《二氧化碳吸收实验》实验指导书（模板）.docx

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1、11滴定塔底吸收液用盐酸的体积（ml）10.8012滴定空白液用盐酸的体积（ml）11.9013样品的体积（ml）2014塔底液相的温度（）7.015号利常数E108（Pa）0.94316塔底液相浓度Cai （kmol/m3）0.0037917空白液相浓度Ca2 （ kmol / m3）0.0000018CO2 溶解度常数 H 10-7(km0|/m3*Pa)5.8913619Yi0.2028720yi0.1686521平衡浓度 Cai*(kmol / m3 )0.01006822y20.19123V20.160224平衡浓度 Ca2* ( kmol/m3)0.00956025Cai* - C

2、ai0.00627526Ca2* - Ca20.00956027平均推动力 CAm (kmol / m3)0.007828液相体积传质系数KXa （m/s）0.005829吸收率（%）5.037八、思考题1 .阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。2 .工业上，吸收在低温、加压，在进行而解吸在高温、常压下进行，为什么？1011实验七二氧化碳吸收实验一、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。2 .掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，练习对实验数据的处理 分析。二、实验内容1 .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

3、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）。2 .进行纯水吸收二氧化碳、空气的操作练习。三、实验原理吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定可获取吸收系数。 对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数随着操作条件及气 液接触状况的不同而变化。3 .二氧化碳吸收-解吸实验根据双膜模型的基本假设，气侧和液侧的吸收质A的传质速率方程可分别表达为气膜Ga =kA（pA -pAi）（7-1）液膜GA=kA（CAi-CA）（7-2）式中：Ga-A组分的传质速率，kmobs-；A-两相接触面积，m2；Pa气侧A组分的平均分压，Pa；外一

4、相界面上A组分的平均分压，Pa；g 液侧A组分的平均浓度，kmol m3CAi 一相界面上A组分的浓度kmol- m3七一以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmol-m2 -sl - Pay;ok/ 以物质的量浓度表达推动力的液侧传质膜系数，机sT O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：Ga = KGA（pA - p）（7-3）Ga=KlA（C：-Ca）（7-4）式中：p；液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，Pa；。；一气相中A组分的实际分压所要求的液相平衡浓度，7 以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数， kmol-m2 - sx

5、 Pa ；K以气相分压表示推动力的总传质系数，或简称为液相传质总系数， s o假设气液相平衡关系遵循享利定律：Ca=HPa9那么:(7-5)(7-6)1 1 1=1仁院 HKtH 1=1 鼠号气液距离膜膜图7-1双膜模型的浓度分布图当气膜阻力远大于液膜阻力时，那么相际传质过程式受气膜传质速率控制，此 时，KG=k；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，那么相际传质过程受液膜传 质速率控制，此时，Kl = o如图7-2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，那么由吸收质A的物料衡算可得：dGA =丝心(7-7a)Pl式中：Fl一一液相摩尔流率，Pl液相摩尔密度，kmol-m

6、3 o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：dGA = K - CA aSdh(7-7b)联立上两式可得：dh = (7-8)KLaSpL CA - CA式中：a气液两相接触的比外表积，m2.m；S填料塔的横载面积，m2。本实验采用水吸收二氧化碳与空气的混合物中的二氧化碳气体，且二氧 化碳在常温常压下溶解度较小，因此，液相摩尔流率和摩尔密度外的比值， 亦即液相体积流率(Vs)z可视为定值，且设总传质系数Kl和两相接触比外表积a, 在整个填料层内为一定值，那么按以下边值条件积分式，可得填料层高度的计算公 式：场= CA = CA.2 h = h CA = CMJ广。川 dCA

7、/ r c、h = - (7-9)KLaS C； - CA令 “乙=上一，且称Hl为液相传质单元高度(HTU)；KfaS$ = 也 ，且称Nl为液相传质单元数（NTU）OJc； - CA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 = HrxNr（7-10）假设气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，可用解析法解得填料层 高度的计算式，亦即可采用以下平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元 高度：(7-11) (7-12)de-以de-以(7-13)其中：4=坳=60，CA2 = HPA2=Hy2Po，尼为大气压。式中Ag.,为液相平均推动力，即二氧化碳的溶解度常数：(7-14

8、)komb m3 - Pax ME式中：Pw一一水的密度，Zg/加；Mw一一水的摩尔质量，kg-kmor；E 二氧化碳在水中的享利系数，Pao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，那么液侧体积传质膜系 数等于液相体积传质总系数，亦即z 上 Kl cA - CA2(7-15)k.a = K1a =hS、实验装置L实验装置主要技术参数：填料塔：玻璃管内径D = 0.075m 塔高1.00m 内装610x10mm瓷拉西环; 填料层高度Z=095m； 风机：XGB-12型 550W； 二氧化碳钢瓶和二氧化碳气瓶减压阀1个

9、（用户自备）。流量测量仪表：C02转子流量计：型号LZB-6 流量范围0.060.6m3/h；空气转子流量计：型号LZB-10流量范围0.252.5m3/h； 水转子流量计：型号LZB-10流量范围16160 L/ h；解吸收塔水转子流量计：型号LZB-6流量范围660L/h 浓度测量：吸收塔塔底液体浓度分析准备定量化学分析仪器（用户自备）； 温度测量:PT100钳电阻,用于测定测气相、液相温度。1 .二氧化碳吸收与解吸实验装置流程示意图（见图7-3）V18图7-3二氧化碳吸收与解吸实验装置流程示意图1-C02钢瓶；2-CO2瓶减压阀；3-吸收用气泵；4-吸收液水泵；5-解吸液水泵；6-风机；

10、7-空气旁通阀；8、9-U型管压差计；F1-空气流量计；F2-CO2流量计；F3-吸收液流量计；F4-解吸用空气流量计；F5-解吸液体流量计；V1-V19阀门；T1-解吸气体温度;T2-吸收液体温度。2 .实验仪外表板图（见图7-4）T1气体温度（C）T2液体温度（）总电源O 0SB1 SB2吸收吸收解吸解吸风机水泵风机水泵O0OOSB3SB4SB5SB6图7-4实验装置面板图五、实验方法及步骤1.二氧化碳吸收传质系数测定（1）翻开阀门V7、VII,其余所以阀门全部关闭。（2）启动吸收液泵4将水经水流量计F3计量后打入吸收塔中，启动气泵3 用阀门VI调节空气流量为指定值，按二氧化碳与空气的比例

11、在1020%左右计 算出二氧化碳的空气流量。翻开二氧化碳钢瓶顶上的减压阀2,向吸收塔内通入 二氧化碳气体，流量大小由流量计F2读出。（3）启动解吸泵5,将吸收液经解吸流量计F5计量后打入解吸塔中，同时启 动风机，利用阀门7调节空气流量对解吸塔中的吸收液进行解吸。解吸塔水流 量应与吸收液流量一致。（4）吸收进行15分钟并操作到达稳定状态之后，测量塔底吸收液的温度，同 时用V6和V16取样品，测定吸收塔顶、塔底溶液中二氧化碳的含量。（5）二氧化碳含量测定用移液管吸取0.1M左右的Ba （OH） 2标准溶液10mL,放入三角瓶中，并 从取样口处接收塔底溶液10 mL,用胶塞塞好振荡。溶液中加入23滴

12、酚醐指 示剂摇匀，用0.1M左右的盐酸标准溶液滴定到粉红色消失即为终点。按下式计算得出溶液中二氧化碳浓度：2C Ba（OH）2VBa（OH）2-C hcVhCICco2 =- mol - L“溶液六、实验考前须知1 .开启C02总阀门前，要先关闭减压阀，阀门开度不宜过大。2 .实验中要注意保持吸收塔水流量计和解吸塔水流量计数值一致，并随时关 注水箱中的液位。两个流量计要及时调节，以保证实验时操作条件不变。3 .分析C02浓度操作时动作要迅速，以免C02从液体中溢出导致结果不准确。七、实验数据记录及处理传质实验（以吸收塔的传质实验为例）液体流量L=80 （l/h）yi Yi的计算：C02转子流量

13、计读数Vco2 =0.2 (m3/h )(m3/h)(m3/h)82 实际流量 Vco2实0.2=0.162 V 1.85空气转子流量计读数V Air =0.8 (m3/h)vV CO20.1620.162+0.8=0.168VcO2 +、Nrvv CO20.1620.8=0.202C川的计算:塔顶吸收液空白分析 CBa(OH)2 =0.0906 VBa(OH)2 =10 ml、CHCL =0.1379. VHCL =11.90 ml_ 2CBa(OH)Ba(OH)2 HcVhCc空白-旅2 ZI 一八=0.00427 (kmol/m3)2x20塔底吸收液分析yHCL =10.80 ml2ZI

14、 ,、=0.008067 (kmol/m3)2x20。川二 一 C 空白=0.003797 (kmol/m3)2、丫2的计算:VAir 80/= 0.168-上晒L X (。川，A2)x (0.003797-0)=0.16080.S/722.4y21-y2y21-y20.16081-0.1608=0.1916,g2的计算：吸收液中CO2在水中的含量极低，忽略不计。42=0。C+A1、C*A2 的计算：塔底液温度t =7查得CO2亨利系数：E=0.946xl08 Pa那么C5的溶解度常数为：二幽xJMw E 189.46xl07=5.89x10-7 kmol. m-3 .小塔顶和塔底的平衡浓度为

15、：=5.89x10-7x0.168x101325 =0.01002 (mol/l)C2 = HpA2 = Hy2Pb =5.89xl0-7x0.160xl01325 = = 0.00954 (mol/l)= Cai -CAi =0.01002-0.003797=0.00622 (kmol/m3)AC. = C：A2 -6=0.00954-0=0.00954 (kmol/m3)AC四 八。42(。41 。川)(。42 ，A2 )液相平均推动力为：AC.的计算:ACAmA1 - ACa2,AInA2, 0.00622In0.00954=0.0078(kmol/m3)因本实验采用的物系不仅遵循亨利定

16、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，属液膜控制过程，那么液侧体积传质膜系数 等于液相体积传质总系数，即hS80 xlO-3/ 3600(0.003797 - 0)- (0.075)2 /40.00078=0.0058 m/s实验结果列表如下：二氧化碳在水中的亨利系数(见表7-1)表7-1二氧化碳在水中的亨利系数ExlO5, kPa气 体温度,0510152025303540455060co20.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46表7-2：实验装置填料吸收塔传质实验技术数据表9被吸收的气体：空气+CO2混合气体；吸收剂:水；塔内径:0.075mm序号名称实验数据1填料种类陶瓷拉西环2填料层高度（m）0.953CO2转子流量计读数（m3 / h）0.2004CO2转子流量计处温度 （）25.05流量计处CO2的体积流量（m3 / h ）0.1626空气转子流量计读数 （m3/h）0.8007水转子流量计读数（l/h）80.08中和CO2用Ba(OHH的浓度 M ( mol/l)0.09069中和82用Ba（0H）2的体积 （ml）1010滴定用盐酸的浓度 M （mol/l）0.1379