吸收與解吸實驗.doc

吸收與解吸實驗 一、實驗?zāi)康?、了解吸收與解吸裝置的設(shè)備結(jié)構(gòu)、流程和操作；2、學(xué)會吸收塔傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；了解氣速和噴淋密度對吸收總傳質(zhì)系數(shù)的影響； 3、學(xué)會解吸塔傳質(zhì)系數(shù)的測定方法；了解影響解吸傳質(zhì)系數(shù)的因數(shù)； 4、練習(xí)單個吸收操作、單個飽和液解吸操作及吸收解吸聯(lián)合操作。二、實驗原理、吸收實驗根據(jù)傳質(zhì)速率方程，在假定Kxa為常數(shù)、等溫、低吸收率或低濃、難溶等 條件下推導(dǎo)得出吸收速率方程： Ga=KxaVxm則： Kxa=Ga/(Vxm) 式中：Kxa體積傳質(zhì)系數(shù) kmolCO2/m3hrxm Ga填料塔的吸收量 Kmol CO2/hr V填料層的體積 m3 xm填料塔的平均推動力 1、Ga的計算已知可測出：Vsm3/h、VBm3/h由轉(zhuǎn)子流量計測得，y1及y2（可由色譜直接讀出） LsKmol/h=Vs水/M水 標定情況：T0=273+20 P0=101325 0=1.205 測定情況：T1=273+t1 P1=101325+P13.6因此可計算出LS、GB。又由全塔物料衡算：Ga=Ls(X1-X2)=GB(Y1-Y2) 且認為吸收劑自來水中不含CO2，則X2=0，則可計算出Ga和X12、xm的計算根據(jù)測出的水溫可插值求出亨利常數(shù)Eatm，本實驗為P=1atm 則m=E/P附不同溫度下CO2H2O的亨利常數(shù)溫度（t）51015202530E(大氣壓)87710401220142016401860、解吸實驗根據(jù)傳質(zhì)速率方程，在假定KYa為常數(shù)、等溫、低解吸率或低濃、難溶等 條件下推導(dǎo)得出解吸速率方程： Ga=KYaVYm則： KYa=Ga/(VYm) 式中：KYa體積解吸系數(shù) kmolCO2/m3hrYm Ga填料塔的解吸量 Kmol CO2/hr V填料層的體積 m3 Ym填料塔的平均推動力 1、Ga的計算已知可測出：Vsm3/h、VBm3/h由轉(zhuǎn)子流量計測得，y1及y2（可由色譜直接讀出） LsKmol/h=Vs水/M水 標定情況：T0=273+20 P0=101325 0=1.205 測定情況：T1=273+t1 P1=101325+P13.6因此可計算出LS、GB。又由全塔物料衡算：Ga=Ls(X1-X2)=GB(Y1-Y2) 且認為空氣中不含CO2，則y2=0；又因為進塔液體中X1有兩種情況，一是直接將吸收后的液體用于解吸，則其濃度即為前吸收計算出來的實際濃度X1；二是只作解吸實驗，可將CO2用文丘里吸碳器充分溶解在液體中，可近似形成該溫度下的飽和濃度，其X1*可由亨利定律求算出：則可計算出Ga和X22、Ym的計算根據(jù)測出的水溫可插值求出亨利常數(shù)Eatm，本實驗為P=1atm 則m=E/P根據(jù) 三、實驗裝置本實驗是在填料塔中用水吸收空氣和CO2混合氣中的CO2，和用空氣解吸水中的CO2以求取填料塔的吸收傳質(zhì)系數(shù)和解吸系數(shù)。流程描述如下：空氣：空氣來自風(fēng)機，經(jīng)測溫測壓，一路經(jīng)流量計V空氣-1與來自流量計VCO2-1的CO2氣混合后進入填料吸收塔底部，與塔頂噴淋下來的吸收劑（水）逆流接觸吸收，吸收后的尾氣排入大氣；另一路經(jīng)流量計V空氣-2進入填料解吸塔底部，與塔頂噴淋下來的含CO2水溶液逆流接觸進行解吸，解吸后的尾氣排入大氣。CO2：鋼瓶中的CO2經(jīng)根部閥、減壓閥、針型調(diào)節(jié)閥，一路經(jīng)流量計VCO2-1進入吸收塔；另一路經(jīng)流量計VCO2-2進入文丘里吸碳器與飽和罐中的循環(huán)水充分混合可形成飽和CO2水溶液。水： 吸收用水來自自來水，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計V水-1送入吸收塔頂，吸收液自塔底，一是若只作吸收實驗，直接經(jīng)F2流經(jīng)倒U管排入地溝；二是吸收液可經(jīng)F3流入飽和罐且充滿。若做吸收解吸聯(lián)合操作實驗，可開啟解吸泵，將溶液經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計V水-2送入解吸塔頂，經(jīng)解吸后的溶液從解吸塔底經(jīng)F11流經(jīng)倒U管排入地溝。若做飽和液解吸實驗，此時可關(guān)閉流入飽和罐的進水（或溶液）閥F3，打開飽和泵，打開VCO2-2使CO2氣流入文丘里吸碳器，一定時間后，使飽和罐內(nèi)的溶液飽和，開啟解吸泵，使飽和溶液經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計V水-2送入解吸塔頂，經(jīng)解吸后的溶液從解吸塔底經(jīng)F10再流入飽和罐循環(huán)使用。取樣：在吸收塔氣相進出口管上設(shè)有取樣點，在解吸塔氣體出口有取樣點，樣氣從取樣口由取樣管取出后在氣相色譜儀上進行二氧化碳含量分析。其主要設(shè)備、儀表參數(shù)如下填料塔：塔內(nèi)徑100 mm；填料層高600 mm；填料為陶瓷拉西環(huán)；絲網(wǎng)除沫 風(fēng)機、泵：旋渦氣泵120W；解吸泵與飽和泵為增壓泵260W 飽和罐：不銹鋼250，高400 溫度：Pt100傳感器，數(shù)顯 壓力：1500PaU形管，膜盒壓力表01500Pa 轉(zhuǎn)子流量計：水LZB25 1001000 l/h 氣LZB6 1001000 l/hLZB4 16160 l/h四、實驗方法及注意事項實驗前檢查閥門，應(yīng)該F2、F4、F11、F12全開，其它全關(guān)。、單獨吸收實驗1、接通自來水，F(xiàn)3關(guān)閉，F(xiàn)2是全開的。開啟水流量調(diào)節(jié)閥F1到第一個流量(建議從大流量開始作，最后是小流量，便于作解吸實驗)。讓水直接從吸收塔底經(jīng)倒U管流入地溝。2、啟動風(fēng)機，逐漸關(guān)小F4，調(diào)節(jié)F5使V空氣-1風(fēng)量到預(yù)定值0.40.5m3/h。實驗過程中維持此風(fēng)量不變。3、再打開CO2鋼瓶總閥，微開減壓閥，調(diào)節(jié)F6使CO2流量在120160l/h。實驗過程中維持此流量不變。4、當(dāng)各流量維持一定時間后（填料塔體積約9升，氣量按0.4m3/h計，全部置換時間約90秒，既按2分鐘為穩(wěn)定時間），可取進出口樣品進行分析。5、調(diào)節(jié)水量（建議按200、400、600、800此水量調(diào)節(jié))進行實驗，每個水量穩(wěn)定后（氣量和CO2流量在整個實驗中維持不變，因此進口樣不需再取），只取出口氣樣進行分析。6、實驗完畢后，應(yīng)先關(guān)閉CO2鋼瓶總閥，等CO2流量計無流量后，關(guān)閉減壓閥和流量閥F6。停風(fēng)機。關(guān)閉水流量F1，關(guān)閉自來水上水。、吸收解吸聯(lián)合實驗1、在吸收實驗維持水量最小時，出塔液體中CO2的濃度最大，此時解吸效果較好，因此建議在水量200l/h吸收實驗點時，同時作解吸實驗；2、維持吸收水量200l/h吸收實驗點時，全開F3，關(guān)閉F2，使吸收塔底部的出水流入飽和罐中；直到飽和罐中水位一定（滿時有溢流）時。3、F11是全開的，開解吸泵，全開F13，逐漸關(guān)閉F12，使解吸塔流量也維持在200l/h。解吸塔底部出液由塔底的倒U管直接排入地溝。4、開啟F8，調(diào)小F4，使V空氣-2風(fēng)量維持在0.40.5m3/h，并注意保持V空氣-1風(fēng)量維持不變。5、當(dāng)各流量維持一定時間后（填料塔體積約9升，氣量按0.4m3/h計，全部置換時間約90秒，既按2分鐘為穩(wěn)定時間），可取氣體出口樣品進行分析。6、實驗完畢，可先關(guān)吸收塔水、氣，再關(guān)解吸塔水、氣。最后將飽和罐中的水保留，以便下邊的單獨解吸實驗操作。、單獨解吸實驗1、在單獨解吸實驗時，因液體中CO2濃度未知，因此我們需要做飽和液體，只要測得液體溫度，即可根據(jù)亨利定律求得其飽和濃度。所以，需要在飽和罐中制作飽和液。在上面實驗結(jié)束時，在飽和罐中有不飽和的液體（若沒有作吸收解吸實驗，可將水直接從吸收塔送入飽和罐）。2、開啟飽和泵，開CO2鋼瓶，逐漸開F7使CO2流量在120160l/h，將飽和罐上的放空閥均關(guān)閉，一定時間（約5分鐘），若飽和罐上的壓力表微微有壓力顯示時，說明此飽和罐中的液體已經(jīng)飽和，此時打開飽和罐上的放空閥。關(guān)小F8使CO2流量在3050l/h即可。3、開啟F10，關(guān)閉F11。開啟解吸泵，開啟F13，逐漸調(diào)小F12，使解吸水量維持在一定值（為了與不飽和解吸比較建議在同一水量200l/h）。4、開啟風(fēng)機，開啟F8，調(diào)小F4，使V空氣-2風(fēng)量維持在0.40.5m3/h。5、當(dāng)各流量維持一定時間后（填料塔體積約9升，氣量按0.4m3/h計，全部置換時間約90秒，既按2分鐘為穩(wěn)定時間），可取氣體出口樣品進行分析。6、實驗完畢后，應(yīng)先關(guān)閉CO2鋼瓶總閥，等CO2流量計無流量后，關(guān)閉鋼瓶減壓閥和總閥；停風(fēng)機、飽和泵和解吸泵；使各閥門復(fù)原。五、實驗報告要求1、計算不同條件下的填料吸收塔的液相體積總傳質(zhì)系數(shù)；2、在雙對數(shù)坐標上繪出KXA與水噴淋密度Kmol/m2h之間的關(guān)系圖線；3、計算不飽和液解吸傳質(zhì)系數(shù)；4、計算飽和液解吸傳質(zhì)系數(shù)，與不飽和液解吸比較。原始數(shù)據(jù)記錄、計算結(jié)果表格（參考）：表格1：吸收實驗水溫= 空氣流量= 氣溫= 氣壓= CO2流量= 空氣進口組成=No水Lsl / h氣相組成空氣GaKmol / hxmLsKmol / m2hKxaKmol / m3.h.xm備注y1y21234表格2：解吸實驗水溫= 空氣流量= 氣溫= 氣壓= 空氣進口組成=0No水Lsl / h氣相組成空氣GaKmol / hYmLsKmol / m2hKYaKmol / m3.h.Ym備注y1y21不飽和2飽和六、數(shù)據(jù)調(diào)試計算示例以下是本裝置出廠時所作數(shù)據(jù)，僅作參考。注意：輸入數(shù)據(jù)時，無論從大流量開始還是小流量開始，數(shù)據(jù)輸入均從小流量開始輸入。1、吸收實驗數(shù)據(jù)調(diào)試表塔內(nèi)徑填料高塔橫截面積(m2)填料體積(m3)水溫水密度亨利常數(shù)m1006000.0078540.0047127.8998.8962氣溫氣壓大氣壓氣體實際密度21.54501013001.2713水流量氣相組成空氣流量摩爾流量氣液比摩爾組成NoVsy1y2VBLsGBY1Y2X1l/hm3/hKmol/hE4122014.1110.430.512.210.02180.1640.1160.853240014.118.9190.522.190.02180.1640.0980.651360014.117.8650.533.290.02180.1640.0850.516480014.116.8160.544.390.02180.1640.0730.447吸收量液相平衡組成平均推動力噴淋密度體積傳質(zhì)系數(shù)Gaxe1xe2XmLsKxamol/hE4E4E4Kmol/m2hKmol/m3hxm1.0411.4671.0840.8271155426701.4441.4670.9270.8706282635191.7171.4670.8180.8827423941281.9831.4670.7090.8549565149223、吸收計算示例計算示例：以水量為220l/h為計算示例已知：測得7.8水的密度=999.8 Kg/m3 亨利常數(shù)m=E/P=962/1=962、Ga的計算已知測出：Vs=0.22m3/h，VB=0.5m3/h，y1=14.11及y2=10.43 LsKmol/h=Vs水/M水 =0.22*999.8/18=12.22 kmol/h kg/m3 Y1=y1/(1-y1)=0.1411/(1-0.1411)=0.1643 Y2=y2/(1-y2)=0.1043/(1-0.1043)=0.1164由全塔物料衡算：Ga=Ls(X1-X2)=GB(Y1-Y2) 假定：X2=0，則可計算出Ga和X1 Ga=Ls(X1-X2)=GB(Y1-Y2)=12.22*(X1-0)=0.02176*(0.1643-0.1164)=1.042*10-3 kmol/h X1=8.529*10-5、xm的計算根據(jù)測出的水溫可插值求出亨利常數(shù)Eatm，本實驗為P=1atm 則m=E/P=962 xe2=y2/m=0.1043/962=1.084*10-4 xe1=y1/m=0.1411/962=1.467*10-4 x2=xe2-x2=1.084*10-4-0=1.084*10-4 x1=xe1-x1=1.467*10-4-8.529*10-5=6.141*10-5、吸收體積傳質(zhì)系數(shù) Kmol/h.m3.Xm、噴淋密度說明：手算和程序計算存在誤差。4、解吸計算計算示例：以第1點吸收解吸水量為計算示例已知：測得7.8水的密度=999.8 Kg/m3 亨利常數(shù)m=E/P=962/1=962、Ga的計算已知測出：Vs=0.22m3/h，VB=0.5m3/h，y1=0及y2=4.12% ，X2=0.853*10-4 LsKmol/h=Vs水/M水 =0.22*999.8/18=12.22 kmol/h kg/m3 Y1=y1/(1-y1)=0 Y2=y2/(1-y2)=0.0412/(1-0.0412)=0.04297由全塔物料衡算：Ga=Ls(X2-X1)=GB(Y2-Y1) Y1=0，則可計算出Ga和X1 Ga=Ls(X2-X1)=GB(Y1-Y2)=12.22*(0.853*10-4-X1)=0.02176*(0.04297-0)=9.35*10-4 kmol/h X1=8.70*10-6、xm的計算根據(jù)測出的水溫可插值求出亨利常數(shù)Eatm，本實驗為P=1atm 則m=E/P=962 ye2=m*x2=962*0.853*10-4=0.08205 Ye2=ye2