试验二化学吸取系统气液平衡数据的测定
试验目的
化学吸取是工业气体净化和回收常用的方法，为了从合成氨原料气、自然气、热电厂尾
气、石灰窑尾气等工业气体中脱除CO
2
、HS、SO
2 2
等酸性气体，各种催化热钾碱吸取法和
有机胺溶液吸取法被广泛承受。在化学吸取过程的开发中，相平衡数据的测定必不行少，由于它是工艺计算和设备设计的重要根底数据。由于在这类系统的相平衡中既涉及化学平衡又涉及溶解平衡，其气液平衡数据不能用亨利定律简洁描述，也很难用热力学理论准确推想，
必需依靠试验。本试验承受气相内循环动态法测定CO
2
—乙醇胺〔MEA〕水溶液系统的气
液平衡数据，拟到达如下目的：
把握气相内循环动态法快速测定气液相平衡数据的试验技术。
学会通过相平衡数据的比照，优选吸取力量大，净化度高的化学吸取剂。
加深对化学吸取相平衡理论的理解，学会用试验数据检验理论模型，建立有效的相平衡关联式。
试验原理
气液相平衡数据的试验测定是化学吸取过程开发中必不行少的一项工作，也是评价和筛选化学吸取剂的重要依据。气液平衡数据供给了两个重要的信息，一是气体的溶解度，二是气体平衡分压。从工业应用的角度看，溶解度表达了溶液对气体的吸取力量，吸取力量越大，吸取操作所需的溶液循环量越小，能耗越低。平衡分压反映了溶液对原料气的净化力量，平衡分压越低，对原料气的极限净化度越高。因此，从热力学角度看，一共性能优良的吸取剂应具备两个特征，一是对气体的溶解度大，二是气体的平衡分压低。
由热力学理论可知，一个化学吸取过程到达相平衡就意味着系统中的化学反响和物理溶解均到达平衡状态。假设将平衡过程表示为：
A〔气〕
‖
A〔液〕+B〔液〕=M〔液〕定义：m为液相反响物B的初始浓度〔mol/l〕；
为平衡时溶液的饱和度，其定义式为：
??以反响产物M形式存在的A组分的浓度
液相反响物B的初始浓度m
a 为平衡时组分A的物理溶解量。
则平衡时，被吸取组分A在液相中的总溶解量为物理溶解量a与化学反响量m?之和，
由化学平衡和溶解平衡的关系联立求解，进而可求得气相平衡分压p?与?和m的关系：
A
在乙醇胺〔MEA〕水溶液吸取CO
2
系统中，主要存在如下过程：
溶解过程： CO
2
〔g〕=CO2
〔l〕 〔1〕
反响过程：??0.5时， CO
(l)?2RNH?RNH??RNCOO?
2 2
〔2〕
??0.5时， RNCOO
本试验仅争论??0.5时的状况。
?CO
2
?2H
O?RNH?
2 2
?2HCO?
3
〔3〕
当??0.5时，由式〔1〕和式〔2〕可知，平衡时液相中各组分的浓度分别为：
??RNH??m?1?2??，[RNH
?
?]?m?，[RNCOO ?]?m?，?CO
2
??a
2
其中，??
RNCOO
??，m?RNH 〔即MEA〕的初始浓度。
m
? ??
? ??
RNH? R
NCOO?
m?2
?K? 2? ? ? ? ?
?
〔4〕
a?RNH2 a (1?2 )2
又由式〔1〕CO
2
的溶解平衡可得：
p? ?H?a 〔5〕
CO
2
将式〔5〕代入式〔4〕，可得：
H ? ? ?2
p? ? ?m?? ? 〔6〕
CO2 K
?1?2??
可见，当温度和MEA初浓度m肯定时，将式〔6〕取对数，则p?
CO
与? (1?2?)成线
2
性关系。假设将不同温度和MEA 初始浓度m 条件下，试验测定的平衡分压
p? 与溶液饱和度
CO
2
?按式〔6〕拟合，便可得到相平衡关系。
C预习与思考
本试验的目的是什么？
一共性能优良的吸取剂，在相平衡性能上应当具有哪些特征？为什么？
化学吸取为什么能提高溶液的吸取力量，降低气体的平衡分压？
本试验装置为什么不适宜测定CO
2
分压很低
〔p
CO2
5
?7?10?4MPa 〕时的相平衡数据？
4
3
1 2 7
6
8
9
14 15
11
10
Air
假设气相色谱不能准确分析气相样品中水分
的含量，可实行什么方法来测定或估算水蒸气分压？
D试验装置及流程
测定装置见图2–3。平衡室是一个容积为200ml带有视镜的压力管〔类似于高压流量计〕，平衡室的上方有一个容积为250ml的气相空间，用以增加气相的贮量，减小气相取样分析对系统的干扰。
12 操作时，肯定量的液体和气体