二氧化碳吸收实验

填料吸取塔试验装置说明书天津大学化工根底试验中心2023．10一、试验目的:质性能理论的理解。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。固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度以下，取两个相差较〔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〕。同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。三、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，气体通过填料层量下填料层的压强降P与气速u1所示：1填料层的P～u关系PPPΔ

体喷淋量L 0时，干填料的P～u的关系是直线，如图0P～u的关系变成折线，并转折点将P～u关系分为三个区段：既恒持液量区、载液泛区。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〔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。二氧化碳吸取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GA液膜G

k pg kA(C

p )〔1〕AiC )〔2〕A l Ai A

—AkmoIs1；AA—两相接触面积，m2；P A组分的平均分压，Pa；AP A组分的平均分压，Pa；AiC Akmolm3AC A组分的浓度kmolm3Aik kmolm2s1Pa1;gkms1。l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GA

K pG

p)〔3〕AG KA L

A(CA

C )〔4〕ApA

—液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；CAkmolm3；AK —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，Gkmolm2s1Pa1；KL-ms1。假设气液相平衡关系遵循享利定律：C Hp ，则：A A1 1K kG g

1 〔5〕HKl浓度 PA

1 KLPAi

H1k kg l

〔6〕

P2=PA2CA2，FLCAPACA

CAi

dhPA+dPACA+dCAP1=PA1CA1，FL2离料塔的物料衡算图膜 膜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KG

k ；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gKL

k。lA的物料衡算可得：dG A

F dCL LL

〔7a〕F

kmols1；Lkmolm3。L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：dG KA F

(CA

C )aSdh〔7b〕AdCdh

LaSL

A 〔8〕CCA A式中：a——气液两相接触的比外表积，m2·m-1；S——填料塔的横载面积，m2。本试验承受水吸取混合气体中的二氧化碳，且二氧化碳在常温常压下溶FL

和摩尔密度

(V)s La，在整个填料层内为肯定值，则按以下边值条件积分式〔8〕，可得填料层高度的计算公式：h VsL

CA1 dCA

〔9〕KaS C CCL A2 A AV令H L

sL HL为液相传质单元高度〔HTU〕；KaSLN

CA1

dCA NL为液相传质单元数〔NTU〕。L C CCA2 A 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hHL

N 〔10〕L假设气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则式〔9〕为可用解析法解传质单元高度：h VsL CA C1

A2〔11〕KaS CL AmN hHL

hV 〔12〕sL式中C 动力，即A.m

KSLC

C CA1 A2

(

C )(CA1 A2

C A2

〔13〕Am CInCA.1A2

C Cln A1 A1C CA2 A2CA1

HpA1

Hyp1

,CA2

HpA2

Hyp2

P为大气压。0二氧化碳的溶解度常数： 1H w komlm3Pa1〔14〕Eww

kgm3;M kgkmol1；wE——二氧化碳在水中的享利系数，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，在此状况数等于液相体积传质总系数，亦即kaK

aVsLCA1CA2

〔15〕l四、试验装置：

L hS CAm试验装置主要技术参数：1.20mZ＝0.94m内装φ10×10mm：XGB-12；1〔用户自备1〔用户自备。0.06～0.60m3／h；0.25～2.5m3／h；LZB-1016～160L／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PT100二氧化碳吸取试验装置流程示意图(见图4)放空放空放空吸取塔解吸塔T1吸取液水箱解吸液水箱41-CO2钢瓶；2-CO2瓶减压阀；3-吸取气泵；4-吸取液水泵；5-解吸液水泵；6-解吸风机；7-空气旁通阀；8-V1-V19阀门；9-F1-F5转子流量计；10-T1-T2温度计试验仪外表板图(见图5)五、试验方法及步骤：测量吸取塔干填料层〔PZ

5试验装置面板图〕～u翻开空气旁路调整阀V7至全开，启动解吸风机6。翻开空气流量计F4下的V4,V75-8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u为横坐标，单位高度的压降PZ

PZ

)～uPZ

)～u关系曲线：〔水流量大小可因设备调整骤调整空气流量，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100L／h〔PZ

〕u关系曲线〔2，并在图上确定液泛气速，与观看4，F1，二F260L/h，待有水从吸取塔顶喷淋而下，3，F1流量，同时翻开二氧化碳钢瓶调整减压阀，调整二氧化碳转子流量计F2，按二10—20%左右计算出二氧化碳的空气流量。时在塔顶和塔底取样，测定吸取塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量。二氧化碳含量测定2

标准溶液10mL，放入三角瓶中，并从取10mL，用胶塞塞好振荡。溶液中参加2～30.1M六、试验留意事项：CO2

总阀门前，要先关闭减压阀，阀门开度不宜过大。CO2

浓度操作时动作要快速，以免CO2

从液体中溢出导致结果不准确。七、试验数据记录及处理〔仅供参考以实际数据为准1．试验数据计算及结果〔2所取得数据的第一组数据为例〕:填料塔流体力学性能测定〔以解吸填料塔干填料数据为例〕0.5m3/h；U1mmHO2空塔气速:u V36004

＝3600

0.54

0.052

0.07〔m/s〕单位填料层压降P＝ 1 〔mmHO/m〕Z 0.94在对数坐标纸上以空塔气速u

2PZ

为纵坐标作图，标绘P～Z u

关系曲线〕L=60〔L/h〕Y1 1COV

=0.1〔m3/h〕2 CO21.2041.976CO实际流量V = ×0.1=0.078〔m31.2041.9762 CO2V=0.8〔m3/h〕Airy 1 V

VCO2

= 0.078 =0.09CO2 V

0.078C 的计算：A1

Y 1 VAir

= =0.0980.8塔顶吸取液空白分析C

Ba(OH)2

=0.0972、V

Ba(OH)2

=10ml、C =0.1056、V =16.8mlHCL HCL2C C Ba(OH)2空白

Ba(OH)22V

C HCl

HCl20.0972100.105616.8= 220

=0.00415〔kmol/m3〕塔底吸取液分析VHCL=15mlC 20.0972100.105615=0.00890〔kmol/m3〕1 220=0.00475〔kmol/m3〕

C =CCA1 1

=0.00890-0.00415空白Y2 2L×〔C -C 〕=V×〔Y-Y〕A1 A2 Air 1 160 (0.004750)=0.091000 =0.080.822.4Y y2 =0.08 =0.088C 的计算：A2

2 1-y2

1-0.08吸取液中CO在水中的含量极低，无视不计C ≈0。2 A2A1 A2C* 、A1 A2t=10.2CO2亨利系数:E=1.05×108PaCO2H

Mw

1=1000 1E 18 1.05107=5.29×10-7kmolm3Pa1塔顶和塔底的平衡浓度为：=5.29×10-7×0.09×101325=0.005〔mol/l〕C HpA2 A2

Hyp2

==5.29×10-7×0.08×101325==0.004(mol/l)C C*A1

C =0.005-0.00475=0.0000025〔kmol/m3〕A1C C*A2 A2

C =0.004-0=0.004〔kmol/m3〕A2液相平均推动力为:CAm

的计算：C

C CA1

0.004= =0.0008〔kmol/m3〕Am CInCA.1 A2

0.00000250.004等于液相体积传质总系数，即60103= 36001.053.14(0.05)24

(0.004750)=0.0669m/s0.0008(1)干填料时△P/z～u关系测定湿填料时△P/z～u关系测定填料吸取塔传质试验技术数据PZ～u关系曲线气温度，℃1E×10-5，气温度，℃体0510152025303540455060CO20.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46L=0Z=0.94mL=0Z=0.94mD=0.05m序强降单位高度填料层压强降量计读数空塔气速m/s号mmH2OmmH2O/mm3/h111.10.50.07222.10.80.11333.21.10.16455.31.40.20588.51.70.2461111.720.2871516.02.30.3381819.12.50.35L=100L/hZ=0.94mL=100L/hZ=0.94mD=0.05m填料层序压强降单位高度填料层压强降空气转子m3/h空塔气速m/s操作现象mmHO/m2mmH2O号133.20.250.04正常21111.70.500.07正常32021.30.700.10正常42930.90.900.13正常54648.91.100.16正常66063.81.300.18正常79095.71.500.21积液8115.0122.31.700.24积液9154.0163.81.900.27液泛10215.0228.72.100.30液泛:CO2;吸取剂:水;塔内径:50ｍｍ序试验装置:CO2;吸取剂:水;塔内径:50ｍｍ序号1名称填料种类试验数据陶瓷拉西环2填料层高度(m)0.943CO2转子流量计读数〔m3／h〕0.1004CO2转子流量计处温度〔℃〕34.25CO2的体积流量〔m3／h〕0.0786空气转子流量计读数〔m3／h〕0.87水转子流量计读数〔l／h〕60.08Ba(OH)2的浓度Ｍ〔mol／l〕0.0979Ba(OH)2的体积〔ml〕1010滴定用盐酸的浓度Ｍ〔mol／l〕0.105611滴定塔底吸取液用盐酸的体积〔ｍl〕15.0012滴定空白液用盐酸的体积〔ｍl〕16.8013样品的体积〔ｍl〕1014塔底液相的温度〔℃〕23.915E108(