【文章內(nèi)容簡介】 基本原理氣體吸收是典型的傳質(zhì)過程之一。由于CO2氣體無味、無毒、廉價，所以氣體吸收實驗常選擇CO2作為溶質(zhì)組分。本實驗采用水吸收空氣中的CO2組分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使預先將一定量的CO2氣體通入空氣中混合以提高空氣中的CO2濃度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的計算方法可按低濃度來處理，并且此體系CO2氣體的解吸過程屬于液膜控制。因此，本實驗主要測定Kxa和HOL。1．計算公式填料層高度Z為 式中： L 液體通過塔截面的摩爾流量，kmol / (m2s)； Kxa 以△X為推動力的液相總體積傳質(zhì)系數(shù)，kmol / (m3s)； HOL 液相總傳質(zhì)單元高度，m； NOL 液相總傳質(zhì)單元數(shù)，無因次。令：吸收因數(shù)A=L/mG 2．測定方法（1）空氣流量和水流量的測定本實驗采用轉(zhuǎn)子流量計測得空氣和水的流量，并根據(jù)實驗條件（溫度和壓力）和有關公式換算成空氣和水的摩爾流量。（2）測定填料層高度Z和塔徑D；（3）測定塔頂和塔底氣相組成y1和y2；（4）平衡關系。本實驗的平衡關系可寫成y = mx  式中： m 相平衡常數(shù)，m=E/P； E 亨利系數(shù)，E＝f(t)，Pa，根據(jù)液相溫度由附錄查得； P 總壓，Pa，取1atm。對清水而言，x2=0,由全塔物料衡算可得x1 。三、實驗裝置1．裝置流程實驗裝置如圖1所示。本實驗裝置流程：由自來水來的水經(jīng)離心泵加壓后送入填料塔塔頂經(jīng)噴頭噴淋在填料頂層。由壓縮機送來的空氣和由二氧化碳鋼瓶來的二氧化碳混合后，一起進入氣體中間貯罐，然后再直接進入塔底，與水在塔內(nèi)進行逆流接觸，進行質(zhì)量和熱量的交換，由塔頂出來的尾氣經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計后放空，由于本實驗為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實驗過程看成是等溫操作。圖1 吸收裝置流程圖 2手閥 3取樣口 4排氣口 5取樣口 6有機玻璃塔節(jié) 7噴淋頭 8壓力表 9氣體流量調(diào)節(jié)閥門10氣體轉(zhuǎn)子流量計 11氣體取樣口 12氣體溫度傳感器 13儀表控制箱 14液體溫度傳感器 15液體流量調(diào)節(jié)閥 16液體轉(zhuǎn)子流量計 17壓力表 18壓力定值調(diào)節(jié)閥 19空氣壓縮機 20CO2 鋼瓶 21減壓閥2．主要設備（1）吸收塔：高效填料塔，塔徑100mm，塔內(nèi)裝有金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，填料層總高度1200mm。塔頂有液體初始分布器，塔中部有液體再分布器，塔底部有柵板式填料支承裝置。填料塔底部有液封裝置，以避免氣體泄漏。（2）填料：金屬絲網(wǎng)板波紋規(guī)整填料，規(guī)格：Φ100100。（3）轉(zhuǎn)子流量計；介質(zhì)條 件最大流量最小刻度標定介質(zhì)標定條件空氣4m3/h m3/h空氣20℃ 105PaCO2250 L/h25 L/h空氣20℃ 105Pa水600L/h60 L/h水20℃ 105Pa（4）空壓機：， m3/min；（5）二氧化碳鋼瓶鋼瓶；四、實驗步驟與注意事項（1）熟悉實驗流程及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項；（2）打開儀表電源開關；（3）開啟液體調(diào)節(jié)閥門，讓水進入填料塔潤濕填料，仔細調(diào)節(jié)液體調(diào)節(jié)閥門，使液體轉(zhuǎn)子流量計流量穩(wěn)定在某一實驗值。（塔底液封控制：仔細調(diào)節(jié)閥門2的開度，使塔底液位緩慢地在一段區(qū)間內(nèi)變化，以免塔底液封過高溢滿或過低而泄氣；（4）啟動空壓機，打開CO2鋼瓶總閥，并緩慢調(diào)節(jié)鋼瓶的減壓閥（注意減壓閥的開關方向與普通閥門的開關方向相反，順時針為開，逆時針為關），～；（5）調(diào)節(jié)CO2轉(zhuǎn)子流量計的流量，使其穩(wěn)定在某一值；（6）待塔操作穩(wěn)定后，讀取各流量計的讀數(shù)，并讀取各溫度讀數(shù)，進行取樣并分析出塔頂、塔底氣相組成；（7）實驗完畢，關閉CO2轉(zhuǎn)子流量計，液體轉(zhuǎn)子流量計，再關閉空壓機電源開關，清理實驗儀器和實驗場地。 2．注意事項（1）固定好操作點后，應隨時注意調(diào)整以保持各量不變。（2）在填料塔操作條件改變后，需要有較長的穩(wěn)定時間，一定要等到穩(wěn)定以后方能讀取有關數(shù)據(jù)。（3）由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析組成時一定要仔細認真，這是做好本試驗的關鍵。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理序 號項目12333..0147774567空氣流量計顯示值，m3/hr計前表壓，mmH2O溫度，℃CO2流量計顯示值，m3/hr計前表壓，mmH2O溫度，℃水量流量計顯示值，m3/hr溫度，℃壓力大氣壓，kPa塔頂表壓，mmH2O填料層表壓，mmH2O濕式流量計初讀數(shù)終讀數(shù)壓力降，mmH2O溫度，℃1．在雙對數(shù)坐標紙上繪圖表示二氧化碳解吸時體積傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)單元高度與氣體流量的關系。2． 列出實驗結(jié)果與計算示例。六、思考題1．本實驗中，為什么塔底要有液封？液封高度如何計算？2．測定Kxa有什么工程意義？3．當氣體溫度和液體溫度不同時，應用什么溫度計算亨利系數(shù)？附：二氧化碳液相濃度的氣敏電極分析法1．原理 二氧化碳氣敏電極是基于界面化學反應的敏化電極，實際上是一種化學電池，它以平板玻璃電極為指示電極Ag—AgCl為外參比電極，這對電極組裝在一個套管中，管中盛有電解質(zhì)溶液(電極內(nèi)充液)，管底部緊靠選擇性電極敏感膜。裝有透氣膜使電解液與外部試液隔開，如圖4—33所示。
圖4—33 CO2氣敏電極示意圖測定試液中CO2時，向試液中加入適量的酸，使HCO3－轉(zhuǎn)化成CO2氣體，CO2氣體擴散透過透氣膜，進入氣敏電極的敏感膜與透氣膜間的極薄液層內(nèi)，使得NaHCO3電解質(zhì)溶液平衡發(fā)生移動，由玻璃電極測得其pH值的變化，從而間接測得試液中CO2濃度。 CO2氣敏電極與Ag—AgCl電極組成如下工作電池： 根據(jù)理論分析，此時電池的電動勢為 E＝K—（／F）1og[HCO3] （4 190。190。 30） 可見，在一定的實驗條件下，溶液中HCO3－濃度的對數(shù)值與電池的電動勢E成線性關系。為此，可配制一系列已知HCO3－濃度的溶液，測出其相應的電動勢，然后把測得的E值對log[HCO3－]值繪制標準曲線(或回歸成E與log[HCO3－]的線性關系)，在同樣條件下測出對應于欲測溶液的E值，即可從標準曲線上查得試液中的[HCO3－](或由回歸方程求得)。 2．測試裝置與方法 (1)測試儀器 PHS—3C型酸度計(上海雷磁分析儀器廠)。 502型CO2氣敏電極(江蘇電分析儀器廠)。 501型超級恒溫槽。 電磁攪拌器，玻璃夾套杯。50℃精密溫度計。 (2) 裝置流程 CO2氣敏電極測量裝置流程如圖4—34所示。 (3)實驗用藥品 NaCl(分析純)，NaHCO3(分析純)，濃硫酸(化學純)，檸檬酸三鈉，AgCl晶體。 (4)試驗方法 （i）溶液配制 ①電極內(nèi)充液 (室溫干燥24h)(100℃干燥)，溶于AgCI飽和液中。配制成1000ml溶液。 圖4－34 ②NaHCO3標準液 (室溫干燥24h)．溶于去離子水中,井稀釋成1000ml，即成101mol/L溶液,然后逐級稀釋成102～106mol/L的NaHCO3標準液。 ③ 量取98％，用水稀釋成1000mL即可配得。 ④ ，溶于1000ml水中。 （ii）電極預處理 ①取出玻璃平板電極浸泡在去離子水中，活化24h以上。但要注意，Ag—AgCI電極在活化時不要浸入水中。 ②活