13-液液传质系数的测定
7页1、A dt W W WA dt 0 0 0实验五 液液传质系数的测定A 实验目的(1) 掌握用刘易斯池测定液液传质系数的实验方法;(2) 测定醋酸在水与醋酸乙酯中的传质系数;(3) 探讨流动情况、物系性质对液液界面传质的影响机理。B 实验原理实际萃取设备效率的高低,以及怎样才能提高其效率,是人们十分关心的问题。为了解 决这些问题,必须研究影响传质速率的因素和规律,以及探讨传质过程的机理。近几十年来,人们虽已对两相接触界面的动力学状态,物质通过界面的传递机理和相界 面对传递过程的阻力等问题进行了研究,但由于液液间传质过程的复杂性,许多问题还没有 得到满意的解答,有些工程问题不得不借助于实验的方法或凭经验进行处理。工业设备中,常将一种液相以滴状分散于另一液相中进行萃取。但当流体流经填料、筛 板等内部构件时,会引起两相高度的分散和强烈的湍动,传质过程和分子扩散变得复杂,再 加上液滴的凝聚与分散,流体的轴向返混等问题影响传质速率的主要因素,如两相实际接触 面积、传质推动力都难以确定。因此,在实验研究中,常将过程进行分解,采用理想化和模 拟的方法进行处理。1954年刘易斯i(Lewis)提出用一个
2、恒定界面的容器,研究液液传质的 方法,它能在给定界面面积的情况下,分别控制两相的搅拌强度,以造成一个相内全混,界 面无返混的理想流动状况,因而不仅明显地改善了设备内流体力学条件及相际接触状况,而 且不存在因液滴的形成与凝聚而造成端效应的麻烦。本实验即采用改进型的刘易斯池 2 3 进行实验。由于刘易斯池具有恒定界面的特点,当实验在给定搅拌速度及恒定的温度下,测 定两相浓度随时间的变化关系,就可借助物料衡算及速率方程获得传质系数。(1)若溶质在两相的平衡分配系数m可近似地取为常数,则C * =0,C * = mCW m0 W式(1)、(2)中的与值可将实验数据进行曲线拟合然后求导数取得。dt若将实验系统达平衡时的水相浓度C;和有机相浓度Ce替换式、式中的c;和C,则对上两式积分可推出下面的积分式:(4)(5)V C C) dC VCe - C C)w JCww = w ln w w At C (0) Ce C At Ce C C0)w w ww wV fC c)dC VCe C (/)=o J Co vo 二 olno oAt c Co) Ce CAt Ce C C0)0 0 0 0 0以
3、ln C对t作图从斜率也可获得传质系数。求得传质系数后,就可讨论流动情况,物系性质等对传质速率的影响。由于液液相际的 传质远比气液相际的传质复杂,若用双膜模型处理液液相的传质,可假定界面是静止不动 的,在相界面上没有传质阻力,且两相呈平衡状态;紧靠界面两侧是两层滞流液膜;传 质阻力是由界面两侧的两层阻力叠加而成;溶质靠分子扩散进行传递。但结果常出现较大 的偏差,这是由于实际上相界面往往是不平静的,除了主流体中的旋涡分量时常会冲到界面 上外,有时还因为流体流动的不稳定,界面本身也会产生骚动而使传质速率增加好多倍。另 外有微量的表面活性物质的存在又可使传质速率减少。关于产生界面现象和界面不稳定的原 因有关文献已有报道4。大致分为:(1) 界面张力梯度导致的不稳定性。在相界面上由于浓度的不完全均匀,因此界面张力 也有差异。这样,界面附近的流体就开始从张力低的区域向张力较高的区域运动,正是界面 附近界面张力的随机变化导致相界面上发生强烈的旋涡现象。这种现象称为Marangoni效 应。根据物系的性质和操作条件的不同,又可分为规则型和不规则型界面运动。前者是与静 止的液体性质有关,又称Maran
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