化工基础实验 填料塔液侧传质膜系数.ppt

填料塔液侧传质膜系数的测定预习复习系统预习复习系统n n实验目的实验目的n n实验原理实验原理 n n实验装置实验装置图n n实验步骤实验步骤n n注意事项注意事项n n思考题思考题n n实验数据记录及处理实验数据记录及处理一、实验目的1.掌握气体吸收的基本原理掌握气体吸收的基本原理2.通过本实验测定填料塔的液相传质通过本实验测定填料塔的液相传质膜系数、总传质系数和传质单元高度膜系数、总传质系数和传质单元高度 3.了解传质膜系数与吸收操作条件的关系了解传质膜系数与吸收操作条件的关系二、实验原理1.填料塔填料分类： 散堆填料（拉西环、阶梯环、鲍尔环，矩　　鞍形、环矩鞍）　规整填料（孔板波纹填料、丝网波纹填料）　填料的作用：　　增大汽液接触面积；　　增大汽液接触面的湍动程度．　填料性能评价指标：　　比表面积、空隙率、压降２．２．KLa的确定的确定本实验用水吸收纯本实验用水吸收纯CO2 气膜：气膜： 液膜液膜 ：：以气相分压和液相浓度表示的总速率方程式为：以气相分压和液相浓度表示的总速率方程式为： 若气液相平衡关系遵循亨利定律：若气液相平衡关系遵循亨利定律： 当气膜阻力远大于液膜阻力时，则称气膜传质当气膜阻力远大于液膜阻力时，则称气膜传质控制过程，此时，控制过程，此时， 当液膜阻力远大于气膜阻力时，则称液膜当液膜阻力远大于气膜阻力时，则称液膜传质控制过程，此时，传质控制过程，此时，  由图由图2所示，在逆流接触所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微的填料层内，任意截取一微分段，作吸收质分段，作吸收质A的物料衡的物料衡算可得：算可得： 式中式中 Vs,L—液相体积流量液相体积流量 m3•s-1根据传质速率方程，可写出该微分段的传质速率方程：根据传质速率方程，可写出该微分段的传质速率方程： 联立以上二式可得：联立以上二式可得： a—气液两相有效接触比表面积气液两相有效接触比表面积 m2•m-3S—填料塔的横截面积填料塔的横截面积 m2  已知二氧化碳在常温常压下溶解度教小，因此液相体积已知二氧化碳在常温常压下溶解度教小，因此液相体积流量流量Vs,L可视为定值。

按下列边值条件积分（可视为定值按下列边值条件积分（c）式，可得）式，可得填料层高度的计算式为：填料层高度的计算式为：h=0 h=h HL为液相传质单元高度（为液相传质单元高度（HTU）） NL为传质单元数（为传质单元数（NTU）） 因此： 若气液平衡关系遵循亨利定律，即气液曲线为直线若气液平衡关系遵循亨利定律，即气液曲线为直线时，则（时，则（7）式可用解析法求的填料层高度的计算）式可用解析法求的填料层高度的计算式式 ΔcA,m—液相平均推动力液相平均推动力= H—二氧化碳溶解度系数二氧化碳溶解度系数kmol m-3 Pa-1 p—二氧化碳的压强二氧化碳的压强 Pa因为本实验用纯水吸收纯因为本实验用纯水吸收纯CO2，则，则cA,2 =0, 式中：ρS —水的密度水的密度 kg·m-3 MS—水的摩尔质量水的摩尔质量 kg·mol-1 E—亨利系数亨利系数 Pa因此（因此（9）式可化简为：）式可化简为： 在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即液膜控制过程液膜控制过程对于填料塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素之对于填料塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素之间的关系，曾有不少研究者由实验得出各种关联式。

间的关系，曾有不少研究者由实验得出各种关联式其中其中Sherwood-Holloway得出如下关联式：得出如下关联式：式中：式中：DL—吸收质在水中的扩散系数吸收质在水中的扩散系数 m2·s-1 L—液体质量流速液体质量流速 kg·m-2·s-1 µL—液体粘度液体粘度 Pa·s ρL—液体密度kg·m-3 三、三、验装置图图 图图3 常温、常压下水吸收二氧化碳装置图常温、常压下水吸收二氧化碳装置图1.二氧化碳钢瓶二氧化碳钢瓶 2．减压阀．减压阀 3．二氧化碳流量计．二氧化碳流量计 4．填料．填料塔塔5.滴定计量球滴定计量球 6．压差计．压差计 7．水流量计．水流量计 8．高位水槽．高位水槽实验装置实验装置四、四、实验步骤 1. 关闭出口阀关闭出口阀, 启动泵2.启进水调节阀，水流量可在启进水调节阀，水流量可在10一一50L/h范围内选取范围内选取 一般在一般在 此范围内选取此范围内选取 5 一一 6 个数据点，本实验取个数据点，本实验取10L/h 、、20L/h 、、30L/h、、40L/h、、50L/h。

3.缓慢开启进气调节阀二氧化碳流量一般控制在缓慢开启进气调节阀二氧化碳流量一般控制在0.1m3/h左右为宜左右为宜4.当操作达到定常状态之后，测量塔顶和塔底的水温和当操作达到定常状态之后，测量塔顶和塔底的水温和气温，同时，测定塔底溶液中二氧化碳的含量气温，同时，测定塔底溶液中二氧化碳的含量5. 关泵，停止实验关泵，停止实验溶液中二氧化碳含量的测定方法：溶液中二氧化碳含量的测定方法： 用移液管移取用移液管移取Ba(OH)2溶液溶液10mL,放人三角瓶中，并由塔放人三角瓶中，并由塔底附设的计量管滴人塔底溶液底附设的计量管滴人塔底溶液20mL ，再加人酚酞指示剂数滴，，再加人酚酞指示剂数滴，最后用最后用0.1mol/L盐酸滴定，直至其脱除红色的瞬时为止由空盐酸滴定，直至其脱除红色的瞬时为止由空白实验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧化白实验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：碳的浓度：kmolm-3 式中式中:VHCl为标准盐酸溶液的浓度；为标准盐酸溶液的浓度； VHCl为实际滴定用量，即空白试验用量与滴定试样时为实际滴定用量，即空白试验用量与滴定试样时 用量之差值，用量之差值，mL；； V为塔底溶液采样量为塔底溶液采样量mL 。

六、注意事项n1.调节流量时一定要注意保持高位调节流量时一定要注意保持高位 稳稳 压水槽有适量溢流水流出，以保证水压水槽有适量溢流水流出，以保证水压稳定n2. 数据处理时，气体转子流量计需要数据处理时，气体转子流量计需要进行校正进行校正七、思考题七、思考题n1．如何计算钢瓶内二氧化碳的浓度，．如何计算钢瓶内二氧化碳的浓度， 并写并写出浓度的表达式出浓度的表达式n2．吸收条件对．吸收条件对KLa有何影响，并讨论原因有何影响，并讨论原因1．测量并记录实验基本参数．测量并记录实验基本参数(1)填料柱：填料柱：柱体内径柱体内径 d＝＝0.050 mm 填料型式填料型式 塑料拉西环塑料拉西环填料规格填料规格 d0=8×8×2mm填料层高度填料层高度 h =0.30 mm (2)大气压力：大气压力： p=0.1 MPa(3)室室 温：温： T= ℃ (4)试试 剂：剂： 吸收剂的密度吸收剂的密度 = 998.2 kg/m3 Ba(OH)2溶液浓度溶液浓度 M Ba(OH)2= 用量用量V Ba(OH)2=10ml HCl浓度浓度MHCl= 空白实验空白实验HCl的用量的用量VHCl=19.3ml八、实验记录数据及处理八、实验记录数据及处理2.测定并记录实验数据实验序号序号气气相相塔底温度，塔底温度，T1/°°C塔塔顶温度，温度，T1/°°C塔底塔底压强强，，p/MPa0.10.1CO2流量，流量，Vs,g/ m3•h•h -10.10.1液液相相塔底温度，塔底温度，T1/°°C塔塔顶温度，温度，T1/°°C水的流量，水的流量，Vs,L/L•h•h -110 20 30 40 5010 20 30 40 50塔底采液量，塔底采液量，V/mL20 20 （或（或（或（或1010））））盐酸滴定量，酸滴定量，V/mL11.3 13.3 13.8 14.2 14.711.3 13.3 13.8 14.2 14.7盐酸酸实际用量，用量，V/mL8 6 5.5 5.1 4.68 6 5.5 5.1 4.63.气体流量计的校正4.整理实验数据，并可参考下表做好记录：实验序号气相平均温度，Tg/°C以13°C为例CO2密度，g/kgm-31.811空塔速度，u0/ms-1计算公式液相平均温度，Tl/°C[4]液体密度，L /kgm-3[5]由由13°C的物性数据液体粘度，L/Pas[6]由由13°C的物性数据CO2扩散系数，DL/ m2·s-1[7]由由13°C的物性数据CO2亨利系数E/Pa[8]由由13°C的物性数据CO2溶解度系数H/ kmolm-3 Pa-1[9] 计算公式见下页计算公式见下页体积流率，Vs,L/m3•s-1[10]喷淋密度，W/m3m-2h-1[11]质量流速，L/kgm-2s-1[12]平衡浓度， kmolm-3[13]塔底浓度，cA,1 / kmolm-3[14]平均推动力，ΔcA,m/ kmolm-3[15]液相传质单元高度，HL/m[16]液相传质单元数，N L[17]液相体积传质总系数，KLa/s-1[18]液膜体积传质膜系数，kl a/s-1[19][9][10][11][12][13] [14][15][16][17][18][19]式中：p为CO2的分压（0.1MPa), h为填料层的高度，mW/m3m-2h-1kl a/s-1喷淋密度与液膜体积传质膜系数的关系曲线回归结果：m=0.5677lgA=3.0845 则 A=1214.79回归Sherwood-Holloway关联式：取n=0.5。