圓盤塔二氧化碳吸收液膜傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定

1、.圓盤塔二氧化碳吸收液膜傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定目 錄:一實(shí)驗(yàn)裝置圖二設(shè)備及操作要點(diǎn)三教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理3實(shí)驗(yàn)步驟及方法4數(shù)據(jù)處理四附件1現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試記錄2學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)裝置圖圓盤塔實(shí)驗(yàn)流裝置1貯液罐；2水泵；3高位槽；4流量計(jì)；5皂膜流量計(jì)；6加熱器；7U型測(cè)壓管；8圓盤塔；9加熱器；10水飽和器；11鋼瓶；12三通玻璃活塞；13琵琶形液封器二、設(shè)備及操作要點(diǎn)1.實(shí)驗(yàn)必備品蒸餾水50L一桶；鋼瓶一瓶；皂膜液一小瓶；秒表一只2.開車步驟1).系統(tǒng)用置換35分鐘，2).開啟高位槽進(jìn)水泵，3).根據(jù)設(shè)置操作溫度開啟超級(jí)恒溫槽、氣、液加熱溫控表。3.操作要點(diǎn)1).吸收液由高位槽溢流口開始溢出時(shí)方

2、可進(jìn)行操作。2).調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門，使吸收液的流量穩(wěn)定在設(shè)置值上。3).調(diào)節(jié)氣體和液體及恒溫水槽的加熱溫控儀表，使氣體和液體及恒溫水槽的溫度穩(wěn)定在操作溫度值上，其溫度間的誤差不大于1。4).液相的流量、溫度和氣相溫度和圓盤塔水隔套中的恒溫水溫度達(dá)到設(shè)定值，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，即可進(jìn)行測(cè)定。5).皂膜流量計(jì)鼓泡，皂膜至某一刻度時(shí)，即切換三通閥的導(dǎo)向，（ 直接排空），此時(shí)塔體至皂膜流量計(jì)形成一個(gè)封閉系統(tǒng)，隨著吸收液液膜不斷更新及吸收，塔內(nèi)的體積也隨之變小，皂膜流量計(jì)中的皂膜開始下降，依據(jù)原設(shè)置的要求將體積變化所用的時(shí)間記錄下來，同時(shí)記錄下各處的溫度。測(cè)試一點(diǎn)后即將三通閥恢復(fù)至初始狀態(tài)(進(jìn)入塔體)。6

3、).改變液體流量，繼續(xù)如上的操作，上下行共做9-10次。4.停車步驟1).關(guān)閉水泵及鋼瓶氣源，儀表溫度設(shè)置為室溫。2).切斷總電源。三、教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?傳質(zhì)系數(shù)是氣液吸收過程重要的研究的內(nèi)容，是吸收劑和催化劑等性能評(píng)定、吸收設(shè)備設(shè)計(jì)、放大的關(guān)鍵參數(shù)之一。所以掌握氣液吸收過程液膜傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)求取方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圓盤塔的液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的關(guān)系式，是本實(shí)驗(yàn)的主要目的。2.實(shí)驗(yàn)原理傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法一般有兩類，即靜力法和動(dòng)力法。靜力法是將一定容積的氣體于一定的時(shí)間間隔內(nèi)，在密閉容器中與液體的靜止表面相接觸，根據(jù)氣體容積的變化測(cè)定其吸收速度。此時(shí)液相主體必須在破壞表面的情

4、況下進(jìn)行攪拌，以避免由于在相界面附近飽和程度很高而影響其吸收速度。靜力法的優(yōu)點(diǎn)是能夠了解反應(yīng)過程的機(jī)理，設(shè)備小，操作簡(jiǎn)便，因其研究的情況，如流體力學(xué)條件與工業(yè)設(shè)備中的狀況不盡相似，故吸收系數(shù)的數(shù)值，不宜一次性直接放大。 動(dòng)力法是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，在氣液兩相都處于逆向流動(dòng)狀態(tài)下，測(cè)定其傳質(zhì)系數(shù)。此法能在一定程度上克服上述靜力法的缺點(diǎn)，但所求得的傳質(zhì)系數(shù)只能是平均值，因而無法探討傳質(zhì)過程的機(jī)理。本實(shí)驗(yàn)基于動(dòng)力法的原理，在圓盤塔中進(jìn)行液膜傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定，但又與動(dòng)力法不完全相同。其差異在于液相是處于流動(dòng)狀態(tài)，而氣相在測(cè)試時(shí)處在不流動(dòng)的封閉系統(tǒng)中。對(duì)于這一改進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)手段及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，

5、同時(shí)也減少了操作過程產(chǎn)生的誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Stephens-Morris總結(jié)的圓盤塔中KL的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式相吻合；不足的是只適合在常壓(0.1MPa）測(cè)試條件下進(jìn)行。圓盤塔是一種小型實(shí)驗(yàn)室吸收裝置：Stephens和Morris根據(jù)Higbien的不穩(wěn)定傳質(zhì)理論，認(rèn)為液體從一個(gè)圓盤流至另一個(gè)圓盤，類似于填充塔中液體從一個(gè)填料流至下一個(gè)填料，流體在下降吸收過程中交替地進(jìn)行了一系列混合和不穩(wěn)定傳質(zhì)過程。他們用水吸收純CO2氣體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果是一致的，且與塔高無關(guān)，消除了設(shè)備液膜控制時(shí)，因波紋現(xiàn)象所產(chǎn)生的端末效應(yīng)。Sherwood及Hollowag，將有關(guān)填充塔液膜傳質(zhì)系數(shù)數(shù)據(jù)整理成如下形式：式中 修

6、正修伍德準(zhǔn)數(shù)Sh 雷諾數(shù)Re 許密特準(zhǔn)數(shù)Sc m 系數(shù)，在0.78 0.54之間變化而Stephens-Morris總結(jié)圓盤塔中KL的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為 在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，Stephens-Morris與Sherwood-Hollowag的數(shù)據(jù)極為吻合。這說明Stephens-Morris所創(chuàng)造的小型標(biāo)準(zhǔn)圓盤塔與填充塔的液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速度的關(guān)系式極相似。因此，依靠圓盤塔所測(cè)定的液膜傳質(zhì)系數(shù)可直接用于填充塔設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)氣相是純CO2氣體，液相是蒸餾水，測(cè)定純CO2H2O系統(tǒng)的液膜傳質(zhì)系數(shù)，并通過對(duì)液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的關(guān)系式的計(jì)算，求得系數(shù)m值。基于雙膜理論： 當(dāng)采用純CO2氣體時(shí)，因?yàn)椋裕?/p>

7、即。 式中 液膜傳質(zhì)分系數(shù)， CO2吸收速度，（mol/h); F 吸收表面積，（m2); 液相濃度的平均推動(dòng)力，（mol/m3)。3.實(shí)驗(yàn)步驟及方法采用圓盤塔測(cè)定液膜傳質(zhì)系數(shù)的裝置，如圖所示。液相的流向：貯液罐中的吸收液經(jīng)泵打至高位槽，多余的液體由高位槽溢流口回流到貯液罐，借以維持高位槽液位穩(wěn)定。由高位槽流出的吸收液由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量和恒溫加熱系統(tǒng)加熱至一定溫度，進(jìn)入圓盤塔塔頂?shù)膰娍冢貓A盤流下并在圓盤的表面進(jìn)行氣液傳質(zhì)。出圓盤塔的吸收液由琵琶形液封溢口排出。液相進(jìn)出圓盤塔頂、塔底的溫度由玻璃水銀溫度計(jì)測(cè)得。圓盤塔實(shí)驗(yàn)流裝置1貯液罐；2水泵；3高位槽；4流量計(jì)；5皂膜流量計(jì)；6加

8、熱器；7U型測(cè)壓管；8圓盤塔；9加熱器；10水飽和器；11鋼瓶；12三通玻璃活塞；13琵琶形液封器氣相的流向：純度在99.8以上的CO2由高壓鋼瓶放出，經(jīng)減壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)入水飽和器和恒溫加熱系統(tǒng)，通過三通考克切換進(jìn)入圓盤塔底部。CO2在塔中與自上而下的吸收液逆流接觸，之后從塔頂部出來經(jīng)U型壓力計(jì)至皂膜流量計(jì)排空。具體操作步驟如下：(1) 系統(tǒng)的氣體置換：開啟鋼瓶總閥，調(diào)節(jié)減壓閥使氣體有一個(gè)穩(wěn)定的流量。切換三通考克使氣體進(jìn)入塔底自下而上由塔頂出來，經(jīng)皂膜流量計(jì)后排空。一般經(jīng)10min置換，即可著手進(jìn)行測(cè)定。(2) 開啟超級(jí)恒溫槽，調(diào)節(jié)接觸溫度計(jì)至操作溫度值，由水泵將恒溫水注入圓盤塔的隔套層，使恒溫水

9、不斷地循環(huán)流動(dòng)。(3) 開啟高位槽進(jìn)水泵，當(dāng)吸收液由高位槽溢流口開始溢出時(shí)方可進(jìn)行下述操作。(4) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門，使吸收液的流量穩(wěn)定在設(shè)置值上。(5) 調(diào)節(jié)氣體和液體溫度控制裝置，使氣體和液體溫度穩(wěn)定在操作溫度值上，其氣、液溫度間的誤差不大于1。(6) 調(diào)節(jié)琵琶形液封器，使圓盤塔中心管的液面保持在喇叭口處。(7) 液相的流量、溫度和氣相溫度和圓盤塔水隔套中的恒溫水溫度達(dá)到設(shè)定值，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，即可進(jìn)行測(cè)定，每次重復(fù)做三個(gè)數(shù)據(jù)。(8) 實(shí)驗(yàn)操作是在常壓下以CO2的體積變化來測(cè)定液膜傳質(zhì)系數(shù)。當(dāng)皂膜流量計(jì)鼓泡，皂膜至某一刻度時(shí)，即切換三通考克的導(dǎo)向，（CO2 直接排空），此時(shí)塔體至皂膜流量

10、計(jì)形成一個(gè)封閉系統(tǒng)，隨著吸收液液膜不斷更新，塔內(nèi)CO2的體積也隨之變小，皂膜流量計(jì)中的皂膜開始下降，依據(jù)原設(shè)置的要求將體積變化所用的時(shí)間記錄下來，同時(shí)記錄下各處的溫度。(9) 改變液體流量，繼續(xù)如上的操作，上下行共做910次。4.數(shù)據(jù)處理 （1）液流速率 的計(jì)算： 式中 液體的密度，（Kg/m3）； L 液體的流量，（m3/h）； l 平均液流周邊，（m）。（2）氣體吸收速率 的計(jì)算： 式中 吸收壓力，（Pa）； CO2吸收量，（m3）； S 吸收時(shí)間，（h)； R 氣體常數(shù)，R=8.314； T 吸收溫度，（K）。（3）液相濃度的平均推動(dòng)力 的計(jì)算： 式中 塔頂液相中CO2的平衡濃度與實(shí)測(cè)濃

11、度， 塔底液相中CO2的平衡濃度與實(shí)測(cè)濃度， CO2在塔頂與塔底水中的溶解度系數(shù) ， 塔頂與塔底氣流中CO2的分壓 ( Pa ) 吸收劑的分子量； 亨利系數(shù)，（Pa）（見附表）。液體中進(jìn)出口的CO2實(shí)際濃度為：圓盤塔中的圓盤為素瓷材質(zhì)，圓盤塔內(nèi)系一根不銹鋼絲串連四十個(gè)相互垂直交叉的圓盤而成。每一圓盤的尺寸為直徑，厚度，平均液流周邊數(shù)，吸收面積，圓盤間用502膠水（或環(huán)氧樹脂）粘結(jié)在不銹鋼絲上。附件一、調(diào)試記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表室溫_被吸收氣體 _ 吸收液體 _大氣壓_ 水飽和分壓_序號(hào)序號(hào)液體流量(l/h)CO2吸收量(ml)吸收速率吸收時(shí)間(S)液相溫度()氣相溫度()水夾套溫度()S1S2S3

12、進(jìn)出進(jìn)出進(jìn)出123456789101112附表 二氧化碳與水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)溫度CO2在水中的亨利系數(shù)K×10-6/Pa水的密度/(k g .m-3)水的飽和蒸氣壓p /Pa10105.30999.71223.2011108.86999.61307.5212112.49999.51396.9013116.19999.41491.7314119.94999.21592.2815123.77999.11698.4116127.64998.91811.0617131.58998.81930.1018135.58998.62055.7819139.64998.42188.6520143.73998.22329.5021147.90998.02476.9922152.11997.82633.5323156.37997.62798.7224160.69997.32972.6825165.04997.13156.0926169.4