双驱动搅拌器测定化学吸收气液传质系数.docVIP

双驱动搅拌器测定化学吸收气液传质系数 一、实验目的 1. 了解双驱动搅拌吸收器的特点 2. 学会使用双驱动搅拌吸收器测定K2CO3—CO2气液传质系数的方法 3. 根据实验数据了解影响气液传质系数的因素 二、实验原理 气体组分在吸收剂中只是单纯的溶解，称为物理吸收。在有些情况下，被溶解的组分与吸收剂中的活性组分发生化学反应，这种伴有化学反应的吸收过程称为化学吸收。对于化学吸收，溶质从气相主体向气液界面的传质机理与物理吸收相同，液相中反应对传质速率的影响反映在传质推动力和液相传质分系数的变化上。溶质在液膜中为反应所消耗，使液相主体中溶质的浓度降低，因而增加了传质推动力。当反应进行较快和液相在吸收设备内有足够长的停留时间时，液相主体中溶质的浓度实际上可视为零，推动力就等于界面上溶质的浓度。溶质在液膜内反应也使其扩散距离或扩散阻力减小，因而液相传质分系数增大。但从基本原理出发预测化学吸收的传质系数并未取得多大进展。化学吸收的气液传质系数通常通过实验测定。 测定某条件下的化学吸收的气液传质系数必需采取切实可行的方法测出单位时间单位面积的传质量，并通过操作条件及气液平衡关系求出传质推动力，由此来求得气液传质系数。传质量的计算可以通过测定被吸收组分进搅拌吸收器的量与出吸收器的量之差求得，或是通过测定搅拌吸收器里的吸收液中被吸收组分的起始浓度与最终浓度之差值来确定。 本实验以热碳酸钾吸收二氧化碳作为系统，该系统是一个伴有化学反应的吸收过程： (16-1) CO2从气相主体扩散到气液界面，在液相界面与K2CO3进行化学反应并扩散到液相主体中去，由于CO2在K2CO3的溶液中的反应为快速反应，使原来液膜控制的过程有所改善。若气膜阻力可以忽略时，吸收速率的公式可写成： (16-2) 或 (16-3) （16-4) （16-5） 式中 - 单位时间单位面积传递的CO2量； - 增大因子； - 液相传质系数； - 气相传质系数； - 气相中C02分压的平衡浓度； - 液相中的C02浓度； - C02的溶解度系数； - C02分压，为总压与吸收液面上饱和水蒸气压之差； - 吸收液上C02的平衡分压； - K2CO3吸收C02的气液传质系数。 可见，要获得热碳酸钾吸收二氧化碳的气液传质系数（K），就要设法求取单位时间单位面积吸收的CO2量（）和C02的气相分压（）以及吸收液上C02的平衡分压（）。 单位时间单位面积吸收的CO2量（）和C02的气相分压（）可由实验测定。 吸收在60℃下操作，使用1.2mol/L的K2CO3吸收液，它的平衡分压可用下式计算： (16-6) 式中 - CO2平衡分压 [MPa] - K2CO3的浓度 [mol/L] - 吸收温度 [K] - 转化度 [无因次 ] 60℃时热钾碱上水蒸汽分压较大，应从总压中扣除水蒸汽分压后才是界面上CO2的分压。60℃碱液上水蒸汽分压可按下式计算： (16-7) 式中 - 水蒸汽分压 [MPa] 吸收液的转化度均可用酸解法求取。 综上所述，本实验通过测定、、、，之后由式（16-6）和（16-5）确定K2CO3吸收C02的气液传质系数。 三、实验装置流程及实验准备工作 1．实验装置流程 图16-1 气液传质系数测定实验流程图 2．实验准备工作 K2CO3 H2SO4 移液管 酸解装置 500mL量筒 四、实验操作步骤及注意事项 1．实验操作步骤： （1）了解并熟悉实验装置及流程，仔细检查实验设备的状况，排掉管路中的积水，关闭放空阀。 （2）在吸收剂瓶内装入约400mL，浓度为1.2mol/L的K2CO3吸收液，并取样分析吸收前溶液中CO2的初始含量。 （3）开启总电源。开启超级恒温槽，将恒温水调节到60℃。 （4）开启CO2钢瓶阀，缓慢开启减压阀，观察稳压管内的鼓泡情况，再开气体调节阀并通过皂膜流量计调节到适当流量，并让CO2置换装置内的空气30 Min。 (5) 调节气相搅拌转速在300r/min左右及液相搅拌转速在150r/min左右。 （6）等恒温槽到60