化工基础实验 填料塔液侧传质膜系数.ppt
填料塔液侧传质膜系数的测定,预习复习系统,实验目的 实验原理 实验装置图 实验步骤 注意事项 思考题 实验数据记录及处理,一、实验目的,1.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系,二、实验原理,1.填料塔 填料分类： 散堆填料（拉西环、阶梯环、鲍尔环，矩 鞍形、环矩鞍） 规整填料（孔板波纹填料、丝网波纹填料） 填料的作用： 增大汽液接触面积； 增大汽液接触面的湍动程度 填料性能评价指标： 比表面积、空隙率、压降,KLa的确定,本实验用水吸收纯CO2,气膜：,液膜 ：,以气相分压和液相浓度表示的总速率方程式为：,若气液相平衡关系遵循亨利定律：,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，,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，,由图2所示，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，作吸收质A的物料衡算可得：,式中 Vs,L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：,联立以上二式可得：,a气液两相有效接触比表面积 m2m-3 S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，因此液相体积流量Vs,L可视为定值。按下列边值条件积分（c）式，可得填料层高度的计算式为：,h=0,h=h,HL为液相传质单元高度（HTU）,NL为传质单元数（NTU）,因此：,若气液平衡关系遵循亨利定律，即气液曲线为直线时，则（7）式可用解析法求的填料层高度的计算式,cA,m液相平均推动力,=,H二氧化碳溶解度系数kmolm-3 Pa-1 p二氧化碳的压强 Pa,因为本实验用纯水吸收纯CO2，则cA,2 =0,式中：S 水的密度 kg·m-3 MS水的摩尔质量 kg·mol-1 E亨利系数 Pa,因此（9）式可化简为：,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,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式。其中Sherwood-Holloway得出如下关联式：,式中：DL吸收质在水中的扩散系数 m2·s-1 L液体质量流速 kg·m-2·s-1 µL液体粘度 Pa·s L液体密度kg·m-3,应注意的是Sherwood-Holloway关联式不是真正的无因次准数关联式，该式中A、m和n的具体数值，需在一定条件下由实验求取。,三、验装置图,图3 常温、常压下水吸收二氧化碳装置图 1.二氧化碳钢瓶 2减压阀 3二氧化碳流量计 4填料塔5.滴定计量球 6压差计 7水流量计 8高位水槽,实验装置,四、实验步骤,1. 关闭出口阀, 启动泵。 2.启进水调节阀，水流量可在10一50L/h范围内选取。 一般在 此范围内选取 5 一 6 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0.1m3/h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。,溶液中二氧化碳含量的测定方法： 用移液管移取Ba(OH)2溶液10mL,放人三角瓶中，并由塔底附设的计量管滴人塔底溶液20mL ，再加人酚酞指示剂数滴，最后用0.1mol/L盐酸滴定，直至其脱除红色的瞬时为止。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化碳的浓度：,kmolm-3,式中:VHCl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 用量之差值，mL； V为塔底溶液采样量mL 。,六、注意事项,1.调节流量时一定要注意保持高位 稳 压水槽有适量溢流水流出，以保证水压稳定。 2. 数据处理时，气体转子流量计需要进行校正。,七、思考题,1如何计算钢瓶内二氧化碳的浓度， 并写出浓度的表达式。 2吸收条件对KLa有何影响，并讨论原因。,1测量并记录实验基本参数 (1)填料柱： 柱体内径 d0.050 mm 填料型式 塑料拉西环 填料规格 d0=8×8×2mm 填料层高度 h =0.30 mm (2)大气压力： p=0.1 MPa (3)室 温： T= (4)试 剂： 吸收剂的密度 = 998.2 kg/m3 Ba(OH)2溶液浓度 M Ba(OH)2= 用量V Ba(OH)2=10ml HCl浓度MHCl= 空白实验HCl的用量VHCl=19.3ml,八、实验记录数据及处理,2.测定并记录实验数据,3.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：,计算公式,9,10,11,13,14,15,16,17,式中：p为CO2的分压（0.1MPa), h为填料层的高度，m,W/m3m-2h-1,kl a/s-1,喷淋密度与液膜体积传质膜系数的关系曲线,回归结果： m=0.5677 lgA=3.0845 则 A=1214.79,回归Sherwood-Holloway关联式：,取n=0.5,
