圓盤塔中二氧化碳吸收的液膜傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)實(shí)驗(yàn)二圓盤塔中二氧化碳吸收的液膜傳質(zhì)系數(shù)測(cè)定傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法一般有兩類，即靜力法和動(dòng)力法。動(dòng)力法是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，在氣液兩相都處于逆向流動(dòng)狀態(tài)下，測(cè)定其傳質(zhì)系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)基于動(dòng)力法，又與動(dòng)力法不完全相同。其差異在于液相是處于流動(dòng)狀態(tài)，而氣相在測(cè)試時(shí)處在不流動(dòng)的封閉系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Stephens-Morris總結(jié)的圓盤塔中KL的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式相吻合，不足的是只適合在常壓(0.1MPa)測(cè)試條件下進(jìn)行。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握氣液吸收過(guò)程液膜傳質(zhì)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)求取方法。（

2、2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)圓盤塔的液膜傳質(zhì)系數(shù)與液流速率之間的關(guān)系式。二、實(shí)驗(yàn)原理圓盤塔是一種小型實(shí)驗(yàn)室吸收裝置：Stephens和Morris根據(jù)Higbien的不穩(wěn)定傳質(zhì)理論. 用水吸收純CO2氣體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果是一致的，且與塔高無(wú)關(guān)，消除了設(shè)備液膜控制時(shí)，因波紋現(xiàn)象所產(chǎn)生的端末效應(yīng)。（1）Sherwood及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： (1 )式中 修正修伍德準(zhǔn)數(shù)Sh 雷諾數(shù)Re 許密特準(zhǔn)數(shù)Sc m 系數(shù)，在0.78 0.54之間變化而Stephens-Morris總結(jié)圓盤塔中KL的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式為 ( 2 )在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，Stephens-Morris與She

3、rwood-Hollowag的數(shù)據(jù)極為吻合。（2）基于雙膜理論： (3 ) (4 ) (5 )當(dāng)采用純CO2氣體時(shí)，因?yàn)?，所以，即?式中 液膜傳質(zhì)分系數(shù)， NA CO2吸收速度，（mol/h）; F 吸收表面積，（m2）; cm 液相濃度的平均推動(dòng)力，（mol/m3）。三、實(shí)驗(yàn)裝置圖3.1 圓盤塔實(shí)驗(yàn)流裝置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；7U型測(cè)壓管；8圓盤塔；9加熱器；10水飽和器；11鋼瓶；12三通玻璃活塞；13琵琶形液封器采用圓盤塔測(cè)定液膜傳質(zhì)系數(shù)的裝置如圖3.1所示。設(shè)備特點(diǎn)如下：液相的流向：貯液罐中的吸收液經(jīng)泵打至高位槽，多余的液體由高位槽溢流口回流到

4、貯液罐，借以維持高位槽液位穩(wěn)定。由高位槽流出的吸收液由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量和恒溫加熱系統(tǒng)加熱至一定溫度，進(jìn)入圓盤塔塔頂?shù)膰娍?，沿圓盤流下并在圓盤的表面進(jìn)行氣液傳質(zhì)。出圓盤塔的吸收液由琵琶形液封溢口排出。液相進(jìn)出圓盤塔頂、塔底的溫度由玻璃水銀溫度計(jì)測(cè)得。氣相的流向：純度在99.8以上的CO2由高壓鋼瓶放出，經(jīng)減壓閥調(diào)節(jié)進(jìn)入水飽和器和恒溫加熱系統(tǒng)，通過(guò)三通考克切換進(jìn)入圓盤塔底部。CO2在塔中與自上而下的吸收液逆流接觸，之后從塔頂部出來(lái)經(jīng)U型壓力計(jì)至皂膜流量計(jì)排空。圓盤塔塔內(nèi)套徑為30mm、塔外徑為55mm、塔高710mm。圓盤塔中的圓盤為素瓷材質(zhì)，圓盤塔內(nèi)系一根不銹鋼絲串連四十個(gè)相互垂直交

5、叉的圓盤而成。每一圓盤的尺寸為直徑d=14.3mm，厚度=4.3mm，平均液流周邊數(shù)，吸收面積，圓盤間用502膠水（或環(huán)氧樹脂）粘結(jié)在不銹鋼絲上。四、實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)1 開車步驟（1）系統(tǒng)用CO2置換35分鐘；（2）開啟高位槽進(jìn)水泵；（3）根據(jù)設(shè)置操作溫度開啟超級(jí)恒溫槽、氣、液加熱溫控表。2 實(shí)驗(yàn)步驟（1）系統(tǒng)的氣體置換：調(diào)節(jié)減壓閥。切換三通考克使氣體進(jìn)入塔底自下而上由塔頂出來(lái)，經(jīng)皂膜流量計(jì)后排空。先將CO2鋼瓶減壓閥關(guān)閉，開啟鋼瓶總閥，緩慢開啟減壓閥使氣體有一個(gè)穩(wěn)定的流量，一般經(jīng)10min置換，即可著手進(jìn)行測(cè)定。（2）開啟超級(jí)恒溫槽，調(diào)節(jié)接觸溫度計(jì)至操作溫度值，由水泵將恒溫水注入圓盤塔的隔套層，

6、使恒溫水不斷地循環(huán)流動(dòng)。（3）開啟高位槽進(jìn)水泵，當(dāng)吸收液由高位槽溢流口開始溢出時(shí)方可進(jìn)行下述操作。（4）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門，使吸收液的流量穩(wěn)定在設(shè)置值上。（5）調(diào)節(jié)氣體和液體溫度控制裝置，使氣體和液體溫度穩(wěn)定在操作溫度值上，其氣、液溫度間的誤差不大于1。（6）調(diào)節(jié)琵琶形液封器，使圓盤塔中心管的液面保持在喇叭口處。（7）液相的流量、溫度和氣相溫度和圓盤塔水隔套中的恒溫水溫度達(dá)到設(shè)定值，穩(wěn)定數(shù)分鐘后，即可進(jìn)行測(cè)定，每次重復(fù)做三個(gè)數(shù)據(jù)。（8）實(shí)驗(yàn)操作是在常壓下以CO2的體積變化來(lái)測(cè)定液膜傳質(zhì)系數(shù)。當(dāng)皂膜流量計(jì)鼓泡，皂膜至某一刻度時(shí)，即切換三通考克的導(dǎo)向，（CO2 直接排空），此時(shí)塔體至皂膜流量計(jì)形

7、成一個(gè)封閉系統(tǒng)，隨著吸收液液膜不斷更新，塔內(nèi)CO2的體積也隨之變小，皂膜流量計(jì)中的皂膜開始下降，依據(jù)原設(shè)置的要求將體積變化V所用的時(shí)間s記錄下來(lái)，同時(shí)記錄下各處的溫度。測(cè)試一點(diǎn)后即將三通閥恢復(fù)至初始狀態(tài)(CO2進(jìn)入塔體)。（9）改變液體流量，繼續(xù)如上的操作，上下行共做910次。3 停車步驟（1）關(guān)閉水泵及鋼瓶氣源，儀表溫度設(shè)置為室溫。（2）切斷總電源。五、思考題：1本實(shí)驗(yàn)中CO2流量的變化對(duì)KL有無(wú)影響，為什么？2若液流量小于設(shè)置的下限或大于設(shè)置的上限將會(huì)產(chǎn)生什么后果？五、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算方法（1）液流速率 的計(jì)算： ( 6 ) 式中 液體的密度，（Kg/m3）； 液體的流量，（m3/h）； 平

8、均液流周邊，（m）。（2）氣體吸收速率 的計(jì)算： (7 )式中 吸收壓力，（Pa）； CO2吸收量，（m3）； S 吸收時(shí)間，（h)； R 氣體常數(shù)，R=8.314； T 吸收溫度，（K）。（3）液相濃度的平均推動(dòng)力 的計(jì)算： 式中 塔頂液相中CO2的平衡濃度與實(shí)測(cè)濃度， 塔底液相中CO2的平衡濃度與實(shí)測(cè)濃度， CO2在塔頂與塔底水中的溶解度系數(shù) , 塔頂與塔底氣流中CO2的分壓 (8 ) M 吸收劑的分子量； K 亨利系數(shù)，（Pa）（見(jiàn)附表）。液體中進(jìn)出口的CO2實(shí)際濃度為：六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1 實(shí)驗(yàn)要求（1）液流量212Lh，流量由小到大（上行）再由大到?。ㄏ滦校┓謩e取10個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)（上下行

9、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)不允許重疊）。（2）秒表記錄皂膜流量計(jì)的皂膜下降每20毫升的吸收時(shí)間，每次在同一個(gè)液流量下測(cè)3次，相互之間的誤差應(yīng)小于0.5秒。2 實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容及記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表室溫_被吸收氣體 _ 吸收液體 _大氣壓_ 水飽和分壓_ 液體 流量(L/h) CO2 吸收量(mL)吸收速率吸收時(shí)間(S)液相溫度()氣相溫度()夾套水溫()序號(hào)S1S2S3進(jìn)出進(jìn)出進(jìn)出123七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論：（1）以一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，計(jì)算液相傳質(zhì)系數(shù)及液流速率。（2）繪制lgKL-lg圖，并整理出KL與 的關(guān)系式。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論。附表: 二氧化碳與水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)溫度CO2在水中的亨利系數(shù)K10-6/Pa水的密度/

10、(kg .m-3)水的飽和蒸氣壓p /Pa10105.30999.71223.2011108.86999.61307.5212112.49999.51396.9013116.19999.41491.7314119.94999.21592.2815123.77999.11698.4116127.64998.91811.0617131.58998.81930.1018135.58998.62055.7819139.64998.42188.6520143.73998.22329.5021147.90998.02476.9922152.11997.82633.5323156.37997.62798.7224160.69997.32972.6825165.04997.13156.0926169.46996.83349.0727173.90996.63552.4328178.39996.33766.5629182.94996.03991.3330187.52995.74228.0731192.13995.44476.7832196.7999