填料塔液侧传质膜系数的测定

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1、实验三、填料塔液相传质系数的测定一、实验目的：吸收是传质过程的重要操作，应用非常广泛。为强化吸收过程，必须研究传质过程的控制步骤，测定传质脫系数和总传质系数。木实验采用水吸收C02,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，并通过实验确定液相传质系数和各项操作条件的关系。通过木实验，学习并掌握研究物质传质过程的~种实验方法，并加深对传质过程原理的理解。二、实验原理：囝1双铒模s的浓度分布田相芥面II根据双膜模型的基本假设，气相和液和的吸收质A的传质速率方程可分别表达为气膜DA=KgA(PA—PAi)(1)液膜GfKA(CA

2、l—Ca)⑵公式屮GaA组分的传质速率，kmol.S1;AW和接触面积，m2;Pa_气相A组分的T均分压，paP.4——相界面A组分的分压，paCA_液相A组分的平均浓度，kmol.m'3Kg以分压表达推动力的7气相传质膜系数，kmol.m3Kt_以物质的浓度表达推动力的液相传质膜系数，m.s'1以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为：Da=KgA(Pa—Pa*)(3)Ga=K,A(Ca*—Ca)(4)式中PA为液相中A组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，paCA*为气相中A组分的实际分压所要求的饿液

3、相平衡浓度，kmol.m-3Kc为以气相分压表示推动力的总传质系数或简称为气相传质总系数，kmol.m2'Sl.pa1K,.为以液相浓度表示推动力的总传质系数或简称为液相传质总系数，m.SH;若气液相T衡关遵循亨利定理：贝IJ:丄=丄+丄(5)kGHkx丄上丄(6)kLK8K当气膜阻力远大于液膜阻力吋，则相际传质过程受气膜传质速率控制，此吋，Kl=；反之，当液膜阻力远大子气膜阻力吋，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时［=尺/。如阁2所示，在逆流接触的填料塔层PJ，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质A的物料衡算可得：dG

4、A=^dCA(a)Pl式屮圮为液相摩尔流率，kmol.S1;为液相摩尔密度，kmol.SH;根据传质速率基本方程，可写出该微分段的饿传质速率微分方程:dGA=Kl{Ca*-CA)aSdh(b)联立(a)和(b)两式可得，式屮为气液两相接触的比表而积，m2.m-3；S为填料塔的横截而积，m本实验采用水吸收C0，，且已知C0,在常温i溶解度较小，因此，液相摩尔流率~和摩尔密度久的比值，亦即液相体积流率（V5>可视为定值，且设总传质系数尺£和两相接触比表面积a,在整个填料M内为一个定植，按卜*列边值条件积分（c）式可得填料层高度的计算公式

5、：A=OCa=C4.2h=hCA=CA,1KLaS(7)Vs丄KLaS且程7V£为液相传质单元高度（HTU）;Q,dCA且程;v£为液相传质单元数（ntu）;因此填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即h=HJN(8)(9)若气液平衡关系遵循亨利定律，则即可采用平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度。KLaSACNlNL(C^.-C.J/AC^InAC式中标AC、，,,,为液相平均推动力，即因为本实验采用纯水吸收二氧化碳，则caa^=ca^=c=hpa=hp二氧化碳的溶解度常数H=pcl、McE、式屮标/V为水的密度，

6、为水的摩尔质量，E为亨利系数，Pa,因此，（10）式口J简化为ACa,w=△CA.l一△CA.2InAC,,又因为本实验采用的物系遵循亨利定理，而且气膜阻力可以不计。在此情况下，整个传质附力都集中在液膜，即属于液莫控制过程，则液莫体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，即kla=KLa=^C^~CA'2hSACa，w对于填料塔，液侧体积传质膜系数与主要影响因素的关系，曾冇不少研究者由实验得出各种关取式，其中，SherwoodHolloway得出如下的关联式：DlAlPlDl式中Z）,——吸收质在水中的扩散系数，m2.s~xL液体的质暈流

7、逨，kg.m_2.SAa——液体的黏度，或蚣.m'—1pL——液体的密度，kg.m-3应该注意的是关联式中和（L///J两项没宥特性长度，因此，该式不是真正的无因次准数关联式，该式屮A，m和n的具体数值，需在一定条件下由实验求得。三、实验装置：木实验装置由填料吸收塔、二氧化碳、高位水槽和各种测量仪器组成，其流程图如图画所示：田3壤科呗收t•敵侧情质教的实驗*■戴根1.二蜒化鑛镌觝，之复仓气#,3.嫒峥O,4•二氧化黷遭量计iS.2X；»量什•《•水藏量ttJ.填科场X位水槽•填料吸收塔采用直径为50毫米的玻璃柱，柱内装填直径5毫米球形

8、玻璃填料，填充高度为300毫米，吸收质即纯二氧化碳气体由钢瓶经二次减压阀、调节阀和转子流量计，进入塔底。气体由下向上经过填料层与液相逆流接触，最后由柱顶放空。吸收剂——水由高位水槽，经调节阀和流量计，进入塔顶，在喷洒而下