清华大学化工实验基础-圆盘塔吸收实验报告.docx

PAGE9 / NUMPAGES9 化工基础实验报告 实验名称 圆盘塔CO2吸收液膜传质系数测定 班级 姓名 学号 成绩 实验时间 同组成员 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CO2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、CO2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d=14.3 mm，厚度δ=4.3 mm，平均液流周边数l=(2πd2/4+πdδ)/d，吸收面积F=40(2πd2/4+πdδ)。 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KL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： KLDμ2gρ213=a?4Γμm?μρD0.5 式中： KLDμ2gρ213——修正后的舍伍德准数Sh 4Γμ ——雷诺准数Re μρD ——施密特准数Sc m ——模型参数，在0.78~0.54之间变化 而Stephens-Morris总结圆盘塔中的KL准数关系为： KLDμ2gρ213=3.22×10-3?4Γμ0.7?μρD0.5 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CO2气体，液相采用蒸馏水，测定纯CO2－H2O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m值。 基于双膜理论：NA=KG?F?Δpm 1KL=HkG+1kL kG=DG?pRTZGpBm 当采用纯CO2气体时，因为pBm→0，所以kG→∞，即KL=kL。 式中：kL——液膜传质分系数，molh?m2?m3mol NA——CO2吸收速率，mol/h； F——吸收表面积，m2； Δcm——液相浓度的平均推动力，mol/m3。 1.3 实验步骤及注意事项 在圆盘塔CO2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范围内，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4~16 L/h的水流量范围中选取5种水流量进行实验，每组实验测量3次。 （5）利用公式KLDμ2gρ213=a?4Γμm?μρD0.5，拟合出参数m的值。 （6）使用CO2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CO2吸收实验原始数据记录表 水流量（L/h）CO2体积（mL）下降时间（s）塔顶水温（℃）塔顶气温（℃）塔底水温（℃）塔底气温（℃）隔套温度（℃）424.0054.2121.723.922.424.223.963.2265.78624.005821.623.922.424.423.961.1562.4824.0056.0621.72422.324.523.957.9857.311024.0056.321.72422.124.8245