用瞬間快速反應(yīng)測(cè)定氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù)(共9頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 地點(diǎn)：西七二區(qū)234 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：反應(yīng)器設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 黃靈仙 成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱： 用瞬間快速反應(yīng)測(cè)定氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù) 實(shí)驗(yàn)類型：工程實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測(cè)定氫氧化鈉溶液吸收CO2的氣液相反應(yīng)的總傳質(zhì)系數(shù)KGa及氣膜和液膜傳質(zhì)系數(shù)kGa,kLa。2. 了解傳質(zhì)和反應(yīng)對(duì)吸收過程控制步驟的影響，并加深對(duì)氣液相反應(yīng)過程的認(rèn)識(shí)。二 實(shí)驗(yàn)原理氣液相反應(yīng)過程是氣相反應(yīng)物進(jìn)入到液相中進(jìn)行的反應(yīng)過程，整個(gè)過程是反應(yīng)和傳質(zhì)相結(jié)合的復(fù)雜過程，研究氣液相反應(yīng)首先必須了解兩相間的傳質(zhì)問題。 本實(shí)驗(yàn)選用NaOH溶液吸收CO2的瞬間快反應(yīng)體系

2、，就是要通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)及理論分析獲得有關(guān)傳質(zhì)問題的必要信息。 在分批式的攪拌鼓泡釜中，該物系進(jìn)行反應(yīng)吸收時(shí)，化學(xué)計(jì)量式為： CO22NaOH-àNa2CO3H2O （A） （B） （C） （D）yGyLyR0z反應(yīng)面相界面液相本體氣相本體CBPAPAiCAiBA在一定濃度范圍內(nèi)，此反應(yīng)過程可以近似為瞬間快速反應(yīng)，氣液界面附近的濃度分布如圖1所示，由于A與B一旦接觸就立即完成上述反應(yīng)，使得液側(cè)任一處上A與B都不能同時(shí)存在。于是在離界面某一深度YR處形成一個(gè)反應(yīng)面R；若CB增加，B的擴(kuò)散推動(dòng)力加大，擴(kuò)散速度也增大，結(jié)果使YR減少，當(dāng)CB增加到某一臨界濃度CBC時(shí)，反應(yīng)面將和相界面重合，擴(kuò)

3、散到界面的A瞬間反應(yīng)掉了，此時(shí)CAiPAi0，反應(yīng)吸收過程為氣膜傳質(zhì)控制，注意，反應(yīng)的進(jìn)行將不影響氣相傳質(zhì)系數(shù)。為什么？隨著吸收過程的進(jìn)行NaOH（B）最后完全耗盡，此時(shí)成為對(duì)CO2的純物理吸收過程。圖1 瞬間反應(yīng)氣液相界面附近的濃度分布根據(jù)雙膜理論可以寫出傳質(zhì)方程：氣相： (1)液相： (2)以氣相分壓為推動(dòng)力的總傳質(zhì)方程： (3)式中 PAi=HACAi； PA*=HACA因此有 (4)當(dāng)過程為瞬時(shí)反應(yīng)吸收時(shí)，反應(yīng)面上CA=PA*=0，kLa隨NaOH的濃度而變化，當(dāng)CB>=CBC時(shí)，為氣膜傳質(zhì)控制，即有 (5)當(dāng)CB-à0時(shí)，成為純物理吸收過程，則有 (6)現(xiàn)對(duì)CO2作物

4、料衡算，得到： （7）式中；VL釜內(nèi)液體體積 VG通入氣體的流量，假定為常數(shù) 設(shè)釜內(nèi)氣液為全混，則CO2分壓PA=PA出，CO2的吸收速率可以通過進(jìn)出口CO2的含量改變來(lái)求得，也可以由NaOH的濃度變化求得，本實(shí)驗(yàn)采用后一種方法，用電導(dǎo)法測(cè)得NaOH溶液的電導(dǎo)隨時(shí)間的變化，由下式可以求得轉(zhuǎn)化率X時(shí)間t的曲線。 (8)式中：L0: 起始電導(dǎo)L: 終止時(shí)的電導(dǎo)L：t時(shí)刻的電導(dǎo)由NaOH濃度隨時(shí)間的變化率求得： 由（3）式可求得某一時(shí)刻的KG a，（PA*®0），然后作KG aCB的關(guān)系圖，如圖2所示意。CBCCB0(KG a)2(KG a)1KG a圖2 KG a隨CB的變化根據(jù)上述分析

5、，有圖2可求得 kG a=(KG a)1 即得kG a和 kLa值，考慮溶液中電解質(zhì)的影響，CO2在溶液中的亨利常數(shù)取HA=32.25atm*l/gmol三 實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)步驟1. 實(shí)驗(yàn)流程：1 CO2鋼瓶 2轉(zhuǎn)子流量計(jì) 3壓縮機(jī) 4氣體混合器 5攪拌鼓泡釜6電導(dǎo)率儀 7記錄儀 8攪拌馬達(dá) 9馬達(dá)調(diào)速器 10差壓計(jì)2. 實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 投放2L濃度0.1N的NaOH溶液入攪拌釜內(nèi)，開動(dòng)馬達(dá)，待混合均勻后，即可開啟電導(dǎo)率儀和記錄儀，記下初始電導(dǎo)值L0。（2） 調(diào)節(jié)流量計(jì)，開始通氣（先調(diào)好空氣流量，再開CO2鋼瓶，緩慢打開CO2流量計(jì)）。（3） 待記錄儀上指示濃度（電導(dǎo)率）不下降時(shí)，可以停止實(shí)驗(yàn)

6、。（4） 關(guān)閉電導(dǎo)儀和記錄儀，切斷電源，然后放掉液體，用水清洗攪拌釜。（5） 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。四 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果1. 原始數(shù)據(jù)P大氣壓= 761.88 mmHgT室= 25.0 Lo(mm)L(mm)P(mmHg)氣體流量NaOH溶液備注Vair(l/min)VCO2(l/min)V(l)CBO(mol×l-1)0.61420.29961249.567.01.6720.042. 數(shù)據(jù)處理計(jì)算思路：用公式求出X，用ORIGIN作X-圖：利用ORIGIN的數(shù)學(xué)工具微分得X/：用公式求出NAa；用公式求出PA；用公式CB=(1-X)CB0求出CB；用公式求出KGa?，F(xiàn)將結(jié)果列表如下：(s

7、)XX/NAa(mol/l×min)PA(Pa)CB(mol/l)KGa(mol/l×min×atm)183100320100018010.001130.32005.9745200.1770.0.001130.32005.974520.0.1740.0.001130.32005.974520.0.1710.0.001130.32005.974520.0.1680.00320100.01650.0.001130.32005.974520.0.1620.0.001130.32005.974520.0.1590.0.001130.32005.974520.0.1560.

8、0.001130.32005.974520.0.1530.0.001130.32005.974520.0.1500.0.002270.32001.913410.0.1470.0.001130.32005.974520.0.1440.0.001130.32005.974520.0.1410.0.002270.32001.913410.0.1380.0.001130.32005.974520.0.1350.0.001130.32005.974520.0.1320.0.002270.32001.913410.0.1290.0.002270.32001.913410.0.1260.0.001130.3

9、2005.974520.0.1230.0.001130.32005.974520.0.1200.0.002270.32001.913410.0.1170.0.002270.32001.913410.0.1140.0.001130.32005.974520.0.1110.00320100.01080.0.001130.32005.974520.0.1050.0.002270.32001.913410.0.1020.0.002270.32001.913410.0.990.0.001130.32005.974520.0.960.0.001130.32005.974520.0.930.0.002270

10、.32001.913410.0.900.0.002270.32001.913410.0.870.0.00340.0040831997.887930.0.840.0.00340.0040831997.887930.0.810.0.005670.31989.801340.0.780.0.007940.31981.714740.0.750.0.007940.31981.714740.0.720.0.009070.31977.689260.0.690.0.01020.0122431973.663780.0.660.0.01020.0122431973.663780.0.630.0.007940.319

11、81.714740.0.600.0.01020.0122431973.663780.0.570.0.012470.31965.577190.0.540.0.01020.0122431973.663780.0.510.0.011340.31969.602670.0.480.0.01020.0122431973.663780.0.450.0.01020.0122431973.663780.0.420.0.011340.31969.602670.0.390.0.011340.31969.602670.0.360.0.01020.0122431973.663780.0.330.0.01020.0122

12、431973.663780.0.300.0.012470.31965.577190.0.270.0.011340.31969.602670.0.240.0.01020.0122431973.663780.0.210.0.011340.31969.602670.0.180.0.011340.31969.602670.0.150.0.011340.31969.602670.0.120.0.011340.31969.602670.0.90.0.01020.0122431973.663780.0.60.0.011340.31969.602670.0.30.0.01020.0122431973.6637

13、80.0.000.009070.31977.689260.040.五 計(jì)算與討論基于上表數(shù)據(jù)作圖如下：可以得到再根據(jù)：，HA=32.25atm*l/gmol， 得：六思考題1. 什么是瞬間氣液反應(yīng)的臨界濃度CBC？為什么在CB>=CBC時(shí)KG a=kG a？答：當(dāng)CB增加到某一臨界濃度CBC時(shí)，反應(yīng)面將和相界面重合，即擴(kuò)散到界面的A瞬間會(huì)被反應(yīng)掉。 當(dāng)CB>=CBC時(shí)，相界面即成為反應(yīng)面，反應(yīng)吸收過程為氣膜傳質(zhì)控制，即此時(shí)有KG a=kG a。2. 當(dāng)CB<CBC，CB=0時(shí)，其吸收速率式分別為什么形式？答：當(dāng)CB<CBC ，其中；當(dāng)CB=0，。3. 為什么可以假設(shè)kG a在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中保持不變？答：kG a是氣膜傳質(zhì)系數(shù)，其數(shù)值大小與參與傳質(zhì)過程的氣體和液體的有關(guān)參數(shù)相關(guān)。而在本實(shí)驗(yàn)過程中，氣相和液相的接觸方式以及氣體流速都沒有發(fā)生變化，故認(rèn)為kG a在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中保持不變是合理的。4. 雙膜理論應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)中有何缺陷？答：雙膜理論的主要論點(diǎn)之一是：