二氧化碳吸收与解吸实验

二氧化碳吸收与解吸实验

一、实验目的

1. 了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。

2. 掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，练习实验数据的处理分析。

二、实验内容

1 •测定填料层压强降与操作气速的尖系，确定在一定液体喷淋量下的液泛气速。

2. 固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度下，取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）。

3. 进行纯水吸收二氧化碳、空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。

三、实验原理：

气体通过填料层的压强降：压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气、液流量均有尖，不同液体喷淋量下

填料层的压强降P与气速u的尖系如图一所示：

图一填料层的P〜U尖系

当液体喷淋量LoO时，干填料的P〜u的尖系是直线，如图中的直线0

当有一定的喷淋量时， P U 的尖系变成折线，并存在两个转折点，下转折点

称为“载点”，上转折点称为“泛点” O 这两个转折点将 段：既恒持液量区、载液区及液泛区。

传质性能：吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数, 系数。对于相同的物系及一定的设备(填料类型与尺寸) 件及气液接触状况的不同而变化。

1 •二氧化碳吸收■解吸实验

根据双膜模型的基本假设，气侦J 和液侧的吸收质A 的传质速率方程可分别表达为 气膜 G A kgA(pA

PAi)

⑴

液膜 6

A

k

l A (c Al

C A )

式中：G A -

A 组分的传质速率， 1

kmol s ;

A —两相接触面积，m ;

P A —气侧A 组分的平均分压，Pa ；

Pm —相界面上A 组分的平均分压，Pa ； C A —液侧A 组分的平均浓度，kmol m 3

C A —相界面上A 组分的浓度kmol m 3

\ kg —以分压表达推动力的气侧传质膜系数，

kmol Pa

k —以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数,

以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表 达为：

G A K G A(P A P A ) / (3) G A K L A(C A C A )

(4)

式中：P A —液相中A 组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，

Pa ； C A —气相中A 组分的实际分压所要求的液相平衡浓度，

kmol m 3 ；

P 〜U 尖系分为三个区

实验测定可获取吸收 ,吸收系数随着操作条

kmol m s Pa

Pi=PAi C Al F L

当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程式受气膜传质速率控制，此时，

K G kg ;反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此

时，K L k| o

如图三所示，在逆流接触的填料层内，任意载取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸 收质A 的物料衡算可得：

dGAF k dCA

(7a)

L

P A +C I P A

C A +C IC A

图二双膜模型的浓度分布图

图三填料塔的物料衡算图

若气液相平衡尖系遵循享利定律：C A HP A ，则:

式中：F L——液相摩尔流率，kmol s 1 ;

，且称H L 为液相传质单元高度（HTU ;

N L “G ,且称1\1_为液相传质单元数（NTU o CA 2 C A C A

因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即

\ h H L N L

若气液平衡矢系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则式（

（10

）

法解得填料层高度的计算式，亦即可采用下列平均推动力法计算填料层的高度或液相 传质单元高度:

VsL

K^aS

N L —

C A1 C A2

C

Am

___ h __

VsL -

(11)

(⑵

L ■■-液相摩尔密度

5

kmol m 3。

dG A K L (C A C A )aSdh

式中：a 气液两相接触的比表面积， m 2 -

m 1 ；

本实验采用水吸收纯二氧化碳，且已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小，

因此，液相摩尔流率F L 和摩尔密度L 的比值，亦即液相体积流率（Vs ） L 可视为定 值，且设总传质系数K L 和两相接触比表面积a ，在整个填料层内为一定值，则按

F 列边值条件积分式（8），可得填料层高度的计算公式:

h °c

A c A.2

v

sL C A1 dC A

Ki_aS C ^C A C A

根据传质速率基本方程式, 可写出该微分段的传质速率微分方程:

(7b)

联立上两式可得：

dh

F L

dC A

(8)

h

°A c A1

(9)

C AI C A2 U Am c

1

In A.1

C A2(C AI C A?(CA2 C A2)

C AI C AI In

C A2 CA2

(13)

其中：C AI H PA1 HyjPO，C A2HP A2HyzPo, P。为大气压。

氧化碳的溶解度常数：

H W M W koml Pa 1、\(14)式中：w——水的密度，kg \

/ M w 水的摩尔质量，kg kmol

E ——二氧化碳在水中的享利系数（见化工原理下册第78页），Pa。

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，亦即

ka3虫弘弘（15）

hS CAm

四、实验装置：

1・实验装置主要技术参数：

填料塔：玻璃管内径D二0.050m塔高1.00m内装© 10X 10mm瓷拉西环；

填料层高度Z= 0.78m ；风机：XGB-12型550W；

二氧化碳钢瓶1个；减压阀1个（用户自备）。

流量测量仪表：CO转子流量计型号LZB-6流量范围〜0.6m3/h；

空气转子流量计：型号LZB-10流量范围〜2.5m3/h；

吸收水转子流量计：型号LZB-10流量范围16〜160 L/h；

1/

解吸水转子流量计：型号LZB-10流量范围16〜160 L/h