化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 填料液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)

1、1.掌握氣體吸收的基本原理掌握氣體吸收的基本原理2.通過本實(shí)驗(yàn)測(cè)定填料塔的液相傳質(zhì)通過本實(shí)驗(yàn)測(cè)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)了解傳質(zhì)膜系數(shù)與吸收操作條件的關(guān)系系本實(shí)驗(yàn)用水吸收純本實(shí)驗(yàn)用水吸收純co2 氣膜：氣膜： )(aiagappakg液膜液膜 ：)(aialaccakg以氣相分壓和液相濃度表示的總速率方程式為：以氣相分壓和液相濃度表示的總速率方程式為： )(aagappakg)(aalaccakg若氣液相平衡關(guān)系遵循亨利定律：若氣液相平衡關(guān)系遵循亨利定律： aahpclgghkkk111lglkkhk

2、11 當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則稱氣膜傳質(zhì)當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則稱氣膜傳質(zhì)控制過程，此時(shí)，控制過程，此時(shí)，ggkk 當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則稱液膜當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則稱液膜傳質(zhì)控制過程，此時(shí)，傳質(zhì)控制過程，此時(shí)， llkk 由圖由圖2所示，在逆流接觸所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意截取一微的填料層內(nèi)，任意截取一微分段，作吸收質(zhì)分段，作吸收質(zhì)a的物料衡的物料衡算可得：算可得： alsadcvdg,式中式中 vs,l液相體積流量液相體積流量 m3s-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：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： asdhcckdgaa

3、la)(聯(lián)立以上二式可得：聯(lián)立以上二式可得： aaallsccdcaskvdh,a氣液兩相有效接觸比表面積氣液兩相有效接觸比表面積 m2m-3s填料塔的橫截面積填料塔的橫截面積 m2 已知二氧化碳在常溫常壓下溶解度教小，因此液相體積已知二氧化碳在常溫常壓下溶解度教小，因此液相體積流量流量vs,l可視為定值。按下列邊值條件積分（可視為定值。按下列邊值條件積分（c）式，可得）式，可得填料層高度的計(jì)算式為：填料層高度的計(jì)算式為：2,aacc1 ,aacc h=0 h=h 1 ,2,aaccaaallsccdcaskvh askvhllsl, hl為液相傳質(zhì)單元高度（為液相傳質(zhì)單元高度（htu） 1

4、,2,aaccaaalccdcnnl為傳質(zhì)單元數(shù)（為傳質(zhì)單元數(shù)（ntu） 因此： llnhh若氣液平衡關(guān)系遵循亨利定律，即氣液曲線為直線若氣液平衡關(guān)系遵循亨利定律，即氣液曲線為直線時(shí)，則（時(shí)，則（7）式可用解析法求的填料層高度的計(jì)算）式可用解析法求的填料層高度的計(jì)算式式 maaallscccaskvh,2,1 ,ca,m液相平均推動(dòng)力液相平均推動(dòng)力2,1 ,2,1 ,lnaaaamaccccc=1 ,1 ,2 ,2 ,1 ,1 ,2 ,2 ,ln)()(aaaaaaaacccccccc h二氧化碳溶解度系數(shù)二氧化碳溶解度系數(shù)kmol m-3 pa-1 p二氧化碳的壓強(qiáng)二氧化碳的壓強(qiáng) pahpc

5、ccaaa2,1 ,因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)用純水吸收純因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)用純水吸收純co2，則，則ca,2 =0,emhss1 式中：s 水的密度水的密度 kgm-3 ms水的摩爾質(zhì)量水的摩爾質(zhì)量 kgmol-1 e亨利系數(shù)亨利系數(shù) pa因此（因此（9）式可化簡(jiǎn)為：）式可化簡(jiǎn)為：1 ,1 ,1 ,lnaaaamaccccc 在此情況下，整個(gè)傳質(zhì)過程阻力都集中于液膜，即在此情況下，整個(gè)傳質(zhì)過程阻力都集中于液膜，即液膜控制過程液膜控制過程maaalsllccchsvakak,2,1 ,對(duì)于填料塔，液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)與主要影響因素之對(duì)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(shí)驗(yàn)得出各種關(guān)聯(lián)

6、式。間的關(guān)系，曾有不少研究者由實(shí)驗(yàn)得出各種關(guān)聯(lián)式。其中其中sherwood-holloway得出如下關(guān)聯(lián)式：得出如下關(guān)聯(lián)式：nlllmllldladak)()(式中：式中：dl吸收質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)吸收質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù) m2s-1 l液體質(zhì)量流速液體質(zhì)量流速 kgm-2s-1 l液體粘度液體粘度 pas l液體密度kgm-3 應(yīng)應(yīng)注意注意的是的是sherwood-holloway關(guān)聯(lián)式不是真正的關(guān)聯(lián)式不是真正的無因次準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，該式中無因次準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，該式中a、m和和n的具體數(shù)值，需在的具體數(shù)值，需在一定條件下由實(shí)驗(yàn)求取。一定條件下由實(shí)驗(yàn)求取。 圖圖3 常溫、常壓下水吸收二氧化碳裝置圖常溫、

7、常壓下水吸收二氧化碳裝置圖1.二氧化碳鋼瓶二氧化碳鋼瓶 2減壓閥減壓閥 3二氧化碳流量計(jì)二氧化碳流量計(jì) 4填料填料塔塔5.滴定計(jì)量球滴定計(jì)量球 6壓差計(jì)壓差計(jì) 7水流量計(jì)水流量計(jì) 8高位水槽高位水槽1. 關(guān)閉出口閥關(guān)閉出口閥, 啟動(dòng)泵。啟動(dòng)泵。2.啟進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，水流量可在啟進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，水流量可在10一一50l/h范圍內(nèi)選取。范圍內(nèi)選取。 一般在一般在 此范圍內(nèi)選取此范圍內(nèi)選取 5 一一 6 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)取個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)取10l/h 、20l/h 、30l/h、40l/h、50l/h。3.緩慢開啟進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥。二氧化碳流量一般控制在緩慢開啟進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥。二氧化碳流量一般控制在0.1m3/h左右

8、為宜。左右為宜。4.當(dāng)操作達(dá)到定常狀態(tài)之后，測(cè)量塔頂和塔底的水溫和當(dāng)操作達(dá)到定常狀態(tài)之后，測(cè)量塔頂和塔底的水溫和氣溫，同時(shí)，測(cè)定塔底溶液中二氧化碳的含量。氣溫，同時(shí)，測(cè)定塔底溶液中二氧化碳的含量。5. 關(guān)泵，停止實(shí)驗(yàn)。關(guān)泵，停止實(shí)驗(yàn)。溶液中二氧化碳含量的測(cè)定方法：溶液中二氧化碳含量的測(cè)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，并由塔底附設(shè)的計(jì)量管滴人塔底溶液底附設(shè)的計(jì)量管滴人塔底溶液20ml ，再加人酚酞指示劑數(shù)滴，再加人酚酞指示劑數(shù)滴，最后用，最后用0.1mol/l鹽酸滴定，直至其脫除紅色的瞬時(shí)為止。由鹽酸滴定，直至其脫除紅色的瞬時(shí)為

9、止。由空白實(shí)驗(yàn)與溶液滴定用量之差值，按下式計(jì)算得出溶液中二氧空白實(shí)驗(yàn)與溶液滴定用量之差值，按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳的濃度：化碳的濃度：vvmchclhcla2kmolm-3 式中式中:vhcl為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的濃度；為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的濃度； vhcl為實(shí)際滴定用量，即空白試驗(yàn)用量與滴定試樣時(shí)為實(shí)際滴定用量，即空白試驗(yàn)用量與滴定試樣時(shí) 用量之差值，用量之差值，ml； v為塔底溶液采樣量為塔底溶液采樣量ml 。 n1.調(diào)節(jié)流量時(shí)一定要注意保持高位調(diào)節(jié)流量時(shí)一定要注意保持高位 穩(wěn)穩(wěn) 壓水槽有適量溢流水流出，以保證水壓水槽有適量溢流水流出，以保證水壓穩(wěn)定。壓穩(wěn)定。n2. 數(shù)據(jù)處理時(shí)，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)需要

10、數(shù)據(jù)處理時(shí)，氣體轉(zhuǎn)子流量計(jì)需要進(jìn)行校正。進(jìn)行校正。n1如何計(jì)算鋼瓶?jī)?nèi)二氧化碳的濃度，如何計(jì)算鋼瓶?jī)?nèi)二氧化碳的濃度， 并寫并寫出濃度的表達(dá)式。出濃度的表達(dá)式。n2吸收條件對(duì)吸收條件對(duì)有何影響，并討論原因。有何影響，并討論原因。1測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)(1)填料柱：填料柱：柱體內(nèi)徑柱體內(nèi)徑 d0.050 mm 填料型式填料型式 塑料拉西環(huán)塑料拉西環(huán)填料規(guī)格填料規(guī)格 d0=882mm填料層高度填料層高度 h =0.30 mm (2)大氣壓力：大氣壓力： p=0.1 mpa(3)室室 溫：溫： t= (4)試試 劑：劑： 吸收劑的密度吸收劑的密度 = 998.2 kg/m3 ba

11、(oh)2溶液濃度溶液濃度 m ba(oh)2= 用量用量v ba(oh)2=10ml hcl濃度濃度mhcl= 空白實(shí)驗(yàn)空白實(shí)驗(yàn)hcl的用量的用量vhcl=19.3ml八、實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)及處理八、實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)及處理2.測(cè)定并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)序號(hào)氣氣相相塔底溫度，塔底溫度，t1/c塔頂溫度，塔頂溫度，t1/c塔底壓強(qiáng)，塔底壓強(qiáng)，p/mpaco2流量，流量，vs,g/ m3h h -1液液相相塔底溫度，塔底溫度，t1/c塔頂溫度，塔頂溫度，t1/c水的流量，水的流量，vs,l/lh h -1塔底采液量，塔底采液量，v/ml鹽酸滴定量，鹽酸滴定量，v/ml鹽酸實(shí)際用量，鹽酸實(shí)際用量，v/ml

12、22,covcovqq空氣空氣)20273(29rprtpm空氣)13273(442rprtpmco)20273(44)13273(2922,covcovqq空氣空氣6433. 01 . 02,covq3.氣體流量計(jì)的校正4.整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可參考下表做好記錄：實(shí)驗(yàn)序號(hào)氣相平均溫度，tg/c以13c為例co2密度，g/kgm-31.811空塔速度，u0/ms-1計(jì)算公式)13273(442rprtpmco2,0360042dqucov液相平均溫度，tl/c4液體密度，l /kgm-3513c的物性數(shù)據(jù)液體粘度，l/pas613c的物性數(shù)據(jù)co2擴(kuò)散系數(shù)，dl/ m2s-1713c的物性數(shù)據(jù)co

13、2亨利系數(shù)e/pa813c的物性數(shù)據(jù)co2溶解度系數(shù)h/ kmolm-3 pa-19體積流率，vs,l/m3s-110噴淋密度，w/m3m-2h-111質(zhì)量流速，l/kgm-2s-112平衡濃度， kmolm-313塔底濃度，ca,1 / kmolm-314平均推動(dòng)力，ca,m/ kmolm-315液相傳質(zhì)單元高度，hl/m16液相傳質(zhì)單元數(shù)，n l17液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，kla/s-118液膜體積傳質(zhì)膜系數(shù)，kl a/s-119ac9emhss1103600103,0lsqu1123,1000104dqwls123600wll13 14vvmchclhcla2epmcssa151 ,*a1 ,lnaaamaccccc161 ,amalchch171819ma