【文章內(nèi)容簡介】 分。本實(shí)驗(yàn)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(yù)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(jì)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(shí)驗(yàn)主要測定Kxa和HOL。1．計(jì)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(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)測得空氣和水的流量，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件（溫度和壓力）和有關(guān)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(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的平衡關(guān)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(shí)驗(yàn)裝置1．裝置流程實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jìn)入氣體中間貯罐，然后再直接進(jìn)入塔底，與水在塔內(nèi)進(jìn)行逆流接觸，進(jìn)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(jì)后放空，由于本實(shí)驗(yàn)為低濃度氣體的吸收，所以熱量交換可略，整個實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jì) 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(jì) 17壓力表 18壓力定值調(diào)節(jié)閥 19空氣壓縮機(jī) 20CO2 鋼瓶 21減壓閥2．主要設(shè)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(jì)；介質(zhì)條 件最大流量最小刻度標(biāo)定介質(zhì)標(biāo)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(jī)：， m3/min；（5）二氧化碳鋼瓶鋼瓶；四、實(shí)驗(yàn)步驟與注意事項(xiàng)（1）熟悉實(shí)驗(yàn)流程及其配套儀器結(jié)構(gòu)、原理、使用方法及其注意事項(xiàng)；（2）打開儀表電源開關(guān)；（3）開啟液體調(diào)節(jié)閥門，讓水進(jìn)入填料塔潤濕填料，仔細(xì)調(diào)節(jié)液體調(diào)節(jié)閥門，使液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)流量穩(wěn)定在某一實(shí)驗(yàn)值。（塔底液封控制：仔細(xì)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(jī)，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(guān)方向與普通閥門的開關(guān)方向相反，順時針為開，逆時針為關(guān)），～；（5）調(diào)節(jié)CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)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(jì)的讀數(shù)，并讀取各溫度讀數(shù)，進(jìn)行取樣并分析出塔頂、塔底氣相組成；（7）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉CO2轉(zhuǎn)子流量計(jì)，液體轉(zhuǎn)子流量計(jì)，再關(guān)閉空壓機(jī)電源開關(guān)，清理實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)場地。 2．注意事項(xiàng)（1）固定好操作點(diǎn)后，應(yīng)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(guān)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(xì)認(rèn)真，這是做好本試驗(yàn)的關(guān)鍵。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理序 號項(xiàng)目12333..0147774567空氣流量計(jì)顯示值，m3/hr計(jì)前表壓，mmH2O溫度，℃CO2流量計(jì)顯示值，m3/hr計(jì)前表壓，mmH2O溫度，℃水量流量計(jì)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(jì)初讀數(shù)終讀數(shù)壓力降，mmH2O溫度，℃1．在雙對數(shù)坐標(biāo)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(guān)系。2． 列出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算示例。六、思考題1．本實(shí)驗(yàn)中，為什么塔底要有液封？液封高度如何計(jì)算？2．測定Kxa有什么工程意義？3．當(dāng)氣體溫度和液體溫度不同時，應(yīng)用什么溫度計(jì)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?xì)饷綦姌O是基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極，實(shí)際上是一種化學(xué)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(kuò)散透過透氣膜，進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(guān)系。為此，可配制一系列已知HCO3－濃度的溶液，測出其相應(yīng)的電動勢，然后把測得的E值對log[HCO3－]值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(或回歸成E與log[HCO3－]的線性關(guān)系)，在同樣條件下測出對應(yīng)于欲測溶液的E值，即可從標(biāo)準(zhǔn)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(jì)(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(jì)。 (2) 裝置流程 CO2氣敏電極測量裝置流程如圖4—34所示。 (3)實(shí)驗(yàn)用藥品 NaCl(分析純)，NaHCO3(分析純)，濃硫酸(化學(xué)純)，檸檬酸三鈉，AgCl晶體。 (4)試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)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活化后的玻璃平板電極用去離子水和電極內(nèi)充液沖洗，套管亦先后用去離子水和電極內(nèi)充液沖洗