化工基础实验 填料液侧传质膜系数

1、1.掌握气体吸收的基本原理掌握气体吸收的基本原理2.通过本实验测定填料塔的液相传质通过本实验测定填料塔的液相传质膜系数、总传质系数和传质单元高度膜系数、总传质系数和传质单元高度 3.了解传质膜系数与吸收操作条件的关了解传质膜系数与吸收操作条件的关系系本实验用水吸收纯本实验用水吸收纯co2 气膜：气膜： )(aiagappakg液膜液膜 ：)(aialaccakg以气相分压和液相浓度表示的总速率方程式为：以气相分压和液相浓度表示的总速率方程式为： )(aagappakg)(aalaccakg若气液相平衡关系遵循亨利定律：若气液相平衡关系遵循亨利定律： aahpclgghkkk111lglkkhk

2、11 当气膜阻力远大于液膜阻力时，则称气膜传质当气膜阻力远大于液膜阻力时，则称气膜传质控制过程，此时，控制过程，此时，ggkk 当液膜阻力远大于气膜阻力时，则称液膜当液膜阻力远大于气膜阻力时，则称液膜传质控制过程，此时，传质控制过程，此时， llkk 由图由图2所示，在逆流接触所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微的填料层内，任意截取一微分段，作吸收质分段，作吸收质a的物料衡的物料衡算可得：算可得： alsadcvdg,式中式中 vs,l液相体积流量液相体积流量 m3s-1根据传质速率方程，可写出该微分段的传质速率方程：根据传质速率方程，可写出该微分段的传质速率方程： asdhcckdgaa

3、la)(联立以上二式可得：联立以上二式可得： aaallsccdcaskvdh,a气液两相有效接触比表面积气液两相有效接触比表面积 m2m-3s填料塔的横截面积填料塔的横截面积 m2 已知二氧化碳在常温常压下溶解度教小，因此液相体积已知二氧化碳在常温常压下溶解度教小，因此液相体积流量流量vs,l可视为定值。按下列边值条件积分（可视为定值。按下列边值条件积分（c）式，可得）式，可得填料层高度的计算式为：填料层高度的计算式为：2,aacc1 ,aacc h=0 h=h 1 ,2,aaccaaallsccdcaskvh askvhllsl, hl为液相传质单元高度（为液相传质单元高度（htu） 1

4、,2,aaccaaalccdcnnl为传质单元数（为传质单元数（ntu） 因此： llnhh若气液平衡关系遵循亨利定律，即气液曲线为直线若气液平衡关系遵循亨利定律，即气液曲线为直线时，则（时，则（7）式可用解析法求的填料层高度的计算）式可用解析法求的填料层高度的计算式式 maaallscccaskvh,2,1 ,ca,m液相平均推动力液相平均推动力2,1 ,2,1 ,lnaaaamaccccc=1 ,1 ,2 ,2 ,1 ,1 ,2 ,2 ,ln)()(aaaaaaaacccccccc h二氧化碳溶解度系数二氧化碳溶解度系数kmol m-3 pa-1 p二氧化碳的压强二氧化碳的压强 pahpc

5、ccaaa2,1 ,因为本实验用纯水吸收纯因为本实验用纯水吸收纯co2，则，则ca,2 =0,emhss1 式中：s 水的密度水的密度 kgm-3 ms水的摩尔质量水的摩尔质量 kgmol-1 e亨利系数亨利系数 pa因此（因此（9）式可化简为：）式可化简为：1 ,1 ,1 ,lnaaaamaccccc 在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即液膜控制过程液膜控制过程maaalsllccchsvakak,2,1 ,对于填料塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素之对于填料塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素之间的关系，曾有不少研究者由实验得出各种关联

6、式。间的关系，曾有不少研究者由实验得出各种关联式。其中其中sherwood-holloway得出如下关联式：得出如下关联式：nlllmllldladak)()(式中：式中：dl吸收质在水中的扩散系数吸收质在水中的扩散系数 m2s-1 l液体质量流速液体质量流速 kgm-2s-1 l液体粘度液体粘度 pas l液体密度kgm-3 应应注意注意的是的是sherwood-holloway关联式不是真正的关联式不是真正的无因次准数关联式，该式中无因次准数关联式，该式中a、m和和n的具体数值，需在的具体数值，需在一定条件下由实验求取。一定条件下由实验求取。 图图3 常温、常压下水吸收二氧化碳装置图常温、

7、常压下水吸收二氧化碳装置图1.二氧化碳钢瓶二氧化碳钢瓶 2减压阀减压阀 3二氧化碳流量计二氧化碳流量计 4填料填料塔塔5.滴定计量球滴定计量球 6压差计压差计 7水流量计水流量计 8高位水槽高位水槽1. 关闭出口阀关闭出口阀, 启动泵。启动泵。2.启进水调节阀，水流量可在启进水调节阀，水流量可在10一一50l/h范围内选取。范围内选取。 一般在一般在 此范围内选取此范围内选取 5 一一 6 个数据点，本实验取个数据点，本实验取10l/h 、20l/h 、30l/h、40l/h、50l/h。3.缓慢开启进气调节阀。二氧化碳流量一般控制在缓慢开启进气调节阀。二氧化碳流量一般控制在0.1m3/h左右

8、为宜。左右为宜。4.当操作达到定常状态之后，测量塔顶和塔底的水温和当操作达到定常状态之后，测量塔顶和塔底的水温和气温，同时，测定塔底溶液中二氧化碳的含量。气温，同时，测定塔底溶液中二氧化碳的含量。5. 关泵，停止实验。关泵，停止实验。溶液中二氧化碳含量的测定方法：溶液中二氧化碳含量的测定方法： 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，并由塔底附设的计量管滴人塔底溶液底附设的计量管滴人塔底溶液20ml ，再加人酚酞指示剂数滴，再加人酚酞指示剂数滴，最后用，最后用0.1mol/l盐酸滴定，直至其脱除红色的瞬时为止。由盐酸滴定，直至其脱除红色的瞬时为

9、止。由空白实验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧空白实验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：化碳的浓度：vvmchclhcla2kmolm-3 式中式中:vhcl为标准盐酸溶液的浓度；为标准盐酸溶液的浓度； vhcl为实际滴定用量，即空白试验用量与滴定试样时为实际滴定用量，即空白试验用量与滴定试样时 用量之差值，用量之差值，ml； v为塔底溶液采样量为塔底溶液采样量ml 。 n1.调节流量时一定要注意保持高位调节流量时一定要注意保持高位 稳稳 压水槽有适量溢流水流出，以保证水压水槽有适量溢流水流出，以保证水压稳定。压稳定。n2. 数据处理时，气体转子流量计需要

10、数据处理时，气体转子流量计需要进行校正。进行校正。n1如何计算钢瓶内二氧化碳的浓度，如何计算钢瓶内二氧化碳的浓度， 并写并写出浓度的表达式。出浓度的表达式。n2吸收条件对吸收条件对有何影响，并讨论原因。有何影响，并讨论原因。1测量并记录实验基本参数测量并记录实验基本参数(1)填料柱：填料柱：柱体内径柱体内径 d0.050 mm 填料型式填料型式 塑料拉西环塑料拉西环填料规格填料规格 d0=882mm填料层高度填料层高度 h =0.30 mm (2)大气压力：大气压力： p=0.1 mpa(3)室室 温：温： t= (4)试试 剂：剂： 吸收剂的密度吸收剂的密度 = 998.2 kg/m3 ba

11、(oh)2溶液浓度溶液浓度 m ba(oh)2= 用量用量v ba(oh)2=10ml hcl浓度浓度mhcl= 空白实验空白实验hcl的用量的用量vhcl=19.3ml八、实验记录数据及处理八、实验记录数据及处理2.测定并记录实验数据实验序号实验序号气气相相塔底温度，塔底温度，t1/c塔顶温度，塔顶温度，t1/c塔底压强，塔底压强，p/mpaco2流量，流量，vs,g/ m3h h -1液液相相塔底温度，塔底温度，t1/c塔顶温度，塔顶温度，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盐酸滴定量，盐酸滴定量，v/ml盐酸实际用量，盐酸实际用量，v/ml

12、22,covcovqq空气空气)20273(29rprtpm空气)13273(442rprtpmco)20273(44)13273(2922,covcovqq空气空气6433. 01 . 02,covq3.气体流量计的校正4.整理实验数据，并可参考下表做好记录：实验序号气相平均温度，tg/c以13c为例co2密度，g/kgm-31.811空塔速度，u0/ms-1计算公式)13273(442rprtpmco2,0360042dqucov液相平均温度，tl/c4液体密度，l /kgm-3513c的物性数据液体粘度，l/pas613c的物性数据co2扩散系数，dl/ m2s-1713c的物性数据co

13、2亨利系数e/pa813c的物性数据co2溶解度系数h/ kmolm-3 pa-19体积流率，vs,l/m3s-110喷淋密度，w/m3m-2h-111质量流速，l/kgm-2s-112平衡浓度， kmolm-313塔底浓度，ca,1 / kmolm-314平均推动力，ca,m/ kmolm-315液相传质单元高度，hl/m16液相传质单元数，n l17液相体积传质总系数，kla/s-118液膜体积传质膜系数，kl a/s-119ac9emhss1103600103,0lsqu1123,1000104dqwls123600wll13 14vvmchclhcla2epmcssa151 ,*a1 ,lnaaamaccccc161 ,amalchch171819ma