化工基礎(chǔ)實驗填料塔液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)

化工基礎(chǔ)實驗填料塔液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)第1頁/共30頁預(yù)習(xí)復(fù)習(xí)系統(tǒng)實驗?zāi)康膶嶒炘?/p>

實驗裝置圖實驗步驟注意事項思考題實驗數(shù)據(jù)記錄及處理第2頁/共30頁一、實驗?zāi)康?.掌握氣體吸收的基本原理2.通過本實驗測定填料塔的液相傳質(zhì)膜系數(shù)、總傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)單元高度

3.了解傳質(zhì)膜系數(shù)與吸收操作條件的關(guān)系第3頁/共30頁二、實驗原理1.填料塔填料分類：散堆填料（拉西環(huán)、階梯環(huán)、鮑爾環(huán)，矩鞍形、環(huán)矩鞍）規(guī)整填料（孔板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料）填料的作用：增大汽液接觸面積；增大汽液接觸面的湍動程度．填料性能評價指標：比表面積、空隙率、壓降第4頁/共30頁第5頁/共30頁第6頁/共30頁第7頁/共30頁第8頁/共30頁２．KLa的確定本實驗用水吸收純CO2

氣膜：

液膜：第9頁/共30頁以氣相分壓和液相濃度表示的總速率方程式為：

若氣液相平衡關(guān)系遵循亨利定律：

當(dāng)氣膜阻力遠大于液膜阻力時，則稱氣膜傳質(zhì)控制過程，此時，

當(dāng)液膜阻力遠大于氣膜阻力時，則稱液膜傳質(zhì)控制過程，此時，第10頁/共30頁

由圖2所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意截取一微分段，作吸收質(zhì)A的物料衡算可得：

式中Vs,L—液相體積流量m3?s-1根據(jù)傳質(zhì)速率方程，可寫出該微分段的傳質(zhì)速率方程：

聯(lián)立以上二式可得：

a—氣液兩相有效接觸比表面積m2?m-3S—填料塔的橫截面積m2

第11頁/共30頁

已知二氧化碳在常溫常壓下溶解度教小，因此液相體積流量Vs,L可視為定值。按下列邊值條件積分（c）式，可得填料層高度的計算式為：h=0

h=h

HL為液相傳質(zhì)單元高度（HTU）

NL為傳質(zhì)單元數(shù)（NTU）

因此：第12頁/共30頁若氣液平衡關(guān)系遵循亨利定律，即氣液曲線為直線時，則（7）式可用解析法求的填料層高度的計算式ΔcA,m—液相平均推動力=

H—二氧化碳溶解度系數(shù)kmolm-3Pa-1p—二氧化碳的壓強Pa因為本實驗用純水吸收純CO2，則cA,2=0,第13頁/共30頁

式中：ρS—水的密度kg·m-3

MS—水的摩爾質(zhì)量kg·mol-1E—亨利系數(shù)Pa因此（9）式可化簡為：

在此情況下，整個傳質(zhì)過程阻力都集中于液膜，即液膜控制過程第14頁/共30頁對于填料塔，液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)與主要影響因素之間的關(guān)系，曾有不少研究者由實驗得出各種關(guān)聯(lián)式。其中Sherwood-Holloway得出如下關(guān)聯(lián)式：式中：DL—吸收質(zhì)在水中的擴散系數(shù)m2·s-1L—液體質(zhì)量流速kg·m-2·s-1μL—液體粘度Pa·sρL—液體密度kg·m-3

應(yīng)注意的是Sherwood-Holloway關(guān)聯(lián)式不是真正的無因次準數(shù)關(guān)聯(lián)式，該式中A、m和n的具體數(shù)值，需在一定條件下由實驗求取。第15頁/共30頁三、驗裝置圖

圖3常溫、常壓下水吸收二氧化碳裝置圖1.二氧化碳鋼瓶2．減壓閥3．二氧化碳流量計4．填料塔5.滴定計量球6．壓差計7．水流量計8．高位水槽第16頁/共30頁實驗裝置第17頁/共30頁四、實驗步驟

1.關(guān)閉出口閥,啟動泵。2.啟進水調(diào)節(jié)閥，水流量可在10一50L/h范圍內(nèi)選取。一般在此范圍內(nèi)選取5一6個數(shù)據(jù)點，本實驗取10L/h、20L/h、30L/h、40L/h、50L/h。3.緩慢開啟進氣調(diào)節(jié)閥。二氧化碳流量一般控制在0.1m3/h左右為宜。4.當(dāng)操作達到定常狀態(tài)之后，測量塔頂和塔底的水溫和氣溫，同時，測定塔底溶液中二氧化碳的含量。5.關(guān)泵，停止實驗。第18頁/共30頁溶液中二氧化碳含量的測定方法：

用移液管移取Ba(OH)2溶液10mL,放人三角瓶中，并由塔底附設(shè)的計量管滴人塔底溶液20mL，再加人酚酞指示劑數(shù)滴，最后用0.1mol/L鹽酸滴定，直至其脫除紅色的瞬時為止。由空白實驗與溶液滴定用量之差值，按下式計算得出溶液中二氧化碳的濃度：kmolm-3

式中:VHCl為標準鹽酸溶液的濃度；

VHCl為實際滴定用量，即空白試驗用量與滴定試樣時用量之差值，mL；

V為塔底溶液采樣量mL。第19頁/共30頁六、注意事項1.調(diào)節(jié)流量時一定要注意保持高位穩(wěn)壓水槽有適量溢流水流出，以保證水壓穩(wěn)定。2.數(shù)據(jù)處理時，氣體轉(zhuǎn)子流量計需要進行校正。第20頁/共30頁七、思考題1．如何計算鋼瓶內(nèi)二氧化碳的濃度，并寫出濃度的表達式。2．吸收條件對KLa有何影響，并討論原因。第21頁/共30頁1．測量并記錄實驗基本參數(shù)(1)填料柱：柱體內(nèi)徑d＝0.050mm填料型式塑料拉西環(huán)填料規(guī)格d0=8×8×2mm填料層高度h=0.30mm(2)大氣壓力：p=0.1MPa(3)室溫：T=℃(4)試劑：吸收劑的密度=998.2kg/m3Ba(OH)2溶液濃度MBa(OH)2=用量VBa(OH)2=10mlHCl濃度MHCl=空白實驗HCl的用量VHCl=19.3ml八、實驗記錄數(shù)據(jù)及處理第22頁/共30頁2.測定并記錄實驗數(shù)據(jù)實驗序號氣相塔底溫度，T1/°C塔頂溫度，T1/°C塔底壓強，p/MPa0.1CO2流量，Vs,g/m3?h-10.1液相塔底溫度，T1/°C塔頂溫度，T1/°C水的流量，Vs,L/L?h-11020304050塔底采液量，V/mL20（或10）鹽酸滴定量，V/mL11.313.313.814.214.7鹽酸實際用量，V/mL865.55.14.6第23頁/共30頁3.氣體流量計的校正第24頁/共30頁4.整理實驗數(shù)據(jù)，并可參考下表做好記錄：實驗序號氣相平均溫度，Tg/°C以13°C為例CO2密度，g/kgm-31.811空塔速度，u0/ms-1計算公式第25頁/共30頁液相平均溫度，Tl/°C[4]液體密度，L/kgm-3[5]由13°C的物性數(shù)據(jù)液體粘度，L/Pas[6]由13°C的物性數(shù)據(jù)CO2擴散系數(shù)，DL/m2·s-1[7]由13°C的物性數(shù)據(jù)CO2亨利系數(shù)E/Pa[8]由13°C的物性數(shù)據(jù)CO2溶解度系數(shù)H/kmolm-3Pa-1[9]

計算公式見下頁體積流率，Vs,L/m3?s-1[10]噴淋密度，W/m3m-2h-1[11]質(zhì)量流速，L/kgm-2s-1[12]平衡濃度，kmolm-3[13]塔底濃度，cA,1/kmolm-3[14]平均推動力，ΔcA,m/kmolm-3[15]液相傳質(zhì)單元高度，HL/m[16]液相傳質(zhì)單元數(shù)，NL[17]液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，KLa/s-1[18]液膜體積傳質(zhì)膜系數(shù)，kla/s-1[19]第26頁/共30頁[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19]式中：p為CO2的分壓（0.1MPa),h為填料