吸收（二氧化碳-水）實(shí)驗(yàn)講義

1、 了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流體力學(xué) 學(xué)習(xí)填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測(cè)定方 1測(cè)定填料層壓強(qiáng)降與操作氣速的關(guān)系，確定填料塔在某液體噴淋量下的液 。2采用水吸收二氧化碳，空氣解吸水中二氧化碳，測(cè)定填料塔的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù)。1氣體通過(guò)填料層的壓強(qiáng) 降壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，氣體通過(guò)填料層壓強(qiáng)降的大小決定了塔的動(dòng)力消耗。壓強(qiáng)降與氣液流量有關(guān)，不同噴淋量下的填料層的壓強(qiáng)降 P的關(guān)系如圖 所示：L L L321=L00aPk3,2P10u , 圖 6-1-1 填料層的 u關(guān)系當(dāng)無(wú)液體噴淋即噴淋量 時(shí)，干填料的 u的關(guān)系是直線，如圖中的直 線。當(dāng)有0一定的 時(shí)， Pu 的關(guān)系變成折線，并存在

2、兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，下轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“載點(diǎn)”，上轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“泛點(diǎn)”。這兩個(gè)轉(zhuǎn)折 Pu 關(guān)系分為三個(gè)區(qū)段：恒持液量區(qū)、載液區(qū)與液泛區(qū)。2傳質(zhì)性能吸收系數(shù)是決定吸收過(guò)程速率高低的重要參數(shù)，而實(shí)驗(yàn)測(cè)定是獲取吸收系數(shù)的根本途徑。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)將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不 （1） 膜系數(shù)和總 數(shù)根據(jù)雙膜模型的基本假設(shè)，氣相側(cè)和液相側(cè)的吸收 質(zhì)的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為G k (p p )氣膜液膜（6-1-7）（6-1-8）AgAAiG k C C )AlAiA33GA 組分的傳 kmoIs式中：；1AA 兩相接觸面 m ；2PA氣側(cè) A組分的平均分壓 ；PAi相界面上 A

3、組分的平均 Pa；C液側(cè)A 組分的平均 kmol m3ACkmol m相界面上 組分的濃度3Aikmol m s Pak 以分壓表達(dá)推動(dòng)力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系 ;211gmsk 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) ，。1lP = PC ，F(xiàn)2A2A2LAAiAidhPCAAA氣膜液膜P +dPC +dCAAAAP =PC ，F(xiàn)1A 1A1L圖 6-1-2雙膜模型的濃度分布 圖圖6-1-3 填料塔的物 圖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G K (p p )（6-1-9）AAGAG K C C )（6-1-10）AALAp式中： 液相中 A組分的實(shí)際濃度所

4、要求的氣相平衡分 Pa；AC氣相中A組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃 mA3；系K 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)總數(shù)，Gkmol m s Pa1 ；2134msK 以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系 。1LC Hp若氣液相平衡關(guān)系遵循 ，則AA111（6-1-11）（6-1-12）KkGgl1H 1KkkLgl當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程式受氣膜傳質(zhì)速率 K = k ；Gg反之，當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程受液膜傳質(zhì)速率控 K = k。Ll如圖6-1-3所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意截取一微分段，并以此為衡算系統(tǒng)，則由吸收質(zhì) 的物料衡 ：FdG d

5、CL（6-1-13a）AAL s式中：F 液相摩爾流 1；L m 液相摩爾密 3。L根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程 dG K C C )aSdh（6-1-13b）（6-1-13c）AALA聯(lián)立上兩式 ：FdCdh LAK aSC CLLAA式中：a 氣液兩相接觸的比表面 m m ；2-1S 填料塔的橫 ，m 。2本實(shí)驗(yàn)采用水吸收二氧化碳，已知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 度 的比值，亦即液相體 ） 和兩L相接觸比 積，在整個(gè)填料層內(nèi)為一定值，則按下列邊值條件積分 6-1-13c），可得填料層高度的計(jì)算 ：C Ch=0 ，h=h ，A.2C CAA1VdCh CsLA（6-1-

6、14）1K aSC CCLA2AA35VH 令，且稱 HL為液相傳質(zhì)單 （HTUsLK aSLLdCN CA，且稱 NL為液相傳質(zhì)單 A1C CLCA2AA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 h = H N（6-1-15）LL若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線 6-1-14）為可用解析法解得填料層高度的計(jì)算式，亦即可采用下列平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層的高度或液相傳 ：VC Ch （6-1-16）（6-1-17）sL1A2K aSCLAmhhN HC C )/CLL1A2C式中為液相平均推動(dòng)力 .mC CC C )C C )A21C （6-1-18）1A2A21CCC CAmA2In

7、ln.21A21C C1因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用純水吸收二氧化碳 C C C Hp（6-1-19）（6-1-20）1A2AA二氧化碳的溶解度常數(shù) ，1H komlm Paw31M Ewkgm ;式中： 水的密度，3wkgkmolM 水的摩爾質(zhì) 1 ；wE 二氧化碳在水中的享利 Pa。因此，式（6-1-18）可簡(jiǎn)化為CC 1CAmAlnC CA1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，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系 即36V C Ck a K a （6-1-21）sL1A2hSCl（1）仿真工藝圖LAm圖 1. CO2

8、吸收解吸現(xiàn)場(chǎng)圖（2）主體設(shè)備根據(jù)對(duì)裝置 。表 1名稱干燥設(shè)備的 識(shí)用途壓力容器敞口容易填料塔存儲(chǔ)吸收劑解吸吸收過(guò) 的吸 吸收 CO2 非變頻動(dòng)力裝置P101P102風(fēng)機(jī)水泵提供吸收液 非變頻動(dòng)力37裝置非變頻動(dòng)力裝置解吸泵（3）測(cè)量?jī)x表根據(jù)對(duì)流程的認(rèn)識(shí)，在下面的表格中填寫(xiě)相 。表 2測(cè)量?jī)x表認(rèn) 識(shí)位號(hào)吸收液溫度TI02（4）實(shí)驗(yàn)流程說(shuō) 明吸收質(zhì)（純二氧化碳?xì)怏w）由鋼瓶經(jīng)二次減壓閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1體由下向上經(jīng)過(guò)填料層與液相水逆流接觸，到塔頂經(jīng)放 P102提供，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量 計(jì) 進(jìn)入塔頂，再噴灑而下；吸收后溶液由塔底流入塔底液料罐中由解吸泵P103經(jīng) FI 進(jìn)入解 FI04流量計(jì)進(jìn)入解吸塔塔底由下向

9、上經(jīng)過(guò)填料層與液相逆流接觸 閥1 ，U形液柱壓差計(jì)用以測(cè)量填料層的 ?！緦?shí)驗(yàn)步驟】 測(cè)量吸收塔 P）u 關(guān)系曲線 先全開(kāi)閥門(mén) 與進(jìn)入吸收塔的空氣進(jìn) 1 FI04上的閥門(mén) ，將 5的閥門(mén)打開(kāi)少許，關(guān)閉解吸塔的空氣進(jìn)氣 閥3 V 和空氣流量計(jì) 再利用閥V調(diào)節(jié)進(jìn)塔的空氣流量?？諝饬髁堪磸男〉酱蟮?層 （U形液柱壓差計(jì)），然后在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上以空 u為橫坐標(biāo)，以單位高度 降PZ 為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪干填料 PZ)u關(guān)系曲線 。 測(cè)量吸收塔在某噴淋量 層(PZ)u關(guān)系曲線 ：38先打開(kāi)流量 計(jì)2上的閥門(mén)，然后打開(kāi)泵 2的 40L（水的流量因 、轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)和流量計(jì)處空氣溫度，并注意觀察塔內(nèi)的操作現(xiàn)象，一旦看到液

10、泛現(xiàn)象時(shí)，記下對(duì)應(yīng)的空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出液體噴淋量為 Lh Pu關(guān)系曲線，從圖上確定液泛氣速，并與觀察的液泛氣速相 二氧化碳吸 數(shù) ：吸收塔（水流量為 6 /h） 打開(kāi)閥門(mén) V V 調(diào)節(jié)水流量 計(jì) 到給定值，然后打開(kāi)二氧化碳鋼瓶頂上的針閥，二氧化碳流量一般控制 /h左右為宜，操作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后，測(cè)量塔底的水溫，同時(shí)點(diǎn)擊取 3 或 V ）取樣，測(cè)定兩塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的 取樣閥。（實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意吸收塔水流量計(jì)和解 要一致，并注意吸收塔下的儲(chǔ)料罐中的液位，對(duì)各流量計(jì)及時(shí)調(diào)節(jié)以達(dá)到實(shí)驗(yàn)時(shí)的操作條件 二氧化碳含 定設(shè)定中和用氫氧化鋇濃度，氫氧化鋇體積，滴定鹽酸濃 能得出消耗的

11、鹽 。注意事項(xiàng)】 開(kāi)啟 CO2總閥前，要先關(guān)閉自動(dòng)減壓閥，開(kāi)啟開(kāi)度不 。 實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意吸收塔水流量計(jì)和解吸塔水流量計(jì)要一致，并注意吸收塔下的儲(chǔ)料罐中的液位 。報(bào)告內(nèi)容】 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算及結(jié)果 填料塔流體力學(xué)性能測(cè)定（以設(shè)備填料塔干填料時(shí) 第4組數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)子流量計(jì) 1.5.0m/h；轉(zhuǎn)子流量計(jì)處空氣溫度 ；填料層壓降 U326.0 mmH2O因?yàn)榭諝饬髁坑?jì)處溫度 20，需要對(duì)讀數(shù)進(jìn)行校正，所以空氣實(shí)際體積流量 為(273t ) p實(shí)(27320) pV V 標(biāo) mh3實(shí)讀實(shí)實(shí)u 空塔氣速2 （m/s）（ /4D39單位填料層 P（mmH2O ）ZP為縱坐標(biāo)作 P 關(guān)系曲線，u在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣

12、速為橫坐 標(biāo)，uZZ見(jiàn)圖 2。 傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)（以設(shè)備吸收塔的傳質(zhì)實(shí) ）(a).吸收液消耗 積V =8.3 ml，則吸收液濃 ：1CVC VBa()2Ba()2HCl HClCkmol/m31V因純水中含有少量的二氧化碳，所以純水滴定消耗鹽酸體積，則塔頂水中 濃度 CVC V()2() C2A2V由化工原理下冊(cè)吸收這一章可查得 亨利 則 CO2的溶解度常數(shù) 為1kmolm PaH w 31MEw塔頂和塔底的平衡濃度 為CC * H P1A20液相平均推 為C C（C * C )C * C )C CA2C 1A2A21A211 1A2AmCA2C* C* CC* Clnln A2ln A2A21C1C

13、C* C11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，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系 V C Ck a K a sL1A2hSClLAm同樣可以求得拉西環(huán)的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果列 表填料層壓強(qiáng)序 降 mmH2O號(hào)空塔氣速mmH2O/m3/h40123456強(qiáng) 降操作現(xiàn)象1011121314被吸收的氣 : 純 CO ; 吸收劑水;2塔類型填料種類填料尺寸填料層高度流量計(jì)處 C 的體積流量水轉(zhuǎn)子流量 數(shù)水流量4123樣品的體積A1A23平衡濃度CA*平均推動(dòng)力22液相體積傳 數(shù)附錄msYa表五 二氧化碳在水中的

14、亨利 溫度，10 ，-5kPa60CO0.738 0.888 1.05 1.24 1.44 1.66 1.88 2.12 2.36 2.60 2.87 3.4621、下列關(guān)于體積傳質(zhì)系數(shù)與液泛程度的關(guān)系正確 ：、液泛越厲害 越小b、液泛越厲害 越大c、Kya隨液泛程度先增 少d、Kya 隨液泛程度無(wú)變 化2、關(guān)于亨利定律與拉烏爾定律計(jì)算應(yīng)用正確的是 ：、吸收計(jì)算應(yīng)用亨利定律b、吸收計(jì)算應(yīng)用拉烏爾定 律、精餾計(jì)算應(yīng)用亨利定律d、精餾計(jì)算應(yīng)用拉烏爾定 律3、關(guān)于填料塔 p與 u和噴 l的關(guān)系正確的是 ：、u 越大， p 越大42b、u 越大， p 越小c、l越大， p 越大d、l越大， p 越小4

15、、判斷下列諸命題是否正 、噴淋密度是指通過(guò)填料層的液體量、噴淋密度是指單位時(shí)間通過(guò)填料層 d、噴淋密度是指單位時(shí)間通過(guò)單位面積填料層的 積5、干填料及濕 降氣速曲線的 、對(duì)干填料 u P/Z 增大b、對(duì)干填料 u P/Z 不變c、對(duì)濕填料 uP/Z 增大d、載點(diǎn)以后泛 u增 P/Z不變、泛點(diǎn)以后 u P/Z 增大6、測(cè)定壓降-氣速曲線的 、確定填料塔 b、確定填料塔 、確定填料層 d、選擇適當(dāng)?shù)?7、測(cè)定傳質(zhì)系 數(shù)的 、確定填料塔 b、計(jì)算填料塔 、確定填料層 d、選擇適當(dāng)?shù)?8、為測(cè)取壓降 - 速曲線需測(cè)下列哪組 、測(cè)流速、壓降和大氣 壓b、測(cè)水流量、空氣流量、水溫和空氣 、測(cè)塔壓降、空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)、空氣溫度、空氣壓力和