实验八 圆盘塔中二氧化碳吸收的液膜传质系数测定

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1 实验八 圆盘塔中二氧化碳吸收的液膜传质系数测定
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2 A 实验目的 1)掌握气液吸收过程液膜传质系数的实验求取方法。 2)掌握根据实验数据关联圆盘塔的液膜传质系数与液流速度之间的关系式。
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3 B 实验原理 传质系数的实验测定方法有两种,即静力法和动力法.
静力法是将一定容积的气体于一定的时间间隔内,在密闭容器中与液体的静止表面相接触,根据气体容积的变化测定其吸收速率.静力法的优点是能够了解反应过程的机理,设备小,操作简便.因而研究的情况,如流体力学条件与工业设备中的状况不尽相似,故吸收系数的数值,不易一次性直接放大. 江苏大学化学化工学院

4 动力法是在一定的实验条件下，在气液两相都处于逆向流动状态下，测定其传质系数。此法能在一定程度上克服上述静力法的缺点，但所求的传质系数只能是平均值，因而无法探讨传质过程机理。 本实验基于动力法的原理，在圆盘塔中的进行液膜传质系数的测定，但又与动力法不完全相同.其差异在于液相是处于流动状态，而气相在测试时处在不流动的封闭系统中。对于这一改进，其优点是简化了实验手段及实验数据的处理，同时也减少了操作过程产生的误差. 江苏大学化学化工学院

5 Sherwood及Hollowag,将有关填充塔液膜传质系数数据整理成如下形式：
圆盘塔是一种小型实验室吸收装置：Stephens和Morris根据Higbien的不稳定传至理论，认为液体从一个圆盘流至另一个圆盘，类似于填充塔中液体从一个填料流至下一个填料，流体在下降吸收过程中交替的进行了一系列混合和不稳定传值过程。他们用水吸收纯 气体，实验测得的结果是一致的，且与塔高无关，消除了设备液膜控制时，因波纹现象所产生的端末效应。 Sherwood及Hollowag,将有关填充塔液膜传质系数数据整理成如下形式： 江苏大学化学化工学院

6 式中 ——修正修伍德数Sh; ——雷诺数Re; ——许密特数Sc; m ——系数，在0.78～0.54之间变化。 江苏大学化学化工学院

7 而Stephens-Morris总结圆盘塔中 的准属关系式为：
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8 本实验气相是纯 气体，液相是蒸馏水，测定纯 系统的液膜传质系数，并通过对液膜传质系数与液流速度之间的关系式的计算，求得系数m值。
在实验范围内,Stephens-Morris与Sherwood-Hollowag的数据及为吻合。这说明Stephens-Morris所创造的小型标准圆盘塔与填充塔的液膜传质系数与液流速度的关系式极相似。因此，依靠圆盘塔所测定的液膜传质系数可直接用于填充塔设计。 本实验气相是纯 气体，液相是蒸馏水，测定纯 系统的液膜传质系数，并通过对液膜传质系数与液流速度之间的关系式的计算，求得系数m值。 基于双膜理论： 江苏大学化学化工学院

9 当采用纯 气体时，因为 ，所以 ，即 。 式中 ——液膜传质分系数， ; —— 吸收速度，mol/h ; F —— 吸收面积 ， ；
当采用纯 气体时，因为 ，所以 ，即 。 式中 ——液膜传质分系数， ; —— 吸收速度，mol/h ; F —— 吸收面积 ， ； ——液相浓度的平均推动力， 。 江苏大学化学化工学院

10 C 实验装置 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 12 13 T 1-贮液罐;2-水泵;3-高位槽;4-流量计;5-皂膜流量计;6-加热器; 7-U型测压管;8-圆盘塔;9-加热器;10-水饱和器;11-钢瓶;12-三通玻璃活塞;13-琵琶形液封器. 江苏大学化学化工学院

11 液相的流向：贮液罐中的吸收液经泵打至高位槽，多余的液体由高位槽溢流口回流到贮液罐，借以维持高位槽液位稳定。由高位槽流出的吸收液由调节阀调节，经转子流量计计量和恒温加热系统加热至一定温度，进入圆盘塔塔顶的喷口，沿圆盘流下并在圆盘的表面进行气液传质。出圆盘塔的吸收液以由琵琶形液封溢口排出。液相进出圆盘塔顶，塔底的温度由玻璃水印温度计测得。 江苏大学化学化工学院

12 气相的流向：纯度在99.8%以上的 由高压钢瓶放出，经减压阀调节进入水饱和器和恒温加热系统，通过三通考克切换进入圆盘塔底部。 在塔中与自上而下的吸收液逆流接触，之后从塔顶部出来经U型压力计至皂膜流量计排空。 江苏大学化学化工学院

13 D实验操作 (1)系统的气体置换:开启钢瓶总阀,调节减压阀使气体有一个稳定的流量。切换三通考克使气体进入塔底自下而上由塔顶出来，经皂膜流量计后排空。一般经10min置换，即可着手进行测定。 （2）开启超级恒温槽，调节接触温度计至操作温度值，由水泵将恒温水注入圆盘塔的隔套层，使恒温水不断地循环流动。 （3）开启高位槽进水泵，当吸收液由高位槽流口开始溢出时方可进行下述操作。 江苏大学化学化工学院

14 4.调节转子流量计的阀门,使吸收液的流量稳定在设置值上.
5.调节气体和液体温度控制装置,使气体和液体温度稳定在操作稳定值上,其气,液间的温度误差不大于 6.调节琵琶形液封器,使圆盘塔中心管的液面保持在喇叭口处. 7.液相的流量,温度,气相温度和圆盘塔水隔套中的恒温水温度达到设定值,稳定数分钟后,即可进行测定,每次重复做三个数据. 江苏大学化学化工学院

15 （9） 改变液体流量，继续如上的操作，上下行共做9～10次。
(8) 实验操作是在常压下以 的体积变化来测定液膜传至系数。当皂膜流量计鼓泡，皂膜至某一刻度时，即切换三通考克的导向，使 直接排空，此时塔体至皂膜流量计形成一个封闭系统。随着吸收液液膜不断更新，塔内 的体积液随之变小，皂膜流量计中的皂膜开始下降，依据原设置的要求将体积变化△V所用的时间△s记录下来，同时记录下各处的温度。 （9） 改变液体流量，继续如上的操作，上下行共做9～10次。 江苏大学化学化工学院

16 E 数据处理 (1)液流速率 的计算： 式中 ——液体的密度， ; L ——液体的流量， ; l ——平均液流周边，m。
(1)液流速率 的计算： 式中 ——液体的密度， ; L ——液体的流量， ; l ——平均液流周边，m。 （2）气体吸收速率 的计算： 式中 ——吸收压力， ； —— 的吸收量， ； S——吸收时间，h ； R——气体常数，R=8.314 ； T——吸收温度，K ； 江苏大学化学化工学院

17 液相浓度的平均推动力 的计算： 江苏大学化学化工学院

18 液体中进出口的 实际浓度： 圆盘塔中的圆盘为素瓷材质，圆盘塔内系一根不锈钢丝串连四十个相互垂直交叉的圆盘而成。每一圆盘的尺寸为直径d=14.3㎜,厚度 ＝4.3㎜，平均液流周边数l＝ ，吸收面积 ，圆盘间用502胶水（或环氧树脂）粘结在不锈钢丝上。 江苏大学化学化工学院

19 F 实验数据记录表 室温＿＿＿＿被吸收气体＿＿＿＿吸收液体＿＿＿＿ 大气压＿＿＿＿水饱和分压＿＿＿＿ 江苏大学化学化工学院 序号 液体流量
/（L/h） 吸 收量／ml 吸收速度 吸收时间 /s 液相温度 ／℃ 气相温度 水夹套温度 进 出 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 江苏大学化学化工学院

20 G结果及讨论 （1） 说明本实验的目的、原理、流程装置及控制要点。 （2） 列出液膜传质系数的计算方法。
（3） 以一组实验数据为例，列示计算液相传质系数及液流速率。 （4） 绘制 图 ，并整理出 与 的关系式。 （5） 实验结果讨论。 （6） 本实验中 流量的变化对 有无影响，为什么？ 江苏大学化学化工学院