傳熱、傳質(zhì)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

圖1圖1裸蒸汽管外壁向空間給熱的溫度分布1.裸管和絕熱管傳熱實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼羝艿乐糜诳臻g時(shí)，管表面由于自然對(duì)流和熱輻射向周?chē)臻g散發(fā)出熱量。這種傳熱現(xiàn)象造成蒸汽輸送管道的熱損失，反之，在日常生活中的暖氣設(shè)備卻利用這種傳熱過(guò)程進(jìn)行室內(nèi)取暖。前者為了減少熱損失，應(yīng)盡量抑制傳熱過(guò)程；后者卻需設(shè)法強(qiáng)化這種熱量傳遞過(guò)程。研究蒸汽管道向周?chē)鸁o(wú)限空間的熱量傳遞過(guò)程，有著很大的實(shí)際意義。無(wú)論在理論上或?qū)嶒?yàn)上，許多學(xué)者都進(jìn)行過(guò)大量的研究。但是，對(duì)這種傳熱過(guò)程規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，主要還是依靠實(shí)驗(yàn)研究。為了抑制蒸汽管道的熱損失，需研究各種絕熱保溫的方法和絕熱性能良好的保溫材料，這種研究也是基于實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)采用一組垂直安裝的蒸汽管，其中有裸蒸汽管、固體材料保溫的蒸汽管和空氣或真空夾層保溫的蒸汽管，實(shí)驗(yàn)測(cè)定這三種蒸汽管的熱損失速度、裸蒸汽管向周?chē)鸁o(wú)限空間的給熱系數(shù)、固體保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和空氣(或真空)夾層保溫管的等效導(dǎo)熱系數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)傳熱過(guò)程基本原理的理解，進(jìn)而掌握解決機(jī)理復(fù)雜的傳熱過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)處理方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1．裸蒸汽管如圖1所示，當(dāng)蒸汽管外壁溫度T高于周?chē)臻g溫度T時(shí)，wa管外壁將以對(duì)流和輻射兩種方式向周?chē)臻g傳遞熱量。在周?chē)臻g無(wú)強(qiáng)制對(duì)流的狀況下，當(dāng)傳熱過(guò)程達(dá)到定常狀態(tài)時(shí)，管外壁以對(duì)流方式給出熱量的速率為Q=aA(T—T) (1)ccwwa式中：A—裸蒸汽管外壁總給熱面積，m2；wac—管外壁向周?chē)鸁o(wú)限空間自然對(duì)流時(shí)的給熱系數(shù)，cW?m-2?K-1。管外壁以輻射方式給出熱量的速率為Q=C申A[(?)4-(匚)4] (2)Rw100100式中：C—總輻射系數(shù)；(P—角系數(shù)。若將(2)式表達(dá)為與(1)式類(lèi)同的形式，則(2)式可改寫(xiě)為QR=aRAw(Tw—Ta) (3)

對(duì)比對(duì)比(2)(3)兩式可得(4)(4)T—Twa式中aR稱(chēng)為管外壁向周?chē)鸁o(wú)向空間輻射的給熱系數(shù)，W?m-2?K-1。R因此，管外壁向周?chē)臻g因自然對(duì)流和輻射兩種方式傳遞的總給熱速率為T(mén)OC\o"1-5"\h\zQ=Qc+QR (5)Q=O+aR)Aw(Tw-Ta) (6)令a=a+aR,則裸蒸汽管向周?chē)鸁o(wú)限空間散熱時(shí)的總給熱速率方程可簡(jiǎn)化表達(dá)為cR\o"CurrentDocument"Q=aA(T-T) (7)wwa式中a稱(chēng)為壁面向周?chē)鸁o(wú)限空間散熱時(shí)的總給熱系數(shù)，W?m-2?K-1o它可表征在定常給熱過(guò)程中，當(dāng)推動(dòng)力T-T=1K時(shí)，單位壁面積上給熱速率的大小。a值可根據(jù)(7)式直接由wa實(shí)驗(yàn)測(cè)定。由自然對(duì)流給熱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理得出的各種準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，文獻(xiàn)中已有不少記載。常用的關(guān)聯(lián)式為N=c(P?G)n (8)a r r該式采用T=1(T+T)為定性溫度管外徑d為定性尺寸，式中：m2wa努塞爾準(zhǔn)數(shù)Nadu九C卩普朗特準(zhǔn)數(shù)P=—p—r九格拉斯霍夫準(zhǔn)數(shù)Gd3p2卩g(T—T)w ar卩2上列各準(zhǔn)數(shù)中久、p、“、Cp和卩分別為在定性溫度下的空氣異熱系數(shù)、密度、粘度、定壓比熱容和體積膨脹系數(shù)。對(duì)于豎直圓管，(8)式中的c和n值：當(dāng)P?G=1X10-3—5X102時(shí)，C=1.18，n=1；當(dāng)P?G=5X102-2X107時(shí)，C=TT 8 TT0.54，n=-；當(dāng)P?G=2X107-1X1013時(shí)，C=0.135，n=1；4TT32．固體材料保溫管如圖2所示，固體絕熱材料圓筒壁的內(nèi)徑為d,外徑為測(cè)試段長(zhǎng)度為L(zhǎng)內(nèi)壁溫度為T(mén),外壁溫度為廠(chǎng)，則根據(jù)導(dǎo)熱基本定律得出：在定常狀態(tài)下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)該絕熱ww材料層的熱量，即蒸汽管加以固體材料保溫后的熱損失速率(9)T—T'(9)Q=2兀L九ww

d'Ln—

d

式中d、d'和L均為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本參數(shù)，只要實(shí)驗(yàn)測(cè)得T、T和Q值，即可按上式得出ww(10)固體絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，即(10)2冗L(T—T' )dww圖2固體材料保溫管的溫度分布圖3空氣夾層保溫管的溫度分布圖2固體材料保溫管的溫度分布圖3空氣夾層保溫管的溫度分布3．空氣夾層保溫管在工業(yè)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，除了采用絕熱材料進(jìn)行保溫外，也常采用空氣夾層或真空夾層進(jìn)行保溫。如圖3所示，在空氣夾層保溫管中，由于兩壁面靠得很近，空氣在密閉的夾層內(nèi)自然對(duì)流時(shí)，冷熱壁面的熱邊界層相互干擾。因而空氣對(duì)流流動(dòng)受到兩壁面相對(duì)位置和空間相形狀及其大小的影響，情況比較復(fù)雜。同時(shí)，它又是一種同時(shí)存在導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種方式的復(fù)雜的傳熱過(guò)程。對(duì)這種傳熱過(guò)程的研究，一方面對(duì)其傳熱機(jī)理進(jìn)行探討，另一方面從工程實(shí)際意義上考慮更重要的是設(shè)法確定這種復(fù)雜傳熱過(guò)程的總效果。因此，工程上采用等效導(dǎo)熱系數(shù)的概念，將這種復(fù)雜傳熱過(guò)程虛擬為一種單純的導(dǎo)熱過(guò)程。用一個(gè)與夾層厚度相同的固體層的導(dǎo)熱作為等效于空氣夾層的傳熱總效果。由此，通過(guò)空氣夾層的傳熱速率則可按導(dǎo)熱速率方程來(lái)表達(dá)，即(11)式中：久f—等效導(dǎo)熱系數(shù)，W?m-2?K-1；5—夾層的厚度，m；T—T—空氣夾層兩邊的壁面溫度，K。ww對(duì)于已知d、d\L的空氣夾層管，只要在定常狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)測(cè)得Q、T和T,即可按下ww式計(jì)算得到空氣夾層保溫管的等效導(dǎo)熱系數(shù)：X= Ln (12)f2冗L(T—T')dww真空夾層保溫管也可采用上述類(lèi)同的概念和方法，測(cè)得等效導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)值。對(duì)于通過(guò)空氣夾層的熱量傳遞曾有不少學(xué)者進(jìn)行過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成各種準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。下列為其中一種形式：久f/久=c(Pr?Gr)n (13)當(dāng)103V(PG)V106時(shí)，c=0.105,n=0.3rr當(dāng)103V(PG)V1010時(shí)，c=0.40,n=0.3rr該關(guān)聯(lián)式以T=丄(T+T')為定性溫度，夾層厚度§為定性尺寸。式中久f/久為等m2wwf效導(dǎo)熱系數(shù)與空氣的真實(shí)導(dǎo)熱系數(shù)之比值。4．熱損失速率不論是裸蒸汽管還是有保溫層的蒸汽管，均可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的冷凝液流量m，k?s-1求得sg總的熱損失速率Qt=msr (14)式中：r—蒸汽的冷凝熱，J?k-1og對(duì)于裸蒸汽管，由實(shí)測(cè)冷凝液流量按上式計(jì)算得到的總熱損失速率Qt，即為裸管全部

外壁面(包括測(cè)試管壁面、分液瓶和連接管的表面積之和)散熱時(shí)的給熱速率Q,即Q=Qto對(duì)于保溫蒸汽管，由實(shí)測(cè)冷凝液流量按上式計(jì)算得到的總熱損失速率Qt，應(yīng)由保溫測(cè)試段和裸管的連接管與分液瓶?jī)刹糠衷斐傻?。因此，保溫測(cè)試段的實(shí)際給熱速率Q按下式計(jì)算：Q=Qt—Qo (15)式中Q為測(cè)試管下端裸露部分造成的熱損失速率。Q可按下式求算：ooQ=aA(T—T) (16)owowa式中Awo為測(cè)試管下端裸露部分(連接管和分液瓶)的外表面積，m2；woa、T和T)和都裸蒸汽管實(shí)驗(yàn)測(cè)得。wa四、試驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置主要由蒸汽發(fā)生器、蒸汽包、測(cè)試管和測(cè)量與控制儀表四部分組成，如圖4所示。蒸汽發(fā)生器為一電熱鍋爐，蒸汽壓力和溫度由控壓調(diào)節(jié)控制。蒸汽進(jìn)入蒸汽包后，分別通向三根垂直安裝的測(cè)試管。三根測(cè)試管依次為裸蒸汽管、固體材料保溫管和夾層保溫管。測(cè)試管內(nèi)的蒸汽冷凝后，冷凝液流入分液瓶，少量蒸汽和不凝性氣體由此排出。各測(cè)試管的溫度測(cè)量均采用銅一康銅感溫元件，并通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由數(shù)字電壓表顯示。

2 3 7 8 9 10 12B圖2 3 7 8 9 10 12B圖4裸管和絕熱管傳熱實(shí)驗(yàn)儀流程1．控壓儀2．控壓探頭3．單管水柱壓力計(jì)4．裸管5．固體材料保溫管6．空氣夾層保溫管7．放空閥門(mén)8．蒸氣包9．蒸氣發(fā)生器10．注水槽11．液位計(jì)12．?dāng)?shù)字電壓表 13．轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 14．冷井 15．熱電偶五、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)測(cè)定前，向蒸汽發(fā)生器中注入適量軟水，加入量約為發(fā)生器上部汽化室總高度的50-60%，器內(nèi)液面切勿低于下部加熱室上沿。先將單管壓力計(jì)上控壓元件放置在適當(dāng)部位（一般將蒸汽壓力控制在標(biāo)尺的300?500mm處）；再將蒸汽包上放空閥略微開(kāi)啟（用以排除不凝性氣體）；然后打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，將電壓調(diào)至200V左右，開(kāi)始加熱蒸汽發(fā)生器。當(dāng)蒸汽壓力接近控制點(diǎn)時(shí)關(guān)閉蒸汽包放空閥、仔細(xì)調(diào)節(jié)電壓和電流，使蒸汽壓力控制恒定（一般壓力波動(dòng)不大于5mm水柱）。一般情況下，上限電壓可調(diào)到60?80V，上下限相差20V左右為宜。待蒸汽壓和各點(diǎn)溫度維持不變，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，再開(kāi)始各項(xiàng)測(cè)試操作。在一定時(shí)間間隔內(nèi)，用量筒量取蒸汽冷凝量，并重復(fù)3?4次取其平均值。同時(shí)分別測(cè)量室溫、蒸氣壓強(qiáng)和測(cè)試管上的各點(diǎn)溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)特別注意保持狀態(tài)的穩(wěn)定。盡量避免測(cè)試管周?chē)諝獾臄_動(dòng)，例如門(mén)的開(kāi)關(guān)和人的走動(dòng)都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還應(yīng)隨時(shí)監(jiān)視蒸汽發(fā)生器的液位計(jì)，以防液位過(guò)低而燒毀加熱器。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)將全部放空閥打開(kāi)、再停止加熱。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理1．測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備和操作基本參數(shù)(1)設(shè)備參數(shù)裸蒸汽管蒸汽管外徑d=12mm蒸汽管長(zhǎng)度L=800mm連接管和分液器外表面積Awo=0.0098m2wo固體材料保溫管保溫層材質(zhì)膨脹珍珠巖散料保溫材料堆積密度 pb=54kg?m-3?252kg?m-3保溫層內(nèi)徑d=12mm保溫層外徑d=40.8mm保溫層長(zhǎng)度L=800mm裸管部分外表面積A=wo0.0098m2空氣夾層保溫管蒸汽管外徑d=12mm外套管外徑d=33.5mm保溫層長(zhǎng)度L=800mm裸管部分外表面積A=wo0.0098m2(2)操作參數(shù)蒸汽壓力計(jì)讀數(shù)R=mm（水柱）蒸氣壓強(qiáng)P=Pa蒸汽溫度T=°C蒸汽冷凝熱r=J?kg-12．測(cè)量并記錄裸管、固體材料保溫管和空氣夾層保溫管的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。裸蒸汽管實(shí)驗(yàn)序號(hào)平 均 值室 溫 T/C冷凝液體積 V/ml受液時(shí)間 t/s冷凝液溫度 t/C冷凝液密度 p,/kg?m-i管外壁溫度 U/mVT/Cw

固體材料保溫管實(shí)驗(yàn)序號(hào)平 均 值室 溫 T/°C冷凝液體積 V/ml受液時(shí)間 t/s冷凝液溫度 t/C冷凝液密度 P]/kg?m-i內(nèi)壁溫度 U/mVT/Cw外壁溫度 U/mVT/Cw空氣夾層保溫管實(shí)驗(yàn)序號(hào)平 均 值室 溫 T/C冷凝液體積 V/ml受液時(shí)間 t/s冷凝液溫度 t/C冷凝液密度 p,/kg?m-i內(nèi)壁溫度 U/mVT/Cw外壁溫度 U/mVT/C3．整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(1)裸蒸汽管冷凝液流率mskg?s-1總給熱速率-Q-W總給熱面積Awm總給熱推動(dòng)力ATK總給熱系數(shù)a(實(shí)測(cè)值)W?m-2?K-1(1)(2)2(3)(4)(5)定性溫度T定性尺寸 d空氣密度P空氣粘度U空 氣比熱容C空氣導(dǎo)熱系數(shù)空氣體積膨脹系數(shù)mKmkg?m-3P?spJ?k-1?K-1W?m-1?K-1K-1(6)(7)(8)a(9)g(10)(11)(12)

普朗特?cái)?shù):Pr格拉斯霍夫數(shù)rP—JGrr^C給熱系數(shù)a（實(shí)測(cè)值）^W?m-2?K-1(13)(14)（15）（16）（17）（18）列出上表中各項(xiàng)計(jì)算公式。（2）固體材料保溫管冷凝液流率mskg-s-1熱損失速率-Q-W推動(dòng)力ATK導(dǎo)熱系數(shù)W?m-2?K-1（1）（2）（3）（4）列出上表中各項(xiàng)計(jì)算公式。（3）空氣夾層保溫管冷凝液流率m熱損失速率Q推動(dòng)力AT等效導(dǎo)熱系數(shù)a（實(shí)測(cè)值）skg-s-1WKW?m-2?K-1（1）（2）（4）（5）定性溫度TmK定性尺寸m空氣密度P空氣粘度a空 氣比熱容C空氣導(dǎo)熱系數(shù)空氣體積膨脹系數(shù)K-1kg-m-3P-spJ-k-1-K-1W?m-1?K-1（5）（6）（7）a（8）g（9）（10）（11）普朗特?cái)?shù)r格拉斯霍夫數(shù)-=GrP-Gr r給熱系數(shù)a（實(shí)測(cè)值）W?m-2?K-1(12)(13)(14)(15)(16)(17)列出上表中各項(xiàng)計(jì)算公式。4．分析、比較并討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶盍纤趥髻|(zhì)過(guò)程的有關(guān)單元操作中，應(yīng)用十分廣泛。實(shí)驗(yàn)研究傳質(zhì)過(guò)程的控制步驟，測(cè)定傳質(zhì)膜系數(shù)和總傳質(zhì)系數(shù)，尤為重要。本實(shí)驗(yàn)采用水吸收二氧化碳，測(cè)定填料塔的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)、總傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)單元高度，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確立液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)與各項(xiàng)操作條件的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)掌握研究物質(zhì)傳遞過(guò)程的一種實(shí)驗(yàn)方法，并加深對(duì)傳質(zhì)過(guò)程原理的理解。二、實(shí)驗(yàn)原理圖1圖1雙膜模型濃度分布圖圖2填料塔的物料衡算圖雙膜模型的基本假設(shè)，氣側(cè)和液測(cè)得吸收質(zhì)A的傳質(zhì)速率方程可分別表達(dá)為氣膜 GA=kgA(pA－pAi) (1)液膜 GA=k1A(CAi－CA) (2)式中GA-A組分的傳質(zhì)速率，kmol?s-1AA-兩相接觸面積，m2；PA—?dú)鈧?cè)A組分的平均分壓，Pa；pA,i—相界面上A組分的分壓，Pa；CA—液側(cè)A組分的平均濃度，kmol?m-3；AC..—相界面上A組分的濃度，kmol?m-3；A,ik—以分壓表達(dá)推動(dòng)力的氣側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，kmol?m-2?s-1?P-1；gak1—以物質(zhì)的量濃度表達(dá)推動(dòng)力的液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)，m?s-1。以氣相分壓或以液相濃度表示傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力的相際傳質(zhì)速率方程又可分別表達(dá)為*G=KgA(Pa—Pa) ⑶*Ga=KlA(Ca—ca) ⑷式中pA為液相中A組分的實(shí)際濃度所要求的氣相平衡分壓，Pa；*CA為氣相中A組分的實(shí)際分壓所要求的液相平衡濃度，kmol?m-3；AK為以氣相分壓表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)或簡(jiǎn)稱(chēng)為氣相傳質(zhì)總系數(shù)，kmol?m-2.s-i?P-1；

GaKl為以液相濃度表示推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)，或簡(jiǎn)稱(chēng)為液相傳質(zhì)總系數(shù)，m?s-1。若氣液相平衡關(guān)系遵循亨利定律：CA=HpA，則

111 =+—KkHkGg1(5)1 H 1 =+-K k kLg1(6)當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程受氣膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，kg=111 =+—KkHkGg1(5)1 H 1 =+-K k kLg1(6)當(dāng)氣膜阻力遠(yuǎn)大于液膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程受氣膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，kg=k；Gg反之，當(dāng)液膜阻力遠(yuǎn)大于氣膜阻力時(shí)，則相際傳質(zhì)過(guò)程受液膜傳質(zhì)速率控制，此時(shí)，KL=k1如圖2所示，在逆流接觸的填料層內(nèi)，任意截取一微分段，并以此為衡算系統(tǒng)，則由吸收質(zhì)A的物料衡算可得：FdG=fdCAp AL(a)式中Fl為液相摩爾流率，kmol?s-1.pL為液相摩爾密度，kmol?s-3；

根據(jù)傳質(zhì)速率基本方程，可寫(xiě)出該為分段的傳質(zhì)速率微分方程：*dG=K(C-C)aSdhALAA聯(lián)立(a)和(b)兩式可得：-1.(b)Fdh=lKaSpLLdDAC*-CA A(c)式中a為氣液兩相接觸的比表面積，m2?m-3,S為填料塔的橫截面積，m2.本實(shí)驗(yàn)采用水吸收純二氧化碳，且已知二氧化碳在常溫下溶解度較小，因此，液相摩爾流率fl和摩爾密度pL的比值，亦即液相體積流率(vs)L可視為定值，且設(shè)總傳質(zhì)系數(shù)kl和兩相接觸比表面積a,在整個(gè)填料層內(nèi)為一定值，則按下列邊值條件積分(c)式，可得填料層高度的計(jì)算公式：h=h，Vh= s,L~-jCKaSC

LA,1A,2C=CA A,2C=CA A,1dC A C*—CAA(7)V令H= —，且稱(chēng)H為液本傳質(zhì)單元高度(HTU)；LKaS LLA,1A,2dC A,1A,2dC A C*-CAA且稱(chēng)Nl為液相傳質(zhì)單元數(shù)(HTU)。因此，填料層高度為傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)之乘積，即(8)h=HlXNl(8)若氣液平衡關(guān)系遵循亨利定律，即平衡曲線(xiàn)為直線(xiàn)，則（7）式可用解析法解得填料層高度的計(jì)算式，亦即可用下列平均推動(dòng)力法計(jì)算填料層高度和液相傳質(zhì)單元高度：Vh=s,LKaS

LC—C―A4 A2ACA,mCA,1—C /ACA,2A,mVh=s,LKaS

LC—C―A4 A2ACA,mCA,1—C /ACA,2A,m式中ACA為液相平均推動(dòng)力,A,mACA,m—AC A2AC AC

ln A2ACA,1(C*—C)—(C*—C)C*—Cln— 因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)采用純水吸收純二氧化，則**C=CA,1=CA,1A,1=HpA=Hp二氧化碳的溶解度常數(shù)，kmol?m-3?P_ia(9)(10)(11)(12)(13)式中p為水的密度，kg?m-3；M為水的摩爾質(zhì)量，kg?kmol-1；E為亨利系數(shù)，P。cca因此，（10）式可簡(jiǎn)化為CAC= A，1 （14）A,m C*ln a C*—CAA,1又因本實(shí)驗(yàn)采用的物系有僅遵循亨利定律，而且氣膜阻力可以不計(jì).在此情況下，整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程阻力都集中于液膜,即屬液膜控制過(guò)程，則液側(cè)體基傳質(zhì)膜系數(shù)等于液相體積傳質(zhì)總系數(shù)，亦即ka=Kaka=Ka=1LVC—C—Sr^.A?1 A?2hS ACA,m(15)對(duì)于填料塔，液側(cè)體積傳質(zhì)膜系數(shù)與主要影響因素之間的關(guān)系，曾有不少研究者由實(shí)驗(yàn)得出各種關(guān)聯(lián)式。其中，Sherwood－Holloway得出如下關(guān)聯(lián)式：(16)TOC\o"1-5"\h\zka L 卩(16)~=A( )m-( L~)nD 卩 pDL L LL式中Dl—吸收質(zhì)在水中的擴(kuò)散系數(shù)，m2,s-1；L—液體質(zhì)量流速，kg?m-2?s_i；"l—液體粘度，Pa?s或kg?m-1?s-1；PL—液體密度，kg?m-3。應(yīng)該注意的是Sherwood—Hollwoay關(guān)聯(lián)式中，(ka/Dl)和(L/〃L)兩相沒(méi)有特性長(zhǎng)度。因此，該式也不是真正無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。該式中A，m和n的具體數(shù)值需在一定條件下由實(shí)驗(yàn)求取。三、實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)裝置由填料吸收塔、二氧化碳鋼瓶、高位穩(wěn)壓水槽和各種測(cè)量?jī)x表組成，其流程如圖3所示。圖3填料吸收塔液側(cè)傳質(zhì)膜系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置流程

1．二氧化碳鋼瓶2．減壓閥3．二氧化碳流量計(jì)4．填料塔

5．滴定計(jì)量球6．壓差計(jì)7．水流量計(jì)8．高位水槽填料吸收塔采用直徑為50mm的玻璃柱。柱內(nèi)裝填①5mm球形玻璃填料，填充高度300mm。吸收質(zhì)一純二氧化碳?xì)怏w由鋼瓶經(jīng)二次減壓閥、調(diào)節(jié)閥和轉(zhuǎn)子流量計(jì)，進(jìn)入塔底。氣體由上向下經(jīng)過(guò)填料層與液相逆流接觸，最后由柱頂放空。吸收劑—水由高位穩(wěn)壓水槽，經(jīng)調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)，進(jìn)入塔頂，再灑噴而下。吸收后溶液由塔底經(jīng)n形管排出。u形液柱壓差計(jì)用以測(cè)量塔底壓強(qiáng)和填料層的壓強(qiáng)降。四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)前，首先建填料塔的進(jìn)氣閥和進(jìn)水閥，以及二氧化碳二次減壓閥是否均已關(guān)嚴(yán)；然后打開(kāi)二氧化碳鋼瓶頂上的針閥，將壓力調(diào)至imp；同時(shí)，向高位穩(wěn)壓水槽注水，直至a溢流管有適量水溢流而出。實(shí)驗(yàn)操作可按如下步驟進(jìn)行：⑴緩慢開(kāi)啟進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，水流量可在10—50L?h-1范圍內(nèi)選取。一般在此范圍內(nèi)選取5-6個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。調(diào)節(jié)流量時(shí)一定要注意保持高位穩(wěn)壓水槽有適量溢流水流出。以保證水壓穩(wěn)定。緩慢開(kāi)啟進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥。二氧化碳流量一般控制在0.1m3?h-1左右為宜。當(dāng)操作達(dá)到定常狀態(tài)之后，測(cè)量塔頂和塔底的水溫和氣溫，同時(shí)，測(cè)定塔底它的水溶液中二氧化碳的含量。溶液中二氧化碳含量的測(cè)定方法：用吸量管吸取0.1MBa(OH；2溶液10mL，放入三角瓶中，并由他的附設(shè)的計(jì)量管的入塔底溶液20mL，再加入酚酞指示劑數(shù)滴，最后用0.1N鹽酸滴定，直至其脫除紅色的瞬時(shí)為止。由空白試驗(yàn)與溶液滴定用量之差值，按下式計(jì)算得出溶液中二氧化碳的濃度：NVC=—hci—hc- kmoi?m-3A 2V式中NHCl為標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液的當(dāng)量濃度，VHCl為實(shí)際滴定用量，即空白試驗(yàn)用量與滴定試樣HCl HCl使用量之差值；mL；V為塔底溶液采樣量，mL。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1．測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)(1)填料柱：柱體內(nèi)徑d=50