一、实验目的
1、了解吸收与解吸装置的设备结构、流程和操作；
2、学会吸收塔传质系数的测定方法；了解气速和喷淋密度对吸收总传质系数的影响；
3、学会解吸塔传质系数的测定方法；了解影响解吸传质系数的因数；
4、练习单个吸收操作、单个饱和液解吸操作及吸收解吸联合操作。
二、实验原理
㈠、吸收实验
根据传质速率方程，在假定Kxa为常数、等温、低吸收率[或低浓、难溶等] 条件下推导得出吸收速率方程：
Ga=Kxa·V·Δxm
则： Kxa=Ga/(V·Δxm)
式中：Kxa——体积传质系数 [kmolCO2/m3hrΔxm]
Ga——填料塔的吸收量 [Kmol CO2/hr] V——填料层的体积 [m3]
Δxm——填料塔的平均推动力
1、Ga的计算
已知可测出：Vs[m3/h]、VB[m3/h]由转子流量计测得，y1及y2（可由谱直接读出） Ls[Kmol/h]=Vs×ρ水/M水
标定情况：T0=273+20 P0=101325 ρ0=1.205
测定情况：T1=273+t1 P1=101325+ΔP×13.6
因此可计算出LS、GB。又由全塔物料衡算：Ga=Ls(X1-X2)=GB(Y1-Y2)
且认为吸收剂自来水中不含CO2，则X2=0，则可计算出Ga和X1
2、Δxm的计算
根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm]，本实验为P=1[atm] 则 m=E/P
[附]不同温度下CO2——H2O的亨利常数
温度（t） | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
E(大气压) | 877 | 1040 | 1220 | 1420 | 1640 | 1860 |
| | | | | | |
㈡、解吸实验
根据传质速率方程，在假定KYa为常数、等温、低解吸率[或低浓、难溶等] 条件下推导得出解吸速率方程：
Ga=KYa·V·ΔYm
则： KYa=Ga/(V·ΔYm)
式中：KYa——体积解吸系数 [kmolCO2/m3hrΔYm]
Ga——填料塔的解吸量 [Kmol CO2/hr]
V——填料层的体积 [m3]
ΔYm——填料塔的平均推动力
1、Ga的计算
已知可测出：Vs[m3/h]、VB[m3/h]由转子流量计测得，y1及y2（可由谱直接读出）
Ls[Kmol/h]=Vs×ρ水/M水
标定情况：T0=273+20 P0=101325 ρ0=1.205
测定情况：T1=273+t1 P1=101325+ΔP×13.6
因此可计算出LS、GB。又由全塔物料衡算：Ga=Ls(X1-X2)=GB(Y1-Y2)
且认为空气中不含CO2，则y2=0；又因为进塔液体中X1有两种情况，一是直接将吸收后的液体用于解吸，则其浓度即为前吸收计算出来的实际浓度X1；二是只作解吸实验，可将CO2用文丘里吸碳器充分溶解在液体中，可近似形成该温度下的饱和浓度，其X1*可由亨利定律求算出：
则可计算出Ga和X2
2、ΔYm的计算
根据测出的水温可插值求出亨利常数E[atm]，本实验为P=1[atm] 则 m=E/P
根据
三、实验装置
本实验是在填料塔中用水吸收空气和CO2混合气中的CO2，和用空气解吸水中的CO2以求取填料塔的吸收传质系数和解吸系数。流程描述如下：
空气：空气来自风机，经测温测压，一路经流量计V空气-1与来自流量计VCO2-1的CO2气混合后进入填料吸收塔底部，与塔顶喷淋下来的吸收剂（水）逆流接触吸收，吸收后的尾气排入大气；另一路经流量计V空气-2进入填料解吸塔底部，与塔顶喷淋下来的含CO2水溶液逆流接触进行解吸，解吸后的尾气排入大气。
CO2：钢瓶中的CO2经根部阀、减压阀、针型调节阀，一路经流量计VCO2-1进入吸收塔；另一路经流量计VCO2-2进入文丘里吸碳器与饱和罐中的循环水充分混合可形成饱和CO2水溶液。
水： 吸收用水来自自来水，经转子流量计V水-1送入吸收塔顶，吸收液自塔底，一是若只作吸收实验，直接经F2流经倒U管排入地沟；二是吸收液可经F3流入饱和罐且充满。若做吸收—解吸联合操作实验，可开启解吸泵，将溶液经转子流量计V水-2送入解吸塔顶，经解吸后的溶液从解吸塔底经F11流经倒U管排入地沟。若做饱和液解吸实验，此时可关闭流入饱和罐的进水（或溶液）阀F3，打开饱和泵，打开VCO2-2使CO2气流入文丘里吸碳器，一定时间后，使饱和罐内的溶液饱和，开启解吸泵，使饱和溶液经转子流量计V水-2送入解吸塔顶，经解吸后的溶液从解吸塔底经F10再流入饱和罐循环使用。
取样：在吸收塔气相进出口管上设有取样点，在解吸塔气体出口有取样点，样气从取样口由取样管取出后在气相谱仪上进行二氧化碳含量分析。
其主要设备、仪表参数如下
填料塔：塔内径100 mm；填料层高600 mm；填料为陶瓷拉西环；丝网除沫
风机、泵：旋涡气泵120W；解吸泵与饱和泵为增压泵260W
饱和罐：不锈钢φ250，高400
温度：Pt100传感器，数显
压力：±1500PaU形管，膜盒压力表0—1500Pa
转子流量计：水LZB—25 100—1000 l/h
气LZB—6 100—1000 l/h
LZB—4 16—160 l/h
四、实验方法及注意事项
实验前检查阀门，应该F2、F4、F11、F12全开，其它全关。
㈠、单独吸收实验
1、接通自来水，F3关闭，F2是全开的。开启水流量调节阀F1到第一个流量(建议从大流量开始作，最后是小流量，便于作解吸实验)。让水直接从吸收塔底经倒U管流入地沟。
2、启动风机，逐渐关小F4，调节F5使V空气-1风量到预定值0.4～0.5[m3/h]。实验过程中维持此风量不变。
3、再打开CO2钢瓶总阀，微开减压阀，调节F6使CO2流量在120～160[l/h]。实验过程中维持此流量不变。
4、当各流量维持一定时间后（填料塔体积约9升，气量按0.4[m3/h]计，全部置换时间约90秒，既按2分钟为稳定时间），可取进出口样品进行分析。
5、调节水量（建议按200、400、600、800此水量调节)进行实验，每个水量稳定后（气量和CO2流量在整个实验中维持不变，因此进口样不需再取），只取出口气样进行分析。
6、实验完毕后，应先关闭CO2钢瓶总阀，等CO2流量计无流量后，关闭减压阀和流量阀F6。停风机。关闭水流量F1，关闭自来水上水。
㈡、吸收解吸联合实验
1、在吸收实验维持水量最小时，出塔液体中CO2的浓度最大，此时解吸效果较好，因此建议在水量200[l/h]吸收实验点时，同时作解吸实验；
2、维持吸收水量200[l/h]吸收实验点时，全开F3，关闭F2，使吸收塔底部的出水流入饱和罐中；直到饱和罐中水位一定（满时有溢流）时。
3、F11是全开的，开解吸泵，全开F13，逐渐关闭F12，使解吸塔流量也维持在200[l/h]。解吸塔底部出液由塔底的倒U管直接排入地沟。
4、开启F8，调小F4，使V空气-2风量维持在0.4～0.5[m3/h]，并注意保持V空气-1风量维持不变。
5、当各流量维持一定时间后（填料塔体积约9升，气量按0.4[m3/h]计，全部置换时间约90秒，既按2分钟为稳定时间），可取气体出口样品进行分析。
6、实验完毕，可先关吸收塔水、气，再关解吸塔水、气。最后将饱和罐中的水保留，以便下边的单独解吸实验操作。
㈢、单独解吸实验
1、在单独解吸实验时，因液体中CO2浓度未知，因此我们需要做饱和液体，只要测得液体温度，即可根据亨利定律求得其饱和浓度。所以，需要在饱和罐中制作饱和液。在上面实验结束时，在饱和罐中有不饱和的液体（若没有作吸收解吸实验，可将水直接从吸收塔送入饱和罐）。
2、开启饱和泵，开CO2钢瓶，逐渐开F7使CO2流量在120～160[l/h]，将饱和罐上的放空阀均关闭，一定时间（约5分钟），若饱和罐上的压力表微微有压力显示时，说明此饱和罐中的液体已经饱和，此时打开饱和罐上的放空阀。关小F8使CO2流量在30～50[l/h]即可。
3、开启F10，关闭F11。开启解吸泵，开启F13，逐渐调小F12，使解吸水量维持在一定值
（为了与不饱和解吸比较建议在同一水量200[l/h]）。
4、开启风机，开启F8，调小F4，使V空气-2风量维持在0.4～0.5[m3/h]。
5、当各流量维持一定时间后（填料塔体积约9升，气量按0.4[m3/h]计，全部置换时间约90秒，既按2分钟为稳定时间），可取气体出口样品进行分析。
6、实验完毕后，应先关闭CO2钢瓶总阀，等CO2流量计无流量后，关闭钢瓶减压阀和总阀；停风机、饱和泵和解吸泵；使各阀门复原。
五、实验报告要求
1、计算不同条件下的填料吸收塔的液相体积总传质系数；
2、在双对数坐标上绘出KXA与水喷淋密度[Kmol/m2h]之间的关系图线；
3、计算不饱和液解吸传质系数；
4、计算饱和液解吸传质系数，与不饱和液解吸比较。
原始数据记录、计算结果表格（参考）：
表格1：吸收实验
水温= 空气流量= 气温= 气压= CO2流量= 空气进口组成=
No | 水Ls l / h | 气相组成 | 空气Ga Kmol / h | Δxm | L’s Kmol / m2h | Kxa Kmol / m3.h.Δxm | 备注 |
y1 | y2 |
1 | | | | | | | | |
2 | | | | | | | | |
喷淋吸收塔3 | | | | | | | | |
4 | | | | | | | | |
| | | | | | | | |
表格2：解吸实验
水温= 空气流量= 气温= 气压= 空气进口组成=0
No | 水Ls l / h | 气相组成 | 空气Ga Kmol / h | ΔYm | L’s Kmol / m2h | KYa Kmol / m3.h.ΔYm | 备注 |
y1 | y2 |
1 | | | | | | | | 不饱和 |
2 | | | | | | | | 饱和 |
| | | | | | | | |
六、数据调试计算示例
以下是本装置出厂时所作数据，仅作参考。
注意：输入数据时，无论从大流量开始还是小流量开始，数据输入均从小流量开始输入。
1、吸收实验数据调试表
塔内径 | 填料高 | 塔横截面积(m2) | 填料体积(m3) | 水温 | 水密度 | 亨利常数m |
100 | 600 | 0.007854 | 0.004712 | 7.8 | 998.8 | 962 |
| | | | | | | | | | | |
气温 | 气压 | 大气压 | 气体实际密度 |
21.5 | 450 | 101300 | 1.2713 |
| | | |
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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