用瞬間快速反應(yīng)測(cè)定氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù)

1、專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 地點(diǎn)：西七二區(qū)234 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 黃靈仙 成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱： 用瞬間快速反應(yīng)測(cè)定氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù) 實(shí)驗(yàn)類型：工程實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)定氫氧化鈉溶液吸收CO2的氣液相反應(yīng)的總傳質(zhì)系數(shù)KGa及氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù)kGa,kLa。2. 了解傳質(zhì)和反應(yīng)對(duì)吸收過(guò)程控制步驟的影響，并加深對(duì)氣液相反應(yīng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)。二 實(shí)驗(yàn)原理氣液相反應(yīng)過(guò)程是氣相反應(yīng)物進(jìn)入到液相中進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程，整個(gè)過(guò)程是反應(yīng)和傳質(zhì)相結(jié)合的復(fù)雜過(guò)程，研究氣液相反應(yīng)首先必須了解兩相間的傳質(zhì)問(wèn)題。 本實(shí)驗(yàn)選用NaOH溶液吸收CO2的瞬間快反應(yīng)體系，就是要通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)及理

2、論分析獲得有關(guān)傳質(zhì)問(wèn)題的必要信息。 在分批式的攪拌鼓泡釜中，該物系進(jìn)行反應(yīng)吸收時(shí)，化學(xué)計(jì)量式為： CO22NaOH-àNa2CO3H2O （A） （B） （C） （D）yGyLyR0z反應(yīng)面相界面液相本體氣相本體CBPAPAiCAiBA在一定濃度范圍內(nèi)，此反應(yīng)過(guò)程可以近似為瞬間快速反應(yīng)，氣液界面附近的濃度分布如圖1所示，由于A與B一旦接觸就立即完成上述反應(yīng)，使得液側(cè)任一處上A與B都不能同時(shí)存在。于是在離界面某一深度YR處形成一個(gè)反應(yīng)面R；若CB增加，B的擴(kuò)散推動(dòng)力加大，擴(kuò)散速度也增大，結(jié)果使YR減少，當(dāng)CB增加到某一臨界濃度CBC時(shí)，反應(yīng)面將和相界面重合，擴(kuò)散到界面的A瞬間反應(yīng)掉了，

3、此時(shí)CAiPAi0，反應(yīng)吸收過(guò)程為氣膜傳質(zhì)控制，注意，反應(yīng)的進(jìn)行將不影響氣相傳質(zhì)系數(shù)。為什么？隨著吸收過(guò)程的進(jìn)行NaOH（B）最后完全耗盡，此時(shí)成為對(duì)CO2的純物理吸收過(guò)程。圖1 瞬間反應(yīng)氣液相界面附近的濃度分布根據(jù)雙膜理論可以寫出傳質(zhì)方程：氣相： (1)液相： (2)以氣相分壓為推動(dòng)力的總傳質(zhì)方程： (3)式中 PAi=HACAi； PA*=HACA因此有 (4)當(dāng)過(guò)程為瞬時(shí)反應(yīng)吸收時(shí)，反應(yīng)面上CA=PA*=0，kLa隨NaOH的濃度而變化，當(dāng)CB>=CBC時(shí)，為氣膜傳質(zhì)控制，即有 (5)當(dāng)CB-à0時(shí)，成為純物理吸收過(guò)程，則有 (6)現(xiàn)對(duì)CO2作物料衡算，得到： （7）式中

4、；VL釜內(nèi)液體體積 VG通入氣體的流量，假定為常數(shù) 設(shè)釜內(nèi)氣液為全混，則CO2分壓PA=PA出，CO2的吸收速率可以通過(guò)進(jìn)出口CO2的含量改變來(lái)求得，也可以由NaOH的濃度變化求得，本實(shí)驗(yàn)采用后一種方法，用電導(dǎo)法測(cè)得NaOH溶液的電導(dǎo)隨時(shí)間的變化，由下式可以求得轉(zhuǎn)化率X時(shí)間t的曲線。 (8)式中：L0: 起始電導(dǎo)L: 終止時(shí)的電導(dǎo)L：t時(shí)刻的電導(dǎo)由NaOH濃度隨時(shí)間的變化率求得： 由（3）式可求得某一時(shí)刻的KG a，（PA*®0），然后作KG aCB的關(guān)系圖，如圖2所示意。CBCCB0(KG a)2(KG a)1KG a圖2 KG a隨CB的變化根據(jù)上述分析，有圖2可求得 kG a=

5、(KG a)1 即得kG a和 kLa值，考慮溶液中電解質(zhì)的影響，CO2在溶液中的亨利常數(shù)取HA=32.25atm*l/gmol三 實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)步驟1. 實(shí)驗(yàn)流程：1 CO2鋼瓶 2轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3壓縮機(jī) 4氣體混合器 5攪拌鼓泡釜6電導(dǎo)率儀 7記錄儀 8攪拌馬達(dá) 9馬達(dá)調(diào)速器 10差壓計(jì)2. 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 投放2L濃度0.1N的NaOH溶液入攪拌釜內(nèi)，開(kāi)動(dòng)馬達(dá)，待混合均勻后，即可開(kāi)啟電導(dǎo)率儀和記錄儀，記下初始電導(dǎo)值L0。（2） 調(diào)節(jié)流量計(jì)，開(kāi)始通氣（先調(diào)好空氣流量，再開(kāi)CO2鋼瓶，緩慢打開(kāi)CO2流量計(jì)）。（3） 待記錄儀上指示濃度（電導(dǎo)率）不下降時(shí)，可以停止實(shí)驗(yàn)。（4） 關(guān)閉電導(dǎo)儀和記錄

6、儀，切斷電源，然后放掉液體，用水清洗攪拌釜。（5） 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。四 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果1. 原始數(shù)據(jù)P大氣壓= 761.88 mmHgT室= 25.0 Lo(mm)L(mm)P(mmHg)氣體流量NaOH溶液備注Vair(l/min)VCO2(l/min)V(l)CBO(mol×l-1)0.61420.29961249.567.01.6720.042. 數(shù)據(jù)處理計(jì)算思路：用公式求出X，用ORIGIN作X-圖：利用ORIGIN的數(shù)學(xué)工具微分得X/：用公式求出NAa；用公式求出PA；用公式CB=(1-X)CB0求出CB；用公式求出KGa?，F(xiàn)將結(jié)果列表如下：(s)XX/NAa(mol/l

7、×min)PA(Pa)CB(mol/l)KGa(mol/l×min×atm)183100320100018010.001130.00135632005.9745200.0042928451770.9931972790.001130.00135632005.974520.0002721090.0042928451740.9931972790.001130.00135632005.974520.0002721090.0042928451710.9863945580.001130.00135632005.974520.0005442180.0042928451680.9

8、8639455800320100.00054421801650.9863945580.001130.00135632005.974520.0005442180.0042928451620.9795918370.001130.00135632005.974520.0008163270.0042928451590.9795918370.001130.00135632005.974520.0008163270.0042928451560.9727891160.001130.00135632005.974520.0010884350.0042928451530.9727891160.001130.00

9、135632005.974520.0010884350.0042928451500.9659863950.002270.00272432001.913410.0013605440.0086247751470.9591836730.001130.00135632005.974520.0016326530.0042928451440.9591836730.001130.00135632005.974520.0016326530.0042928451410.9523809520.002270.00272432001.913410.0019047620.0086247751380.9455782310

10、.001130.00135632005.974520.0021768710.0042928451350.9455782310.001130.00135632005.974520.0021768710.0042928451320.938775510.002270.00272432001.913410.002448980.0086247751290.9319727890.002270.00272432001.913410.0027210880.0086247751260.9251700680.001130.00135632005.974520.0029931970.0042928451230.92

11、51700680.001130.00135632005.974520.0029931970.0042928451200.9183673470.002270.00272432001.913410.0032653060.0086247751170.9115646260.002270.00272432001.913410.0035374150.0086247751140.9047619050.001130.00135632005.974520.0038095240.0042928451110.90476190500320100.00380952401080.9047619050.001130.001

12、35632005.974520.0038095240.0042928451050.8979591840.002270.00272432001.913410.0040816330.0086247751020.8911564630.002270.00272432001.913410.0043537410.008624775990.8843537410.001130.00135632005.974520.004625850.004292845960.8843537410.001130.00135632005.974520.004625850.004292845930.877551020.002270

13、.00272432001.913410.0048979590.008624775900.8707482990.002270.00272432001.913410.0051700680.008624775870.8639455780.00340.0040831997.887930.0054421770.01291979840.8503401360.00340.0040831997.887930.0059863950.01291979810.8435374150.005670.00680431989.801340.0062585030.021551097780.8163265310.007940.

14、00952831981.714740.0073469390.030186768750.7959183670.007940.00952831981.714740.0081632650.030186768720.7687074830.009070.01088431977.689260.0092517010.03448721690.7414965990.01020.0122431973.663780.0103401360.038788736660.7074829930.01020.0122431973.663780.011700680.038788736630.6802721090.007940.0

15、0952831981.714740.0127891160.030186768600.6598639460.01020.0122431973.663780.0136054420.038788736570.6190476190.012470.01496431965.577190.0152380950.047433128540.5850340140.01020.0122431973.663780.0165986390.038788736510.5578231290.011340.01360831969.602670.0176870750.043129426480.5170068030.01020.0

16、122431973.663780.0193197280.038788736450.4965986390.01020.0122431973.663780.0201360540.038788736420.4557823130.011340.01360831969.602670.0217687070.043129426390.4285714290.011340.01360831969.602670.0228571430.043129426360.3877551020.01020.0122431973.663780.0244897960.038788736330.3673469390.01020.01

17、22431973.663780.0253061220.038788736300.3265306120.012470.01496431965.577190.0269387760.047433128270.2925170070.011340.01360831969.602670.028299320.043129426240.2585034010.01020.0122431973.663780.0296598640.038788736210.2312925170.011340.01360831969.602670.0307482990.043129426180.190476190.011340.01

18、360831969.602670.0323809520.043129426150.1632653060.011340.01360831969.602670.0334693880.043129426120.122448980.011340.01360831969.602670.0351020410.04312942690.0952380950.01020.0122431973.663780.0361904760.03878873660.061224490.011340.01360831969.602670.037551020.04312942630.0272108840.01020.0122431973.663780.0389115650.038788736000.009070.01088431977.689260.040.03448721五 計(jì)算與