 A2CC)

(13)AmA1In

A.1

A1 A1CClnCC其中：CA1HPA1Hy1Po, CA2 HPA2 Hy2po,Po为大气压。HwMw komlm 3 Pa 1

(14)式中: 水的密度, 氧化碳的溶解度常数:水的摩尔质量, kgkmol1；E――二氧化碳在水中的享利系数〔见化工原理下册第 78页〕，Pa。因本试验承受的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此状况下，整个传质过程klaKLa VsLCA1CA2CAm

(15)hS阻力都集中于液膜，即属液膜掌握过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，亦即四、试验装置：试验装置主要技术参数：D=0.050m1.00m内装©10X10mm瓷拉西环;Z0.78m；1个；

风机：XGB-12550W;1个〔用户自备〕。流量测量仪表：COLZB-60.06〜0.6m3/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浓度测量：吸取塔塔底液体浓度分析预备定量化学器〔用户自备〕；温度测量：PT100铂电(13 )阻，用于测定测气相、液相温度。二氧化碳吸取与解吸试验装置流程示意图〔见图四〕图四二氧化碳吸取与解吸试验装置流程示意图CO2流量计；2CO2瓶减压阀；3CO2钢瓶；4-吸取用空气流量计；5-6、8-喷头；7、19-水箱放水阀；9-解吸塔；10-解吸塔塔底取样阀；槽；17-吸取塔；18-吸取塔塔底取样阀；20-解吸液流量计；吸取液液泵；22-空气流量计；23-空气旁通阀；24-风机7103•试验仪外表板图〔见图五〕液相温度◎◎气相温度〔6五、试验方法及步骤：

ESV1oOO总电源开关图五试验装置面板图

tn菖开关开去泵尸关汗栄O测量吸取塔干填料层〔△P/Z〕〜u关系曲线〔只做解吸塔〕：翻开空气旁路调整阀5至全开，启动风机。翻开空气流量计，渐渐关小阀门5的开度，调整进塔的空气流量。稳定后读取填料层压降△ P即U形管液柱压差118-10组数据。在对试验数据进展分析处理后，在对数坐标纸上以空塔气速的压降△P/Z为纵坐标，标绘干填料层〔P/Z〕〜u关系曲线。测量吸取塔在喷淋量下填料层〔P/Z〕〜u关系曲线：

u为横坐标，单位高度将水流量固定在104L/h〔水流量大小可因设备调整〕，米用上面一样步骤调整空气流量，稳定后分别读取并记录填料层压降厶 P、转子流量计读数和流量读数。依据试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，与观看到的液泛气速相比较是否吻合。二氧化碳吸取传质系数测定：吸取塔与解吸塔〔40L/h〕59、13214计量后打入吸取塔中，然后翻开二氧化碳钢瓶顶上的针阀20，向吸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，掌握在0.2m3/h左右。1527计量后打入解吸塔中，同时启动风机，利用阀门5调整空气流量〔0.5m/h〕对解吸塔中的吸取液进展解吸。操作到达稳定状态之后，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。〔试验时留意吸取塔水流量计和解吸塔水流量计数值要全都，并留意解吸水箱中的液位，两个流量计要准时调整，以保证明验时操作条件不变〕二氧化碳含量测定2Ba〔OH10mL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。溶液中参加2〜30.1M的盐酸滴定到粉红色消逝即为终点。22CCO2

Ba(OH)Ba(OH)— HClHClC VC V C

mol L1按下式计算得出溶液中二氧化碳浓度：六、试验留意事项：CO总阀门前，要先关闭减压阀，阀门开度不宜过大。试验中要留意保持吸取塔水流量计和解吸塔水流量计数值全都，箱中的液位。COCO从液体中溢出导致结果不准确。

并随时关注水七、试验数据记录1•试验装置填料塔流体力学性能测定〔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10.2520.531.041.552.062.5P/z〜uP/z〜u关系测定L=160序号Z=0.78m解吸塔水流量：0.250.50.7填料层压强降/mmH2O温度操作现象123450.80.96789101112131.01.11.21.31.41.51.61.7113•试验装置填料吸取塔传质试验数据填料吸取塔传质试验数据表被吸取的气体：C02塔类型填料种类填料层咼〔m〕CO2转子流量计处温度〔C〕

吸取剂:水 塔内径：50mm吸取塔瓷拉西环0.800.200空气转子流量计读数

〔m3/h〕 0.50040.0CO2Ba〔OH〕2的体积〔ml〕样品的体积〔ml〕滴定塔底吸取液用盐酸的体积〔ml〕滴定空白液用盐酸的体积〔ml〕氢氧化钡及盐酸浓度标定盐酸浓度标定序号1序号123Na2CO3/gHCl体积/ml序号序号123邻苯二甲酸氢钾质量/gBa(OH)2/ml八、试验数据处理1•试验数据计算及结果：试验数据计算过程〔以一组数据为例〕。试验数据计算例如〔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〕转子流量计读数0.5m3/h; 填料层压降U管读数2.0mmHO

3600(

/4)D

0.52—3600/4)0.0502( 2

0.07(m/s)单位填料层压降：

PZ=2/0.782.6(mmHO/m〔2〕传质试验CO20.200〔m/h〕、CO2转子流量计处温度16.1C下二氧化碳气体密度 co2=1.976Kg/m3

16.1 「C)CO2

实际流量V

=0.200CO

1204=0.156(m/h)1.976空气转子流量计读数△吸取液浓度计算

V =0.500 (m/h)Air吸取液消耗盐酸体积 则吸取液浓度为:ICA1

2CBa(OH)VBa(OH) CHC|VHCI2 ^2V2 ^. -.

=0.01277(kmol/m3)△吸取剂二氧化碳浓度计算

2 017982

100111 30210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CO浓度为:

△塔底的平衡浓度计算

2CBa(OH)VBa(OH)CHClVHClCA22 2V2 =20.17982100.11132.3=210

=0.00056(kmol/m3)塔底液温度t=7.9C,由附录可查得CO亨利系数E=0.9735X105KPaCO的溶解度常数为：w1MwE18

1000 10.9735108

-7=5.706X10

(kmolm3Pa1)塔底混和气中二氧化碳含量:

_ 0.156=1

=0.23813* 7 qC1=XPiXyiXPo7X7X8X

(kmol/m3)△塔顶的平衡浓度计算由物料平衡得塔顶二氧化碳含量

L(C -C )=V(y-y)A2 A1 1 240I C、Ay=y-L(C2 =0.238-A2 1 CA12 V

( )(0.01277 (空)

=0.21622.42 C2=XP2XyXP6X7X1X3(m32 △液相平均推动力计算

CA1— CA2Am CA2In—

CA2)(CA1 CA1)CA2 CA2CA1 CA1(0.01370.00056)(0.0165210.01277),0.01370.00056In

=0.0044(kmol/m0.012490.01277因本试验承受的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此状况下，整个传质过程阻ika VsLCA1 CA2ihS4010/36003=2

(0.012770.00056)0.0049

=0.0049(m/s)力都集中于液膜，属液膜掌握过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即试验结果列表如下:表一试验装置填料塔流体力学性能测定〔干填料〕干填料时厶P/Z〜u关系测定L=0 填料层高度Z=0.78m填料层压强降序号mmtO

强降mmtO/m

m/h

m/s1n 2 2.6 0.5 0.071415245.110.14379.01.50.214亍1316.720.2851620.52.50.35表二试验装置填料塔流体力学性能测定〔湿填料〕212.02.60.250.04正常210.012.80.500.07正常3123.029.50.700.10「正常435.044.90.900.13正常555.070.51.100.16正常6169.088.51.200.17「正常7110.0141.01.300.18正常8145.0185.91.400.20正常91195.0250.01.500.21液泛ion260.0333.31.600.23液泛11300.0384.61.700.24液泛湿填料时厶P/Z〜u关系测定湿填料时厶P/Z〜u关系测定L=160填料层高度Z=0.78m序号填料层压强mmHO单位高度填mmO/m读数m/h空塔气速m/s操作现象2填料吸取塔传质试验数据表被吸取的气体：纯CO吸取剂：水