用瞬间快速反应测定气膜和液膜传质系数

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1、细心整理专业： 姓名： 学号： 日期： 地点：西七二区234 试验报告课程名称：反响器设计原理试验 指导老师： 黄灵仙 成果：_试验名称： 用瞬间快速反响测定气膜和液膜传质系数 试验类型：工程试验 一 试验目的1. 测定氢氧化钠溶液吸取CO2的气液相反响的总传质系数KGa及气膜和液膜传质系数kGa,kLa。2. 了解传质和反响对吸取过程限制步骤的影响，并加深对气液相反响过程的相识。二 试验原理气液相反响过程是气相反响物进入到液相中进展的反响过程，整个过程是反响和传质相结合的困难受程，探究气液相反响首先必需了解两相间的传质问题。 本试验选用NaOH溶液吸取CO2的瞬间快反响体系，就是要通过简洁的

2、试验及理论分析获得有关传质问题的必要信息。 在分批式的搅拌鼓泡釜中，该物系进展反响吸取时，化学计量式为： CO22NaOH-Na2CO3H2O A B C DyGyLyR0z反响面相界面液相本体气相本体CBPAPAiCAiBA在必需浓度范围内，此反响过程可以近似为瞬间快速反响，气液界面旁边的浓度分布如图1所示，由于A与B一旦接触就立刻完成上述反响，使得液侧任一处上A与B都不能同时存在。于是在离界面某一深度YR处形成一个反响面R；假设CB增加，B的扩散推动力加大，扩散速度也增大，结果使YR削减，当CB增加到某一临界浓度CBC时，反响面将和相界面重合，扩散到界面的A瞬间反响掉了，此时CAiPAi0

3、，反响吸取过程为气膜传质限制，留意，反响的进展将不影响气相传质系数。为什么？随着吸取过程的进展NaOHB最终完全耗尽，此时成为对CO2的纯物理吸取过程。图1 瞬间反响气液相界面旁边的浓度分布依据双膜理论可以写出传质方程：气相： (1)液相： (2)以气相分压为推动力的总传质方程： (3)式中 PAi=HACAi； PA*=HACA因此有 (4)当过程为瞬时反响吸取时，反响面上CA=PA*=0，kLa随NaOH的浓度而变更，当CB=CBC时，为气膜传质限制，即有 (5)当CB-0时，成为纯物理吸取过程，那么有 (6)现对CO2作物料衡算，得到： 7式中；VL釜内液体体积 VG通入气体的流量，假定

4、为常数 设釜内气液为全混，那么CO2分压PA=PA出，CO2的吸取速率可以通过进出口CO2的含量变更来求得，也可以由NaOH的浓度变更求得，本试验接受后一种方法，用电导法测得NaOH溶液的电导随时间的变更，由下式可以求得转化率X时间t的曲线。 (8)式中：L0: 起始电导L: 终止时的电导L：t时刻的电导由NaOH浓度随时间的变更率求得： 由3式可求得某一时刻的KG a，PA*0，然后作KG aCB的关系图，如图2所示意。CBCCB0(KG a)2(KG a)1KG a图2 KG a随CB的变更依据上述分析，有图2可求得 kG a=(KG a)1 即得kG a和 kLa值，考虑溶液中电解质的影

5、响，CO2在溶液中的亨利常数取HA=32.25atm*l/gmol三 试验流程和试验步骤1. 试验流程：1 CO2钢瓶 2转子流量计 3压缩机 4气体混合器 5搅拌鼓泡釜6电导率仪 7记录仪 8搅拌马达 9马达调速器 10差压计2. 试验步骤：（1） 投放2L浓度0.1N的NaOH溶液入搅拌釜内，开动马达，待混合匀整后，即可开启电导率仪和记录仪，登记初始电导值L0。（2） 调整流量计，起先通气先调好空气流量，再开CO2钢瓶，缓慢翻开CO2流量计。（3） 待记录仪上指示浓度电导率不下降时，可以停顿试验。（4） 关闭电导仪和记录仪，切断电源，然后放掉液体，用水清洗搅拌釜。（5） 整理试验数据。四

6、试验数据记录及结果1. 原始数据P大气压= 761.88 mmHgT室= 25.0 Lo(mm)L(mm)P(mmHg)气体流量NaOH溶液备注Vair(l/min)VCO2(l/min)V(l)CBO(moll-1)0.61420.29961249.567.01.6720.042. 数据处理计算思路：用公式求出X，用ORIGIN作X-图：利用ORIGIN的数学工具微分得X/：用公式求出NAa；用公式求出PA；用公式CB=(1-X)CB0求出CB；用公式求出KGa。现将结果列表如下：(s)XX/NAa(mol/lmin)PA(Pa)CB(mol/l)KGa(mol/lminatm)183100

7、320100018010.001130.00135632005.9745200.0042928451770.9931972790.001130.00135632005.974520.0002721090.0042928451740.9931972790.001130.00135632005.974520.0002721090.0042928451710.9863945580.001130.00135632005.974520.0005442180.0042928451680.98639455800320100.00054421801650.9863945580.001130.001356320

8、05.974520.0005442180.0042928451620.9795918370.001130.00135632005.974520.0008163270.0042928451590.9795918370.001130.00135632005.974520.0008163270.0042928451560.9727891160.001130.00135632005.974520.0010884350.0042928451530.9727891160.001130.00135632005.974520.0010884350.0042928451500.9659863950.002270

9、.00272432001.913410.0013605440.0086247751470.9591836730.001130.00135632005.974520.0016326530.0042928451440.9591836730.001130.00135632005.974520.0016326530.0042928451410.9523809520.002270.00272432001.913410.0019047620.0086247751380.9455782310.001130.00135632005.974520.0021768710.0042928451350.9455782

10、310.001130.00135632005.974520.0021768710.0042928451320.938775510.002270.00272432001.913410.002448980.0086247751290.9319727890.002270.00272432001.913410.0027210880.0086247751260.9251700680.001130.00135632005.974520.0029931970.0042928451230.9251700680.001130.00135632005.974520.0029931970.0042928451200

11、.9183673470.002270.00272432001.913410.0032653060.0086247751170.9115646260.002270.00272432001.913410.0035374150.0086247751140.9047619050.001130.00135632005.974520.0038095240.0042928451110.90476190500320100.00380952401080.9047619050.001130.00135632005.974520.0038095240.0042928451050.8979591840.002270.

12、00272432001.913410.0040816330.0086247751020.8911564630.002270.00272432001.913410.0043537410.008624775990.8843537410.001130.00135632005.974520.004625850.004292845960.8843537410.001130.00135632005.974520.004625850.004292845930.877551020.002270.00272432001.913410.0048979590.008624775900.8707482990.0022

13、70.00272432001.913410.0051700680.008624775870.8639455780.00340.0040831997.887930.0054421770.01291979840.8503401360.00340.0040831997.887930.0059863950.01291979810.8435374150.005670.00680431989.801340.0062585030.021551097780.8163265310.007940.00952831981.714740.0073469390.030186768750.7959183670.00794

14、0.00952831981.714740.0081632650.030186768720.7687074830.009070.01088431977.689260.0092517010.03448721690.7414965990.01020.0122431973.663780.0103401360.038788736660.7074829930.01020.0122431973.663780.011700680.038788736630.6802721090.007940.00952831981.714740.0127891160.030186768600.6598639460.01020.

15、0122431973.663780.0136054420.038788736570.6190476190.012470.01496431965.577190.0152380950.047433128540.5850340140.01020.0122431973.663780.0165986390.038788736510.5578231290.011340.01360831969.602670.0176870750.043129426480.5170068030.01020.0122431973.663780.0193197280.038788736450.4965986390.01020.0

16、122431973.663780.0201360540.038788736420.4557823130.011340.01360831969.602670.0217687070.043129426390.4285714290.011340.01360831969.602670.0228571430.043129426360.3877551020.01020.0122431973.663780.0244897960.038788736330.3673469390.01020.0122431973.663780.0253061220.038788736300.3265306120.012470.0

17、1496431965.577190.0269387760.047433128270.2925170070.011340.01360831969.602670.028299320.043129426240.2585034010.01020.0122431973.663780.0296598640.038788736210.2312925170.011340.01360831969.602670.0307482990.043129426180.190476190.011340.01360831969.602670.0323809520.043129426150.1632653060.011340.

18、01360831969.602670.0334693880.043129426120.122448980.011340.01360831969.602670.0351020410.04312942690.0952380950.01020.0122431973.663780.0361904760.03878873660.061224490.011340.01360831969.602670.037551020.04312942630.0272108840.01020.0122431973.663780.0389115650.038788736000.009070.01088431977.6892

19、60.040.03448721五 计算与探讨基于上表数据作图如下：可以得到再依据：，HA=32.25atm*l/gmol， 得：六思索题1. 什么是瞬间气液反响的临界浓度CBC？为什么在CB=CBC时KG a=kG a？答：当CB增加到某一临界浓度CBC时，反响面将和相界面重合，即扩散到界面的A瞬间会被反响掉。 当CB=CBC时，相界面即成为反响面，反响吸取过程为气膜传质限制，即此时有KG a=kG a。2. 当CBCBC，CB=0时，其吸取速率式分别为什么形式？答：当CBCBC ，其中；当CB=0，。3. 为什么可以假设kG a在整个试验中保持不变？答：kG a是气膜传质系数，其数值大小与参

20、与传质过程的气体和液体的有关参数相关。而在本试验过程中，气相和液相的接触方式以及气体流速都没有发生变更，故认为kG a在整个试验中保持不变是合理的。4. 双膜理论应用于本试验中有何缺陷？答：双膜理论的主要论点之一是：不管何时，在两层薄膜间的相界面处的浓度关系都已经到达平衡。而在实际试验中，很难保持体系的这种稳定状态。5. 试验误差分析。答：主要误差分析如下：二氧化碳的流量输出并不稳定；数据处理过程中我们假设气液是到达全混的，但实际很难做到充分混合；为了尽量接近全混而不得不施加必需的搅拌，这也使得电导笔受其影响而产生振动与位移，导致电导率的波动；二氧化碳的分压只是估计计算值，而非测量值；测定电导率时仪器的读数间隔较大。