清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)圓盤塔吸收實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、清華大學(xué)化工實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)圓盤塔吸收實(shí)驗(yàn)報(bào)告化工底子實(shí)驗(yàn)陳訴實(shí)驗(yàn)名稱圓盤塔吸收液膜傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定班級(jí)姓名學(xué)號(hào)結(jié)果實(shí)驗(yàn)時(shí)間同組成員1實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定要領(lǐng)；2、測(cè)定氧解吸塔內(nèi)空塔氣速與液體流量對(duì)傳質(zhì)系數(shù)的影響；3、 掌握氣液吸收歷程液膜傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定要領(lǐng)；4、關(guān)聯(lián)圓盤 塔液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的干系。1.2實(shí)驗(yàn)原理圓盤塔是一種小型實(shí)驗(yàn)室吸收裝置，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，流體在下降吸收歷程中瓜代地進(jìn)行了一系列殽雜和不 穩(wěn)定傳質(zhì)歷程，整個(gè)流程裝置如圖1所示。裝置中的有關(guān)尺寸：圓盤塔中的圓盤為素瓷材質(zhì)，圓盤塔內(nèi) 系一根不銹

2、鋼絲勾通四十個(gè)相互垂直交錯(cuò)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。在圓盤塔中進(jìn)行液膜傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定，液相處于流動(dòng)狀態(tài)， 氣相處于靜止?fàn)顟B(tài)。簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)手段圖圖1圓盤塔 吸收實(shí)驗(yàn)流程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7、U型測(cè)壓管8、圓盤塔9、加熱器10、水飽和器11、鋼瓶12、三通閥13、琵琶型液封器及數(shù)據(jù)處理懲罰，淘汰了操縱歷程產(chǎn)生的誤差。實(shí)驗(yàn)證明， 本要領(lǐng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Stephens-Morris總結(jié)的圓盤塔中的準(zhǔn)數(shù) 關(guān)聯(lián)式相吻合。Sherwood和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：；修正后的舍伍德準(zhǔn)數(shù)

3、;雷諾準(zhǔn)數(shù);施密特準(zhǔn)數(shù);模型參數(shù)，在0. 780. 54之間變革 而Stephens-Morris 總結(jié)圓盤塔中的準(zhǔn)數(shù)干系為：實(shí)驗(yàn)證明，Stephens-Morris 與 Sherwood-1 lo 11 owag 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)與液流速度的干系式極相似。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)氣相采取純氣體，液相采取蒸館水，測(cè)定純系統(tǒng)的 液膜傳質(zhì)系數(shù)，并通過關(guān)聯(lián)液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的干 系，求得模型參數(shù)值?；陔p膜理論：當(dāng)采取純氣體時(shí)，因?yàn)?，所以，即。式中?液膜傳質(zhì)分系數(shù)，

4、;吸收速率，；吸收外貌積，；液相濃度的平均推動(dòng)力，。1.3實(shí)驗(yàn)步調(diào)及注意事項(xiàng)在圓盤塔吸收液膜傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定 實(shí)驗(yàn)中，按如下步調(diào)進(jìn)行操縱：(1) 開啟水泵，讓水布滿高位槽。(2) 開啟加熱設(shè)備以及二氧化碳鋼瓶，將水流量調(diào)治到符合 的范疇內(nèi)，進(jìn)行吸收操縱。（3）打開二氧化碳閥門，向皂泡流量計(jì)中鼓入皂泡，用秒表 丈量皂泡流量計(jì)中皂膜下降牢固長度（實(shí)為體積）的時(shí)間，盤算 出二氧化碳吸收液膜傳質(zhì)系數(shù)。（4）在的水流量范疇中選取5種水流量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每組實(shí) 驗(yàn)丈量3次。（5）利用公式，擬合出參數(shù)的值。（6）使用鋼瓶務(wù)必遵守相關(guān)寧靜操縱規(guī)定，不得急速開關(guān) 閥門，以防損壞設(shè)備。2數(shù)據(jù)記錄原始數(shù)據(jù)記錄如表1所示。表

5、表1圓盤塔吸收實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄表水流量（）體積（）下降時(shí)間（）塔頂水溫（）塔頂氣溫（）塔底水溫（）塔底氣溫（）隔套溫度（）4 24. 00 54.21 21.7 23.9 22.4 24.2 23.9 63. 22 65. 78 624. 00 58 21.6 23.9 22.4 24.4 23.9 61. 15 62.4 8 24. 0056. 06 21. 7 24 22.3 24.5 23.9 57.98 57. 31 10 24. 00 56. 321. 7 24 22. 1 24. 8 24 54. 34 55. 86 12 24. 00 52. 58 21. 7 24. 122.2

6、 24.9 24. 1 52.41 54.813實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論3.1數(shù)據(jù)處理懲罰求算每一水流量下，所測(cè)得三組皂膜下降時(shí)間的平均值，結(jié) 果如表2所示。表表2皂膜平均下降時(shí)間水流量（）4 6 8 10 12皂膜平均下降時(shí)間（）61.07 60. 52 57. 12 55. 50 53. 27下以水流量為實(shí)驗(yàn)組為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理懲罰：（1）盤算純系統(tǒng)的液膜總傳質(zhì)系數(shù)憑據(jù)雙膜理論：,如果已知吸收速率、圓盤塔吸收外貌積和液相濃度的平 均推動(dòng)力，就可以盤算出液膜總傳質(zhì)系數(shù)的值： 盤算吸收速率由于，由此可以得到：所以吸收速率被吸收時(shí)，皂膜近似勻速下降，皂膜內(nèi)的壓力與實(shí)驗(yàn)氣壓相 等，取實(shí)驗(yàn)前后氣壓值的平均數(shù)，

7、即；實(shí)驗(yàn)歷程中所計(jì)量的時(shí)長 始終是皂膜流量計(jì)中皂膜從60. 00 mL刻度下降到84. 00 mL刻 度所經(jīng)歷的時(shí)長，故；摩爾氣體常數(shù)；溫度為皂膜流量計(jì)中 的溫度，即為圓盤塔氣體進(jìn)口處的溫度值。所以對(duì)付水流量為的 情況，可以得到： 盤算圓盤塔吸收外貌積40個(gè)圓盤，每一圓盤的尺寸為直 徑，厚度，為讓最終盤算結(jié)果能提供更多的信息，假設(shè)這兩個(gè) 尺寸都是精確值。故圓盤塔的吸收外貌積為： 盤算液相濃度的平均推動(dòng)力對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力的表達(dá)式為：其中為塔頂以液相濃度體現(xiàn)的傳質(zhì)推動(dòng)力，為塔底以液相 濃度體現(xiàn)的傳質(zhì)推動(dòng)力；、分別為塔頂和塔底的實(shí)際液相濃 度，、分別為與塔頂和塔底氣相平衡的液相濃度。憑據(jù)圓盤塔 吸收的

8、實(shí)際情況，可近似取：微溶于水，在水中的平衡濃度可以用亨利定律描述：其中為溶液的密度，由于溶液濃度低，可以視為純水處理懲 罰；為溶劑水的摩爾質(zhì)量；為水溶液在液相溫度下的亨利系 數(shù)，可以利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)通過曲線擬合的要領(lǐng)得到；為塔頂或塔底 的分壓，為塔頂或塔底水溫對(duì)應(yīng)的水飽和蒸汽壓，可以通過 水的安托因方程得到。表表3水溶液的亨利系數(shù)數(shù)0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 600. 738 0. 888 1.05 1.24 1.44 1.66 1.88 2. 12 2. 36 2. 60 2. 87 3. 46實(shí)驗(yàn)后發(fā)明用二次多項(xiàng)式擬合亨利系數(shù)與溫度的干系 已能到達(dá)讓人滿意的效

9、果，擬合結(jié)果為：水在時(shí)的安托因方程為：所以對(duì)付水流量為的情況，可以得到：所以液相濃度的平均推動(dòng)力為 綜上，純系統(tǒng)的液膜總傳質(zhì)系數(shù)為當(dāng)水流量取其他值時(shí)，液膜總傳質(zhì)系數(shù)的盤算歷程是相同的，將最終盤算結(jié)果匯總于下表：表表4量差別水流量下圓盤塔中的液膜總傳質(zhì)系數(shù)水流量（）4 6 8 10 12 N A ()1.60 1.61 1. 70 1.75 1.82()27.9 30.7 31.7 32.5 32.9 液膜總傳質(zhì)系數(shù) ()2. 77 2. 55 2.61 2.61 2. 69(2)關(guān)聯(lián)液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的干系，盤算模型參數(shù)值 Sherwood 與 Hollowag 將有關(guān)填充塔液膜傳質(zhì)系

10、數(shù)數(shù)據(jù)整理成如下形式:視察上式中的變量，撤除需要關(guān)聯(lián)的液膜總傳質(zhì)系數(shù)和液體 流量，剩下的都是物性參數(shù)（密度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)）和設(shè) 備參數(shù)（平均液流周邊數(shù)）以及重力加快度和方程參數(shù)（方程 系數(shù)、幕指數(shù)）。在本實(shí)驗(yàn)體系里，設(shè)備參數(shù)、重力加快度都 是常數(shù)；Stephens-Morris總結(jié)圓盤塔中的準(zhǔn)數(shù)干系，報(bào)告我們 此方程的方程參數(shù)也是常數(shù)。物性參數(shù)是溫度和壓力的函數(shù)，此 實(shí)驗(yàn)中盡管水流量在變革，但塔頂、塔底的氣溫和水溫都沒有明 顯的變革，可以認(rèn)為上述物性參數(shù)均為常數(shù)。如此可將原關(guān)聯(lián)式 簡(jiǎn)化為：為除和以外的各常數(shù)的函數(shù)。在上式兩邊同取自然對(duì)數(shù)， 可以得到：其中為函數(shù)的截距，是常數(shù)；我們所要求的模型

11、參數(shù)為函 數(shù)的斜率，為求其值，只需在直角坐標(biāo)系中作出散點(diǎn)圖，采取最 小二乘法擬合出上述直線的表達(dá)式，即可得到模型參數(shù) 的值。盤 算對(duì)應(yīng)干系如表5所示。表表5對(duì)應(yīng)干系（撤除量綱）1.39 1.79 2. 08 2. 30 2.48-10. 1 -9. 70 -9.61 -9. 58 -9. 31在直角坐標(biāo)系中作出液相 總傳質(zhì)系數(shù)-液相流量的雙對(duì)數(shù)無量綱散點(diǎn)圖及其擬合直線如 下：由上圖知，自左至右第1個(gè)點(diǎn)誤差較大，應(yīng)予以剔除。剔除 后得到的散點(diǎn)圖及其擬合直線如下：擬合直線的表達(dá)式為：,相干系數(shù)。所以通過實(shí)驗(yàn)確定的模型參數(shù)的值為。若同時(shí)刪去1、4兩組數(shù)據(jù)，由三組數(shù)據(jù)，可以擬合出線性 性較好的直線。如

12、如4所示圖圖2無量綱散點(diǎn)圖及其擬合直線圖圖3無量綱散點(diǎn)圖及其擬合直線（四組數(shù)據(jù)）圖圖4無量綱散點(diǎn)圖及其擬合直線（三組數(shù)據(jù)）此時(shí)擬合直線的表達(dá)式為：,相干系數(shù)。通過這組擬合，實(shí)驗(yàn)確定的模型參數(shù)的值為。3.2結(jié)果結(jié)果闡發(fā)闡發(fā)（1 1 ）實(shí)驗(yàn)結(jié)論匯總圓盤塔中吸收液膜總傳質(zhì)系數(shù)與水流量的干系：表表6量差別水流量下圓盤塔中的液膜總傳質(zhì)系數(shù)水流量（）4 6 8 10 12液膜總傳質(zhì)系數(shù)（）2. 77 2. 55 2. 61 2.61 2. 69 上表所示干系可采取 Sherwood-IIo 11 owag填充塔液膜傳質(zhì)系數(shù)與液相流量關(guān)聯(lián)式進(jìn)行來描述，上表結(jié)果確定該關(guān)聯(lián)式中模型參數(shù)的值為0. 0788 (舍

13、去誤差點(diǎn))o(22)誤差闡發(fā)吸收液膜總傳質(zhì)系數(shù)與水流量的對(duì)應(yīng)數(shù)值沒有步伐直接查 驗(yàn)其公道性，但模型參數(shù)可以間接反應(yīng)出液膜總傳質(zhì)系數(shù)與水 流量 的干系。Sherwood-Hollowag填充塔液膜傳質(zhì)系數(shù)與液相流 量關(guān)聯(lián)式模型給出模型參數(shù)的符合范疇為0.540.78, Stephens-Morris總結(jié)圓盤塔中的 準(zhǔn)數(shù)干系時(shí)，給出對(duì)應(yīng)的模型 參數(shù)的值為0.7；但是本次實(shí)驗(yàn)給出，并不在發(fā)起范疇之內(nèi)。 造成這一差別的原因有許多： 數(shù)據(jù)處理懲罰造成的誤差。為了簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理懲罰的歷 程，在盤算歷程中做了一些假設(shè)和近似，如近似認(rèn)為塔底液相中 的實(shí)際濃度為0,塔頂液相中的實(shí)際濃度為；在求解Sherwood-

14、 Hol lowag 關(guān)聯(lián)式中的模型參數(shù)時(shí)近似認(rèn)為各物性參數(shù)沒有變革，都市對(duì)盤算結(jié)果造成一定的影響。有時(shí)候還要考慮盤算歷程 中數(shù)據(jù)有效數(shù)字位數(shù)的影響。 丈量誤差。丈量流量所使用的皂膜流量計(jì)和秒表都市帶 來可觀的誤差。流量計(jì)中使用的皂液會(huì)對(duì)產(chǎn)生一定的吸收效果， 輕薄易變形的皂膜在下降歷程中會(huì)受到外界情況的一些影響，造 成下降速度不穩(wěn)定，流量計(jì)玻璃管內(nèi)徑也無法包管上下完全一 致。使用秒表計(jì)時(shí)，人為操縱造成的誤差很明顯，這其中包羅開 始計(jì)時(shí)和停止計(jì)時(shí)的人為判斷和反響時(shí)間的差別，有時(shí)這種影響 是比力顯著的。轉(zhuǎn)子流量計(jì)在調(diào)定水流量的時(shí)候也有很大的不確 定因素，在操縱歷程中，水流量會(huì)出現(xiàn)一定的顛簸。本次實(shí)

15、驗(yàn)中，我和同組同學(xué)分別賣力計(jì)時(shí)和開關(guān)，所測(cè)得皂 膜下降時(shí)間變革雖然具有正確的趨勢(shì)（隨流量增大而下降速度提 高，時(shí)間縮短），但整體均保持在60s左右，與助教測(cè)得的時(shí)間 相比，相差很大。如，在最后一組（12L/h）中，我們測(cè)得平均下 降時(shí)間為53.27s,助教測(cè)得16s左右。但在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們 每組的3個(gè)數(shù)據(jù)之間能保持相對(duì)穩(wěn)定。由于實(shí)驗(yàn)結(jié)束經(jīng)助教審查 時(shí)才發(fā)明數(shù)據(jù)整體異常，求得的m參數(shù)也不在公道范疇內(nèi)?？赡?原因之一在于閥門調(diào)治水平不符合，有可能出現(xiàn)左右板閥門沒有 操縱到位的情況；另外，在實(shí)驗(yàn)中途，當(dāng)我們視察到流量計(jì)示數(shù) 變革較明顯、沒能保持在設(shè)定值時(shí)，我們采取立即調(diào)治流量的步 伐，使得實(shí)驗(yàn)中液體流量出現(xiàn)明顯顛簸，這可能是造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果 禁絕的另一原因。4小結(jié)與自評(píng) 通過本次實(shí)驗(yàn)，我和組內(nèi)同學(xué)一起告竣了實(shí) 驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^助教解說，我們復(fù)興了傳質(zhì)系數(shù)的測(cè)定要領(lǐng)；通過 實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了圓盤塔吸收液膜傳質(zhì)系數(shù)，并關(guān)聯(lián)了圓盤塔液膜傳 質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的干系；參考Sherwood-1 Io 11 owag填充塔 液膜傳質(zhì)系數(shù)與液相流量關(guān)聯(lián)式模型，求出參數(shù)。雖然沒有得到 公道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但通過撰寫實(shí)驗(yàn)陳訴并對(duì)其可能原因進(jìn)行闡 發(fā)，能更清晰地認(rèn)識(shí)每步操縱及其所獲取的數(shù)據(jù)的聯(lián)系與意義， 也得到相應(yīng)的收獲。在實(shí)驗(yàn)中