二氧化碳吸收与解吸

实验四二氧化碳吸收与解吸
、实验目的
1 •了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。

2 •学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。

、设备主要技术数据及附件
1. 设备参数：
⑴ 风机：XGB-12 型，550W;
⑵ 填料塔：玻璃管内径 D = 0.1m，内装$ 10X 10mm鲍尔环，填料层高度Z= 1.2m;
⑶ 填料塔：玻璃管内径 D = 0.1m，内装$ 10X 10mm鲍尔环，填料层高度Z= 1.2m;
⑷二氧化碳钢瓶1个、减压阀1个（用户自备）。

2. 流量测量：
⑴CO2转子流量计: :型号：LZB-6 ; 流量范围：0.06 〜0.6m3/h; 精度: 2.5%
⑵空气转子流量计: 型号：LZB-10 ; 流量范围：0.25 〜2.5m3/ h; 精度: 2.5%
⑶空气转子流量计: 型号：LZB-10 ; 流量范围：0 〜50m3/ h; 精度：2.5%
⑷水转子流量计：型号：LZB-25 ; 流量范围：0 〜20m3/ h; 精度： 2.5%
⑸ 解吸收塔水转子流量计：型号：LZB-6流量范围：60〜600L/h 精度：2.5%
3. 浓度测量：吸收塔塔底液体浓度分析：定量化学分析仪一套
4. 温度测量：PT100铜电阻，液温度。

三、实验装置图
3
图1二氧化碳吸收解吸实验装置流程
1-水箱；2-解吸液泵；3-吸收液泵；4-风机；5-空气旁通阀；6-空气流量计；7-吸收液流量计；8-解吸塔；9-解吸收塔底取样阀；10、11-U 型管放；12-吸收塔；13-吸收塔底取样阀；14-解吸液流量计；15- CO2流量计；16-吸收用空气流量计解；17-吸收用空气泵；18- CO2钢瓶；19-水箱放水阀；20-减压阀；21-解吸液取样阀；22-吸收液取样阀
吸收质（纯二氧化碳气体或与空气的混合气）由钢瓶经二次减压阀和转子流量计15,进入吸收
塔塔底，气体由下向上经过填料层与液相水逆流接触，到塔顶经放空；吸收剂（纯水）经转子流量
计7进入塔顶，再喷洒而下；吸收后溶液流入塔底液料罐中由解吸泵2经流量计14进入解吸塔，
空气由6流量计控制流量进入解吸塔塔底由下向上经过填料层与液相逆流接触，对吸收液进行解吸，
然后自塔顶放空，U形液柱压差计用以测量填料层的压强降。

四、实验方法及步骤
1.测量吸收塔干填料层（△ P/ Z ）〜u关系曲线（只做解吸塔）
先全空气旁路调节阀5,启动风机，（先全开阀5和空气流量计阀，再利用阀5调节进塔的空气流量。

空气流量按从小到大的顺序）读取填料层压降厶P （压差计10）,然后在对数坐标纸上以空塔
气速u为横坐标，以单位高度的压降△P/Z为纵坐标，标绘干填料层（△ P/Z）〜u关系曲线。

2.测量吸收塔在某喷淋量下填料层（△ P/Z）〜u关系曲线
将水流量固定在300L/h （水的流量因设备而定），然后用上面相同方法调节空气流量，并读取
填料层压降△ P、转子流量计读数和流量计处空气温度，并注意观察塔内的操作现象，一旦看到液泛现象时，记下对应的空气转子流量计读数。

在对数坐标纸上标出液体喷淋量为300L/h时的（△ P/ z）〜u?关系曲线（见图2A ）,从图上确定液泛气速，并与观察的液泛气速相比较。

3.二氧化碳吸收传质系数的测定
吸收塔与解吸塔（水流量为200L/h）
（1）打开阀门5，关闭阀门9、13、21、22。

（2）启动吸收液泵3将水经水流量计7计量后打入吸收塔中，然后打开二氧化碳钢瓶顶上的
针阀20,向吸收塔通入二氧化碳（二氧化碳气体流量计15的阀们要全开），流量由流量计读出在
0.1m3/h 左右。

（3）启动解吸泵2,将吸收液经解吸流量计14计量后打入解吸塔中，同时启动风机，利用阀门
5调节空气流量（0.25 m3/ h）对解吸塔中的吸收液进行解吸。

（4 ）操作达到稳定状态之后，测量塔底的水温，同时取样，测定两塔塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量。

(实验时要注意吸收塔水流量计和解吸塔水流量计要一致，并注意吸收塔下的储料罐中的液位，
对各流量计及时调节以达到实验时的操作条件不变)
4.二氧化碳含量的测定
用移液管吸取0.1M的Ba (OH 2溶液10mL放入三角瓶中，并从塔底附设的取样口处接收塔底溶液10 mL用胶塞塞好，并振荡。

溶液中加入2〜3滴酚酞指示剂，最后用0.1M的盐酸滴定到粉红
色消失的瞬间为终点。

按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：
2C Ba(OH)2V Ba(OH )2—C HCI V HCI i
C CO2 ----------------------- 2 -------------- mol L_
2V溶液
五、实验注事项
1.开启CO2总阀前，要先关闭减压阀，开启开度不宜过大。

2.实验时要注意吸收塔水流量计和解吸塔水流量计要一致，并注意吸收塔下的储料罐中液位。

3.作分析时动作迅速，以免二氧化碳溢出。

六、实验思考题
预习思考题：
1. 测量吸收塔干填料层(△ P/Z)〜u关系时，是否需要开启离心泵？并说明原因。

2. 吸收塔在某喷淋流量下的填料层(△ P/Z)〜u关系曲线是否为一条直线？斜率有何变化？转折点
的含义是什么？
七、附录
1实验数据的计算及结果
⑴填料塔流体力学性能测定(以填料塔干填料数据为例)
3 、”
转子流量计读数：0.5m/h ;填料层压降U管读数：4.0 mmHzO
0.5
空塔气速U = 2 二0.09 （m/s）3600 （二/4）■ D23600 （二/4） 0.0452 （）
0.01529 -0.00209
=0.0251 kmol/m
,0.034382 — 0.00209 In
0.034382 — 0.01529
因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此情况下，整个传质过程
阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即
单位填料层压降
P
Z =4/0.88=4.5 (mm 2O/m )
在对数坐标纸上以空塔气速 u 为横坐标，=P z 为纵坐标作图，标绘=P z 〜u 关系曲线，见图2。

⑵传质实验(以设备吸收塔的传质实验为例)
(a)•吸收液消耗盐酸体积 V i =5.7ml ，则吸收液浓度为:
2C
Ba(OH)2V Ba(OH )2
-C H
CI V HCI
C A1 =
2V 溶液
2 0.0695 10— 0.0695 15.6
2如0
=0.01529
kmol/m
因纯水中含有少量的二氧化碳，所以纯水滴定消耗盐酸体积
V=19.4ml ，则塔顶水中CO 2浓度为
2C
Ba(OH )2
V
Ba(OH)2 -C HC|V H CI
C A2
2V 溶液
塔底液温度t =25.6 C
由化工原理下册吸收这一章可查得
CO 2亨利系数
则CO 2的溶解度常数为
2 0.0695 10 -0.0695 19.4
=0.00209 mol/L
2 10
E=1.637252 X 105 kPa
- =1000
1
8
= 3.39 X 10-7 kmol Pa _1
M w
E 18
1.637252 10
塔顶和塔底的平衡浓度为
*
*
7
C A1 = C A2 二 H P 0=3.39 X 10-7
X 101325=0.034382 mol/L
液相平均推动力为
二 C A 1— C A 2 In
L CA2
.'■■：C 1
(C A2 一 C A2)一 (C A 1 一 C A 1)
*
,C A 2 -C A 2
In *
C A1 —C A1
C A1 C A2
*
,C A 2 -C A 2
In *
C A1 —C A 1
k i
aMa# C
『C A2=
30 10
%
600
2
(°.
01529-
0.
00209
)=0.0073 m /s
hS AC Am
0.56汉 3.14"0.035)2/4
2.实验结果列表
0.0251
1000.0
fTZr
△
1.0
0.01
附录
表五二氧化碳在水中的亨利系数
E X 10-5kPa
100.0
10.0
0.10 1.00空塔气速 u ( m/s ) 10.00。