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1、-化工基础实验报告实验名称圆盘塔吸收液膜传质系数测定班级*成绩实验时间同组成员1 实验预习1.1 实验目的1、了解传质系数的测定方法；2、测定氧解吸塔内空塔气速与液体流量对传质系数的影响；3、掌握气液吸收过程液膜传质系数的实验测定方法；4、关联圆盘塔液膜传质系数与液流速率之间的关系。1.2 实验原理图1圆盘塔吸收实验流程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、三通阀13、琵琶型液封器圆盘塔是一种小型实验室吸收装置，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
2、替地进行了一系列混合和不稳定传质过程，整个流程装置如图 1 所示。装置中的有关尺寸：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，厚度，平均液流周边数，吸收面积。.z.-在圆盘塔中进行液膜传质系数的测定，液相处于流动状态，气相处于静止状态。简化了实验手段及数据处理，减少了操作过程产生的误差。实验证明，本方法的实验结果与 Stephens-Morris 总结的圆盘塔中 的准数关联式相吻合。Sherwood 和 Hollowag 将有关填充塔液膜传质系数数据整理成如下形式：式中：修正后的舍伍德准数雷诺准数施密特准数模型参数，在 0.780.
3、54 之间变化而 Stephens-Morris 总结圆盘塔中的 准数关系为：实验证明，Stephens-Morris 与 Sherwood-Hollowag 的数据极为吻合。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。本实验气相采用纯 气体，液相采用蒸馏水，测定纯系统的液膜传质系数，并通过关联液膜传质系数与液流速率之间的关系，求得模型参数 值。基于双膜理论：当采用纯气体时，因为，所以，即。式中： 液膜传质分系数， 吸收速率， ；吸收表面积，；液相浓度的平均推动力，。.z
4、.-1.3 实验步骤及注意事项在圆盘塔吸收液膜传质系数测定实验中，按如下步骤进行操作：（1）开启水泵，让水充满高位槽。（2）开启加热设备以及二氧化碳钢瓶，将水流量调节到合适的*围内，进行吸收操作。（3）打开二氧化碳阀门，向皂泡流量计中鼓入皂泡，用秒表测量皂泡流量计中皂膜下降固定长度（实为体积）的时间，计算出二氧化碳吸收液膜传质系数。（4）在的水流量*围中选取 5 种水流量进行实验，每组实验测量 3 次。（5）利用公式，拟合出参数 的值。（6）使用钢瓶务必遵守相关安全操作规定，不得急速开关阀门，以防损坏设备。2 数据记录原始数据记录如表 1 所示。表 1圆盘塔吸收实验原始数据记录表水流量体积下降
5、时间塔顶水温塔顶气温塔底水温塔底气温隔套温度（ ）（）（）（）（）（）（）（）54.21424.0063.2221.723.922.424.223.965.7858624.0061.1521.623.922.424.423.962.456.06824.0057.9821.72422.324.523.957.3156.31024.0054.3421.72422.124.82455.861224.0052.5821.724.122.224.924.152.41.z.-54.813 实验结果及讨论3.1 数据处理求算每一水流量下，所测得三组皂膜下降时间的平均值，结果如表 2 所示。表 2皂膜平均下降
6、时间水流量（ ）4681012皂膜平均下降时间（）61.0760.5257.1255.5053.27下以水流量为实验组为例，进行数据处理：（1）计算纯系统的液膜总传质系数根据双膜理论：积和液相浓度的平均推动力，如果已知，就可以计算出液膜总传质系数吸收速率的值：、圆盘塔吸收表面计算吸收速率由于，由此可以得到：所以吸收速率被吸收时，皂膜近似匀速下降，皂膜内的压力与实验气压相等，取实验前后气压值的平均数，即 ；实验过程中所计量的时长始终是皂膜流量计中皂膜从 60.00 mL 刻 度 下 降 到 84.00 mL 刻 度 所 经 历 的 时 长 ， 故；摩尔气体常数.z.-；温度为皂膜流量计中的温度，
7、即为圆盘塔气体进口处的温度值。所以对于水流量为的情况，可以得到：计算圆盘塔吸收表面积40 个圆盘，每一圆盘的尺寸为直径，厚度，为让最终计算结果能提供更多的信息，假设这两个尺寸都是精确值。故圆盘塔的吸收表面积为：计算液相浓度的平均推动力对数平均推动力的表达式为：其中为塔顶以液相浓度表示的传质推动力，为塔底以液相浓度表示的传质推动力； 、 分别为塔顶和塔底的实际液相浓度， 、 分别为与塔顶和塔底气相平衡的液相浓度。根据圆盘塔吸收的实际情况，可近似取：微溶于水，在水中的平衡浓度可以用亨利定律描述：其中 为溶液的密度，由于溶液浓度低，可以视为纯水处理； 为溶剂水的摩尔质量；为水溶液在液相温度下的亨利系
8、数，可以利用文献数据通过曲线拟合的方法得到；为塔顶或塔底的分压， ，为塔顶或塔底水温对应的水饱和蒸汽压，可以通过水的安托因方程得到。表 3水溶液的亨利系数05101520253035404550600.7380.8881.051.241.441.661.882.122.362.602.873.46尝试后发现用二次多项式拟合亨利系数与温度的关系已能达到让人满意的效果，拟合结果为：水在时的安托因方程为：所以对于水流量为的情况，可以得到：所以液相浓度的平均推动力为.z.-综上，纯系统的液膜总传质系数为当水流量取其他值时，液膜总传质系数的计算过程是相同的，将最终计算结果汇总于下表：表 4 不同水流量
9、下圆盘塔中的液膜总传质系数水流量（ ）46810121.601.611.701.751.82N （）A（）27.930.731.732.532.9液膜总传质系数（） 2.772.552.612.612.69（2）关联液膜传质系数与液流速率之间的关系，计算模型参数值Sherwood 与 Hollowag 将有关填充塔液膜传质系数数据整理成如下形式：观察上式中的变量，除去需要关联的液膜总传质系数和液体流量，剩下的都是物性参数（密度、粘度 、扩散系数）和设备参数（平均液流周边数）以及重力加速度和方程参数（方程系数、幂指数）。在本实验体系里，设备参数、重力加速度都是常数；Stephens-Morris 总结圆盘塔中的准数关系，告诉我们此方程的方程参数也是常数。物性参数是温度和压力的函数，此实验中尽管水流量在变化，但塔顶、塔底的气温和水温都没有明显的变化，可以认为上述物性参数均为常数。如此可将原关联式简化为：为除和 以外的各常数的函数。在上式两边同取自然对数，可以得到：其中为函数的截距，是常数；我们所要求的模型参数为函数的斜率，为求其值，只.z.-需在直角坐标系中作出散点图，采用最小二乘法拟合出上述直线的表达式，即可得到模型参数的值。计算对应关系如表 5 所示。表 5对应关系（除去量纲）1.391.792.082.302.48-10
