吸收二氧化碳-水試驗(yàn)講義

1、實(shí)用文檔填料吸收塔(CO2-H2O)實(shí)驗(yàn)講義一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解填料吸收塔的結(jié)構(gòu)和流體力學(xué)性能。.學(xué)習(xí)填料吸收塔傳質(zhì)能力和傳質(zhì)效率的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.測定填料層壓強(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泛氣速。.采用水吸收二氧化碳，空氣解吸水中二氧化碳，測定填料塔的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì) 系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)原理1.氣體通過填料層的壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降是塔設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)，氣體通過填料層壓強(qiáng)降的大小決定了塔的動力消耗。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A(chǔ)P與氣速u的關(guān)系如圖6-1-1所示：L3 L2 L10320u , m/s圖6-1-1填料層的APu關(guān)系當(dāng)無液體噴淋即噴

2、淋量L0=0時(shí)，干填料的APu的關(guān)系是直線，如圖中的直線0。當(dāng)有 一定的噴淋量時(shí)，APu的關(guān)系變成折線，并存在兩個(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)折點(diǎn)將APu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)是決定吸收過程速率高低的重要參數(shù)，而實(shí)驗(yàn)測定是獲取吸收系數(shù)的根本途徑。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔對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331標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔的不同而變化。(1)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(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)A的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為氣膜Gk g A (p A - p Ai)( 6-

3、1-7)液膜Ga= % A(C 1 C 4)(6-1-8)A 兩相接觸面積，m2；PA 一氣側(cè)A組分的平均分壓，Pa；PAi 相界面上A組分的平均分壓，Pa；C A 液側(cè)A組分的平均濃度，kmol - m- 3C Ai 相界面上A組分的濃度kmol - m-3- Pa -1kg - Pa -1kl以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，相界面濃度P2 = PA2CA2FLAiAidh氣液距離膜膜Pa+dPaCa+HCaP1=PA 1CA1，F(xiàn)L圖6-1-2雙膜模型的濃度分布圖圖6-1-3填料塔的物料衡算圖標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔34式中：G Aa組分的傳質(zhì)速率，kmoI s ；標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔以氣相分壓或以

4、液相濃度表示傳質(zhì)過程推動力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達(dá)為G A = K G A （p A - p* A ）（6-1-9）ga= k l A （C A- C A ）（ 6-1-10）*C A* 氣相中A組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃度，kmol- m-3 ；KG 以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡稱為氣相傳質(zhì)總系數(shù)， -2 - 1 -1Kl 以氣相分壓表示推動力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡稱為液相傳質(zhì)總系數(shù)，m 11 o 若氣液相平衡關(guān)系遵循享利定律：CA = HPA，則111K G k g HKl1 H 1K L k g k i當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過程式受氣膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，

5、KG = kg； 反之，當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過程受液膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，Kl= kl。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)A的物料衡算可得：dC A（6-1-13a）-1-3根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程式，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率微分方程：dGA = K L （C A - C A ） aSdh（ 6-1-13b）聯(lián)立上兩式可得：（6-1-13c）標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔式中:kmol式中:35*P A 液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa； m s Pa ；1十 一“ 立 dGA=FL液相摩爾流率，kmol s ；PL液相摩

6、爾密度，kmol m。*dh=F dCK L aSp L C A- C A實(shí)用文檔式中：a 一氣液兩相接觸的比表面積，m2-m-1；S 填料塔的橫載面積，m2。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FL和摩爾密度pL的比值，亦即液相體積流率（Vs）L可視為定值，且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)KL 和兩相接觸比表面積a，在整個(gè)填料層內(nèi)為一定值，則按下列邊值條件積分式（6-1-13c），可 得填料層高度的計(jì)算公式:h=0C A = C A .2h=0h=hCa 1*且稱H且稱HK L aS L為液相傳質(zhì)單元高度（HTU）；Ca 1C A 2A因此，填料層高度為傳質(zhì)單元高

7、度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積，h = HLxNL若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則式（若氣液平衡關(guān)系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則式（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力法計(jì)算填料層的高度或液相傳質(zhì)單元高度:h=h=A K /A C Am（6-1-16）（6-1-17）式中A CAm為液相平均推動力，即 .m.（6-1-18）A C =（6-1-18）AmInC A1- C A1因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用純水吸收二氧化碳，標(biāo)準(zhǔn)C A1= C A2= C A= HPA（6-1-19）實(shí)用文檔二氧化碳的溶解度常數(shù)，36h = T K L aS CA 2 CA-

8、CA(6-1-14)H L= -VsL且稱NL為液相傳質(zhì)單元數(shù)（NTU）。NL=(C A1- CA2 ) /A cAmAJAJ1C-5(G- q 卜 c- q)I C*- C A 2ln -A *2*標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔-3-1E 二氧化碳在水中的享利系數(shù)，因此，式（6-1-18）可簡化為lnPa。koml - m- 3 Pa-1(6-1-20)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)過程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，亦即.hSA CAAm(6-1-21)四、實(shí)驗(yàn)條件1.于真工藝圖，東方仿真工藝圖圖 1. CO

9、2實(shí)用文檔2.主體設(shè)備式中：pw 水的密度，kg,Mw 水的摩爾質(zhì)量，kg kmolAmCACA1kl a= Kl a=37標(biāo)準(zhǔn)真真實(shí)用文檔根據(jù)對裝置的認(rèn)識，在下面的表格中填寫相關(guān)內(nèi)容。表1干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)認(rèn)識/ 3.測量儀表, 根據(jù)對流程的認(rèn)識，在下面3.東表24.實(shí)驗(yàn)流程說明標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔吸收質(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)尸101,進(jìn)入吸收塔塔底，38位號名稱用途類型V2CO2鋼瓶存儲液態(tài)CO2之用壓力容器V101水槽存儲吸收劑（純水）之用敞口容易T101解吸塔解吸吸收過CO2的吸收劑填料塔T102吸收塔吸收CO2設(shè)備填料塔V1緩沖罐吸收液儲罐密封罐P101風(fēng)機(jī)提供空氣流量

10、非變頻動力裝置P102水泵提供吸收液流量非變頻動力裝置P103水泵解吸泵非變頻動力裝置儀表位號單位流量CO2流量計(jì)FI01m3/h吸收劑流量計(jì)FI02L/h解吸液流量計(jì)FI03L/h空氣流量計(jì)FI04m3/h壓降吸收塔壓降PI02mmH2O解析塔壓降PI01mmH2O溫度空氣溫度TI01吸收液溫度TI02標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔氣體由下向上經(jīng)過填料層與液相水逆流接觸，到塔頂經(jīng)放空；吸收劑（純水）由泵P102提供， 經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)FI02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)流量計(jì)FI03進(jìn)入解吸塔，空氣由FI04流量計(jì)進(jìn)入解吸塔塔底由下向上經(jīng)過填料層與 液相逆流接觸，流量

11、由旁路閥VA101調(diào)節(jié)，對吸收液進(jìn)行解吸，然后自塔頂放空，U形液柱 壓差計(jì)用以測量填料層的壓強(qiáng)降。五、實(shí)驗(yàn)步驟1-測量吸收塔干填料層（P/Z）u關(guān)系曲線（只做吸收塔）：先全開閥門VA101與進(jìn)入吸收塔的空氣進(jìn)氣閥VA102,打開空氣流量計(jì)FI04上的閥門， 將VA105的閥門打開少許，關(guān)閉解吸塔的空氣進(jìn)氣閥VA103,啟動風(fēng)機(jī)，（先全開閥VA101 和空氣流量計(jì)閥，再利用閥VA101調(diào)節(jié)進(jìn)塔的空氣流量?？諝饬髁堪磸男〉酱蟮捻樞颍┳x取填 料層壓降方P （U形液柱壓差計(jì)），然后在對數(shù)坐標(biāo)上以空塔氣速u為橫坐標(biāo)，以單位高度的 壓降P/Z為縱坐標(biāo)，標(biāo)繪干填料層（仿P/Z）u關(guān)系曲線。.測量吸收塔在某噴

12、淋量下填料層（P/Z）u關(guān)系曲線：先打開流量計(jì)FI02上的閥門，然后打開泵P102的開關(guān)，將水流量固定在40L/h （水的 流量因設(shè)備而定），然后用上面相同方法調(diào)節(jié)空氣流量，并讀取填料層壓降仿P、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，一旦看到液泛現(xiàn)象時(shí)，記下對應(yīng)的 空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)。在對數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)出液體噴淋量為40L/h時(shí)的（P/z）u關(guān)系曲 線，從圖上確定液泛氣速，并與觀察的液泛氣速相比較。.二氧化碳吸收傳質(zhì)系數(shù)的測定：吸收塔（水流量為60L/h）打開閥門VA101、VA102、VA103、VA104,關(guān)閉閥門VA105。打開四個(gè)流量計(jì)上的 閥門。調(diào)節(jié)水流量計(jì)FI

13、02到給定值，然后打開二氧化碳鋼瓶頂上的針閥，二氧化碳流量一般 控制在0.1m/左右為宜，操作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后，測量塔底的水溫，同時(shí)點(diǎn)擊取樣閥VA3 （VA1 或VA2）取樣，測定兩塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。取樣時(shí)只能同時(shí)開一個(gè)取樣閥。（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料罐中 的液位，對各流量計(jì)及時(shí)調(diào)節(jié)以達(dá)到實(shí)驗(yàn)時(shí)的操作條件不變）二氧化碳含量的測定標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔設(shè)定中和用氫氧化鋇濃度，氫氧化鋇體積，滴定鹽酸濃度，取樣體積，然后點(diǎn)擊取樣閥39實(shí)用文檔就能得出消耗的鹽酸體積。六、注意事項(xiàng)1-開啟CO2總閥前，要先關(guān)閉自動減壓閥，開啟開度不宜過大。2.實(shí)

14、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料罐中的 液位。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算及結(jié)果填料塔流體力學(xué)性能測定(以設(shè)備填料塔干填料時(shí)第4組數(shù)據(jù)為例)轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)：1.5.0m3/h；轉(zhuǎn)子流量計(jì)處空氣溫度：16.1；填料層壓降U管讀數(shù):26.0 mmH2O因?yàn)榭諝饬髁坑?jì)處溫度不是20,需要對讀數(shù)進(jìn)行校正，所以空氣實(shí)際體積流量為m3 / h空塔氣速U=空塔氣速U=3600 x(m/s)(兀 / 4 ) - D 2單位填料層壓降A(chǔ) P (mmH2O/m)在對數(shù)坐標(biāo)紙上以空塔氣速u為橫坐標(biāo)，A P Z為縱坐標(biāo)作圖，標(biāo)繪A P Zu關(guān)系曲線，見圖2。傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)(以設(shè)備吸收塔的

15、傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)為例)C A1=(a).吸收液消耗鹽酸體積V1C A1=kmol/m3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CO2濃度為:標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔由化工原理下冊吸收這一章可查得CO2亨利系數(shù)(273+ t實(shí))x p標(biāo) (273+ 20)x p實(shí)2c Ba (OH) VBa (OH)匚 0 HQVHQ402 C Ba (OH J2 V Ba (OH ) 2 - C HClV HCl實(shí)用文檔則CO2的溶解度常數(shù)為H=xM w E塔頂和塔底的平衡濃度為C A 1*= C A2*= H, P0液相平均推動力為CA I*- CA1CA I*- CA1因本實(shí)驗(yàn)采用的物系不僅遵循亨

16、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)過程阻力都集中于液膜，即屬液膜控制過程，則液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總 系數(shù)，即hSA hSA CAm同樣可以求得拉西環(huán)的傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表方表1(1)干填料時(shí)東P/zu關(guān)系測定標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔第1套 L=100第1套 L=100塔徑 D=0.037mkmol m _? Pa _ 1ACACg(Ca2_CJ_C_CJ_Ca_A Ca A CA11n CA_CCC1n舊k卡一口表1(1)干填料時(shí)P/zu關(guān)系測定第1套填料層高度Z塔徑D序號填料層壓強(qiáng)降 mmH2O單位高度填 料層壓強(qiáng)降 mmH2O/m空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m3/h空氣

17、流量計(jì)處空氣溫度。C空塔氣速m/s123456標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔填料層壓單位高度填料空氣轉(zhuǎn)子流空氣流量計(jì)空塔氣速強(qiáng)降 層壓強(qiáng)降 量計(jì)讀數(shù)處空氣溫工口操作現(xiàn)象m/smmH2O mmH2O/mm3/h度序號1234567891011121314表3(1)填料吸收塔傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表(一)被吸收的氣體：純CO2;吸收劑:水；塔內(nèi)徑：塔類型吸收塔解吸塔填料種類填料尺寸(m)填料層高度(m)CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)m3 / hCO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)處氨溫度流量計(jì)處CO2的體積流量m3 / h水轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)42標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔水流量中和CO2用Ba(OH)2的濃度 M mol /1中和CO2用Ba(OH)3的體積 ml滴定

18、用鹽酸的濃度M mol/1滴定塔底吸收液用鹽酸的體積ml滴定空白液用鹽酸的體積ml樣品的體積ml塔底液相的溫度 亨利常數(shù)E塔底液相濃度CA1kmoI /m3空白液相濃度CA2kmoI /m3傳質(zhì)單元高度 HLE-7 kmol/(m3*Pa)平衡濃度 CA*10-2 kmol /m3平均推動力 方CAmkmoICO2 / m2液相體積傳質(zhì)系數(shù)KYa m/s標(biāo)準(zhǔn)表五二氧化碳在水中的亨利系數(shù)Ex10-5,kPa八、思考題1標(biāo)準(zhǔn)表五二氧化碳在水中的亨利系數(shù)Ex10-5,kPa八、思考題1.下列關(guān)于體積傳質(zhì)系數(shù)與液泛程度的關(guān)系正確的是:a、液泛越厲害，Kya越小b、液泛越厲害，Kya越大實(shí)用文檔c、Ky

19、a隨液泛程度先增加后減少43氣體溫度，0510152025303540455060CO20.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用文檔d、Kya隨液泛程度無變化答案：C.關(guān)于亨利定律與拉烏爾定律計(jì)算應(yīng)用正確的是：a、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c、精餾計(jì)算應(yīng)用亨利定律d、精餾計(jì)算應(yīng)用拉烏爾定律答案：A、D.關(guān)于填料塔壓降A(chǔ)p與氣速u和噴淋量l的關(guān)系正確的是:a、u越大，Ap越大b、u越大，Ap越小c、l越大，Ap越大d、l越大，Ap越小答案：A、C.判斷下列諸命題是否正確？a、噴淋密度是指通過填料層的液體量c、噴淋密度是指單位時(shí)間通過填料層的液體量d、噴淋密度是指單位時(shí)間通過單位面積填料層的液體體積答案：B.干填料及濕填料壓降-氣速曲線的特征：a、對干填料u增大東P/Z增大b、對干填料u增大4P/Z不變c、對濕填料u增大4P/Z增大d、載點(diǎn)以