二氧化碳吸取與解吸實驗裝置說明書仁愛化工根底試驗中心王立軒2023．051一、試驗目的：了解填料吸取塔的構造和流體力學性能。二、試驗內容液泛氣速。固定液相流量和入塔混合氣氨的濃度，在液泛速度以下取兩個相差較大的〔傳質單元數和回收率〕和傳質效率〔傳質單元高度和體積吸取總系數。承受純水吸取二氧化碳、空氣解吸水中二氧化碳，測定填料塔的液側傳質三、試驗原理量下填料層的壓強降P與氣速u1-1L3＞LL3＞L2＞L1L0=03210,PΔu,m/s1-1填料層的P～u關系L00時，干填料的P～u的關系是直線，如圖中的直線P～u的關系變成折線，并存在兩個轉P～u關系分為三個區段：恒持液量區、載液區與液泛區。傳質性能：吸取系數是打算吸取過程速率凹凸的重要參數，而試驗測定是〔填料類型與尺寸吸取系數將隨著操作條件及氣液接觸狀況的不同而變化。〔1〕二氧化碳吸取-解吸試驗A表達為氣膜 GA

k g A

p ) 〔1-1〕Ai液膜 GA

kA(Cl

C ) 〔1-2〕A

—AkmoIs1；APA，Pa；AP A，Pa；AiC Akmolm3AC Akmolm3Aik kmolm2s1Pa1;gkms1。l以氣相分壓或以液相濃度表示傳質過程推動力的相際傳質速率方程又可分別GA

K G

p) 〔1-3〕AG KA L

A(CA

C )A

〔1-4〕式中：p—液相中A組分的實際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；ACAkmolm3；AK —以氣相分壓表示推動力的總傳質系數或簡稱為氣相傳質總系數，Gkmolm2s1Pa1；K ms1。L濃度相界 面PAP濃度相界 面PAPAiCAiCA氣液距離2 A2 A2 LdhdhP CA AP+dP C+dCA AP=P1 A1

A AC，FA1 L圖1-2雙膜模型的濃度分布圖 圖1-3填料塔的物料衡算圖假設氣液相平衡關系遵循享利定律：C Hp ，則：A A1 1 1

〔1-5〕K k HKG g l1H1K k kL g l

〔1-6〕K kG

；反之，當液膜阻力遠大于氣膜阻力時，則相際傳質過程受液膜傳質KL

k。l1-3AdG A

F dCL ALL

〔1-7a〕FL

kmols1；Lkmolm3。依據傳質速率根本方程式，可寫出該微分段的傳質速率微分方程：聯立上兩式可得：

dG KA

(CA

C)aSdh 〔1-7b〕AF dCdh L A 〔1-8〕KaSL L

CCA Aa——氣液兩相接觸的比外表積，m2·m-1；S——填料塔的橫載面積，m2。本試驗承受水吸取純二氧化碳，且二氧化碳在常溫常壓下溶解度較小，因此，液相摩爾流率F 和摩爾密度 的比值，亦即液相體積流率(V)可L L s L視為定值，且設總傳質系數KL

值，則按以下邊值條件積分式〔1-8c，可得填料層高度的計算公式：h0 ，C C hh ，C CA A.2 A A1hhsL

CA1

dCA 〔1-9〕KaS C CCL A2 A AV令H sL ，且稱H為液相傳質單元高度〔HTU；L KaS LLC dCN A1 A

為液相傳質單元數〔NTU。L C CC LA2 A A因此，填料層高度為傳質單元高度與傳質單元數之乘積，即hH N 〔1-10〕L L假設氣液平衡關系遵循享利定律，即平衡曲線為直線，則式〔1-9〕為可用高度或液相傳質單元高度：V C Ch sL

A2 〔1-11〕KaS CL Amh hVsLKSVsLKSLHL

〔1-12〕L式中CA.m為液相平均推動力，即C

(C C )(C C )C A1

A1 A1 A2 A2

〔1-13〕Am C

C CInCA.1

ln A1 A1C CA2 A2 A2其中：C Hp Hyp,C

Hp

HypP為大氣壓。A1 A1 1 0 A2二氧化碳的溶解度常數：

A2 2 0 011H wM Ew

komlm3Pa1 〔1-14〕w

——水的密度，kgm3; M

——水的摩爾質量，kgkmol1 ；wE——二氧化碳在水中的享利系數〔78，Pa。于液相總體積吸取系數，亦即V

C CkaKasL A1 A2 〔1-15〕l L hS CAm四、試驗裝置1、試驗裝置主要參數：內裝φ10×10mm其次套玻璃管內徑D＝0.050m；內裝第三套玻璃管內徑D＝0.050m；內裝第四套玻璃管內徑D＝0.050m 解吸塔：璃管內徑D＝0.050m；內裝φ10×10mm瓷拉西環；填料層高度Z＝0.80m； 二氧化碳鋼瓶1； 減壓閥1個〔用戶自備。流量測量儀表：CO轉子流量計：型號LZB-6 流量范圍0.06～0.6m3／h；2空氣轉子流量計：型號LZB-10 水轉子流量計：型號LZB-10 流量范圍16～160L／h；解吸取塔水轉子流量計：型號LZB-6流量范圍6～60L／hPT1002、二氧化碳吸取與解吸試驗裝置流程示意圖(見圖1-4)：圖1-4 二氧化碳吸取與解吸試驗裝置流程示意圖1-CO2

流量計；2-CO

3-CO2

4-吸取用空氣流量計25-吸取用氣泵；6-放水閥；7、19-水箱放水閥；8-回水閥2柱壓強計； 13-吸取液流量計；14- 吸取液液泵；16-吸取液儲槽；17-吸取塔；18-吸取塔塔底取樣閥；20-解吸液流量計；21-22-23-24-解析氣風機31-5)圖1-5 試驗裝置面板圖五、試驗操作：減壓閥是否均已關嚴。解吸塔中流體力學試驗操作開啟試驗裝置的總電源，開動泵21，調整水流量計20，對填料塔潤濕1020〔100L/h；24，從小到大調整空氣流量，觀看填料塔中液體流淌狀況，并記錄三個數據點；關閉水和空氣流量計，停頓水泵和漩渦氣泵。二氧化碳吸取-解吸傳質系數的測定〔水流量掌握在60L/h〕翻開閥門23，關閉閥門10、18。14，1320利用閥門23調整空氣流量〔液泛流量以下。20液儲槽的液位，假設過高，需開大解吸液流量計20，兩個流量計要準時調整，以保證明驗時操作條件不變?！?，流0.3m3/h操作到達穩定狀態之后〔20樣測定吸取塔塔頂、塔底溶液中二氧化碳的含量。二氧化碳含量測定用移液管吸取0.1mol/L的Ba〔OH〕2

10mL，放入三角瓶中，并從塔底附設的取樣口處接收塔底溶液20mL，用膠塞塞好振蕩。溶液中參加2～3的鹽酸滴定到粉紅色消逝即為終點。按下式計算得出溶液中二氧化碳濃度：C2CBa(OH)C2CO2

V Ba(OH)22V

VHCl

HCl

molL1溶液六、留意事項：閥。開啟時開度不宜過大塔下部液封面的高度必需維持在空氣進口管的下面，并接近進口管。滴定水中二氧化碳時，要求滴定同時不停振蕩。CO2

濃度操作時動作要快速，以免CO2

從液體中溢出導致結果不準確。七、報告內容畫出解析塔的流體力學性能圖〔△P/z～u的關系用其中一組數據寫出