《二氧化碳吸收實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（模板）

1、11滴定塔底吸收液用鹽酸的體積（ml）10.8012滴定空白液用鹽酸的體積（ml）11.9013樣品的體積（ml）2014塔底液相的溫度（）7.015號(hào)利常數(shù)E108（Pa）0.94316塔底液相濃度Cai （kmol/m3）0.0037917空白液相濃度Ca2 （ kmol / m3）0.0000018CO2 溶解度常數(shù) H 10-7(km0|/m3*Pa)5.8913619Yi0.2028720yi0.1686521平衡濃度 Cai*(kmol / m3 )0.01006822y20.19123V20.160224平衡濃度 Ca2* ( kmol/m3)0.00956025Cai* - C

2、ai0.00627526Ca2* - Ca20.00956027平均推動(dòng)力 CAm (kmol / m3)0.007828液相體積傳質(zhì)系數(shù)KXa （m/s）0.005829吸收率（%）5.037八、思考題.闡述干填料壓降線和濕填料壓降線的特征。.工業(yè)上，吸收在低溫、加壓，在進(jìn)行而解吸在高溫、常壓下進(jìn)行，為什么？1011實(shí)驗(yàn)七二氧化碳吸收實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)、性能和特點(diǎn)，練習(xí)并掌握填料塔操作方法。.掌握填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測(cè)定方法，練習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 分析。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.固定液相流量和入塔混合氣二氧化碳的濃度，在液泛速度下，取兩個(gè)相差 較大的氣相流量，分別測(cè)量塔的傳

3、質(zhì)能力（傳質(zhì)單元數(shù)和回收率）和傳質(zhì)效率（傳 質(zhì)單元高度和體積吸收總系數(shù)）。.進(jìn)行純水吸收二氧化碳、空氣的操作練習(xí)。三、實(shí)驗(yàn)原理吸收系數(shù)是決定吸收過(guò)程速率高低的重要參數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定可獲取吸收系數(shù)。 對(duì)于相同的物系及一定的設(shè)備（填料類型與尺寸），吸收系數(shù)隨著操作條件及氣 液接觸狀況的不同而變化。.二氧化碳吸收-解吸實(shí)驗(yàn)根據(jù)雙膜模型的基本假設(shè)，氣側(cè)和液側(cè)的吸收質(zhì)A的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為氣膜Ga =kA（pA -pAi）（7-1）液膜GA=kA（CAi-CA）（7-2）式中：Ga-A組分的傳質(zhì)速率，kmobs-；A-兩相接觸面積，m2；Pa氣側(cè)A組分的平均分壓，Pa；外一相界面上A組分的平均分壓，P

4、a；g 液側(cè)A組分的平均濃度，kmol m3CAi 一相界面上A組分的濃度kmol- m3七一以分壓表達(dá)推動(dòng)力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，kmol-m2 -sl - Pay;ok/ 以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動(dòng)力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，機(jī)sT O以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達(dá)為：Ga = KGA（pA - p）（7-3）Ga=KlA（C：-Ca）（7-4）式中：p；液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；。；一氣相中A組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃度，7 以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡(jiǎn)稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)， kmol-m2 - sx Pa ；K以氣相分壓表示推

5、動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡(jiǎn)稱為液相傳質(zhì)總系數(shù)， s o假設(shè)氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：Ca=HPa9那么:(7-5)(7-6)1 1 1=1仁院 HKtH 1=1 鼠號(hào)氣液距離膜膜圖7-1雙膜模型的濃度分布圖當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，那么相際傳質(zhì)過(guò)程式受氣膜傳質(zhì)速率控制，此 時(shí)，KG=k；反之，當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，那么相際傳質(zhì)過(guò)程受液膜傳 質(zhì)速率控制，此時(shí)，Kl = o如圖7-2所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意載取一微分段，并以此為衡算 系統(tǒng)，那么由吸收質(zhì)A的物料衡算可得：dGA =絲心(7-7a)Pl式中：Fl一一液相摩爾流率，Pl液相摩爾密度，kmol-m3 o根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程式

6、，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程：dGA = K - CA aSdh(7-7b)聯(lián)立上兩式可得：dh = (7-8)KLaSpL CA - CA式中：a氣液兩相接觸的比外表積，m2.m；S填料塔的橫載面積，m2。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收二氧化碳與空氣的混合物中的二氧化碳?xì)怏w，且二氧 化碳在常溫常壓下溶解度較小，因此，液相摩爾流率和摩爾密度外的比值， 亦即液相體積流率(Vs)z可視為定值，且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)Kl和兩相接觸比外表積a, 在整個(gè)填料層內(nèi)為一定值，那么按以下邊值條件積分式，可得填料層高度的計(jì)算公 式：場(chǎng)= CA = CA.2 h = h CA = CMJ廣。川 dCA/ r c、h = - (7

7、-9)KLaS C； - CA令 “乙=上一，且稱Hl為液相傳質(zhì)單元高度(HTU)；KfaS$ = 也 ，且稱Nl為液相傳質(zhì)單元數(shù)（NTU）OJc； - CA因此，填料層高度為傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積，即h = HrxNr（7-10）假設(shè)氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，可用解析法解得填料層 高度的計(jì)算式，亦即可采用以下平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元 高度：(7-11) (7-12)de-以de-以(7-13)其中：4=坳=60，CA2 = HPA2=Hy2Po，尼為大氣壓。式中Ag.,為液相平均推動(dòng)力，即二氧化碳的溶解度常數(shù)：(7-14)komb m3 - Pax

8、 ME式中：Pw一一水的密度，Zg/加；Mw一一水的摩爾質(zhì)量，kg-kmor；E 二氧化碳在水中的享利系數(shù)，Pao因本實(shí)驗(yàn)采用的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計(jì)，在此情況 下，整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過(guò)程，那么液側(cè)體積傳質(zhì)膜系 數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，亦即z 上 Kl cA - CA2(7-15)k.a = K1a =hS、實(shí)驗(yàn)裝置L實(shí)驗(yàn)裝置主要技術(shù)參數(shù)：填料塔：玻璃管內(nèi)徑D = 0.075m 塔高1.00m 內(nèi)裝610 x10mm瓷拉西環(huán); 填料層高度Z=095m； 風(fēng)機(jī)：XGB-12型 550W； 二氧化碳鋼瓶和二氧化碳?xì)馄繙p壓閥1個(gè)（用戶自備）。流量測(cè)量?jī)x表

9、：C02轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6 流量范圍0.060.6m3/h；空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-10流量范圍0.252.5m3/h； 水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-10流量范圍16160 L/ h；解吸收塔水轉(zhuǎn)子流量計(jì)：型號(hào)LZB-6流量范圍660L/h 濃度測(cè)量：吸收塔塔底液體濃度分析準(zhǔn)備定量化學(xué)分析儀器（用戶自備）； 溫度測(cè)量:PT100鉗電阻,用于測(cè)定測(cè)氣相、液相溫度。.二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖（見(jiàn)圖7-3）V18圖7-3二氧化碳吸收與解吸實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖1-C02鋼瓶；2-CO2瓶減壓閥；3-吸收用氣泵；4-吸收液水泵；5-解吸液水泵；6-風(fēng)機(jī)；7-空氣旁通閥；8、9-U型管

10、壓差計(jì)；F1-空氣流量計(jì)；F2-CO2流量計(jì)；F3-吸收液流量計(jì)；F4-解吸用空氣流量計(jì)；F5-解吸液體流量計(jì)；V1-V19閥門；T1-解吸氣體溫度;T2-吸收液體溫度。.實(shí)驗(yàn)儀外表板圖（見(jiàn)圖7-4）T1氣體溫度（C）T2液體溫度（）總電源O 0SB1 SB2吸收吸收解吸解吸風(fēng)機(jī)水泵風(fēng)機(jī)水泵O0OOSB3SB4SB5SB6圖7-4實(shí)驗(yàn)裝置面板圖五、實(shí)驗(yàn)方法及步驟1.二氧化碳吸收傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定（1）翻開閥門V7、VII,其余所以閥門全部關(guān)閉。（2）啟動(dòng)吸收液泵4將水經(jīng)水流量計(jì)F3計(jì)量后打入吸收塔中，啟動(dòng)氣泵3 用閥門VI調(diào)節(jié)空氣流量為指定值，按二氧化碳與空氣的比例在1020%左右計(jì) 算出二氧化碳的

11、空氣流量。翻開二氧化碳鋼瓶頂上的減壓閥2,向吸收塔內(nèi)通入 二氧化碳?xì)怏w，流量大小由流量計(jì)F2讀出。（3）啟動(dòng)解吸泵5,將吸收液經(jīng)解吸流量計(jì)F5計(jì)量后打入解吸塔中，同時(shí)啟 動(dòng)風(fēng)機(jī)，利用閥門7調(diào)節(jié)空氣流量對(duì)解吸塔中的吸收液進(jìn)行解吸。解吸塔水流 量應(yīng)與吸收液流量一致。（4）吸收進(jìn)行15分鐘并操作到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)之后，測(cè)量塔底吸收液的溫度，同 時(shí)用V6和V16取樣品，測(cè)定吸收塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。（5）二氧化碳含量測(cè)定用移液管吸取0.1M左右的Ba （OH） 2標(biāo)準(zhǔn)溶液10mL,放入三角瓶中，并 從取樣口處接收塔底溶液10 mL,用膠塞塞好振蕩。溶液中加入23滴酚醐指 示劑搖勻，用0.1M左右的

12、鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到粉紅色消失即為終點(diǎn)。按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳濃度：2C Ba（OH）2VBa（OH）2-C hcVhCICco2 =- mol - L“溶液六、實(shí)驗(yàn)考前須知.開啟C02總閥門前，要先關(guān)閉減壓閥，閥門開度不宜過(guò)大。.實(shí)驗(yàn)中要注意保持吸收塔水流量計(jì)和解吸塔水流量計(jì)數(shù)值一致，并隨時(shí)關(guān) 注水箱中的液位。兩個(gè)流量計(jì)要及時(shí)調(diào)節(jié)，以保證實(shí)驗(yàn)時(shí)操作條件不變。.分析C02濃度操作時(shí)動(dòng)作要迅速，以免C02從液體中溢出導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)（以吸收塔的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)為例）液體流量L=80 （l/h）yi Yi的計(jì)算：C02轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)Vco2 =0.2 (m3/h )(m3

13、/h)(m3/h)82 實(shí)際流量 Vco2實(shí)0.2=0.162 V 1.85空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)V Air =0.8 (m3/h)vV CO20.1620.162+0.8=0.168VcO2 +、Nrvv CO20.1620.8=0.202C川的計(jì)算:塔頂吸收液空白分析 CBa(OH)2 =0.0906 VBa(OH)2 =10 ml、CHCL =0.1379. VHCL =11.90 ml_ 2CBa(OH)Ba(OH)2 HcVhCc空白-旅2 ZI 一八=0.00427 (kmol/m3)2x20塔底吸收液分析yHCL =10.80 ml2ZI ,、=0.008067 (kmol/m3)2

14、x20。川二 一 C 空白=0.003797 (kmol/m3)2、丫2的計(jì)算:VAir 80/= 0.168-上曬L X (。川，A2)x (0.003797-0)=0.16080.S/722.4y21-y2y21-y20.16081-0.1608=0.1916,g2的計(jì)算：吸收液中CO2在水中的含量極低，忽略不計(jì)。42=0。C+A1、C*A2 的計(jì)算：塔底液溫度t =7查得CO2亨利系數(shù)：E=0.946xl08 Pa那么C5的溶解度常數(shù)為：二幽xJMw E 189.46xl07=5.89x10-7 kmol. m-3 .小塔頂和塔底的平衡濃度為：=5.89x10-7x0.168x10132

15、5 =0.01002 (mol/l)C2 = HpA2 = Hy2Pb =5.89xl0-7x0.160 xl01325 = = 0.00954 (mol/l)= Cai -CAi =0.01002-0.003797=0.00622 (kmol/m3)AC. = C：A2 -6=0.00954-0=0.00954 (kmol/m3)AC四 八。42(。41 。川)(。42 ，A2 )液相平均推動(dòng)力為：AC.的計(jì)算:ACAmA1 - ACa2,AInA2, 0.00622In0.00954=0.0078(kmol/m3)因本實(shí)驗(yàn)采用的物系不僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計(jì)，在此情況 下，整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力都集中于液膜，屬液膜控制過(guò)程，那么液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù) 等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，即hS80 xlO-3/ 3600(0.003797 - 0)- (0.075)2 /40.00078=0.0058 m/s實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表如下：二氧化碳在水中的亨利系數(shù)(見(jiàn)表7-1)表7-1二氧化碳在水中的亨利系數(shù)ExlO5, kPa氣 體溫度,0510152025303540455060co20.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46表7-2：實(shí)驗(yàn)裝置填料吸收塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)據(jù)表9被吸收的氣體：