传质系数的测定
实验七填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定
实验六 吸收实验(一)丙酮填料吸收塔的操作及吸收传质系数的测定一、实验目的1、了解填料吸收塔的结构和流程；2、了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；3、掌握吸收总传质系数Kya 的测定方法。
二、实验内容1、测定吸收剂用量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;2、测定气体流量与气体进出口浓度y 1、y 2的关系;3、测定吸收剂及气体温度与气体进出口浓度y 1、y 2的关系; 三、实验原理吸收是分离混合气体时利用混合气体中某组分在吸收剂中的溶解度不同而达到分离的一种方法。
不同的组分在不同的吸收剂、吸收温度、液气比及吸收剂进口浓度下，其吸收速率是不同的。
所选用的吸收剂对某组分具有选择性吸收。
1、吸收总传质系数K y a 的测定传质速率式： N A =K y a ·V 填·△Ym (1)物料衡算式： G 空(Y 1-Y 2)=L(X 1-X 2) (2) 相平衡式： Y=mX (3)(1)和(2)式联立得： K y a=12()mG Y Y V Y -∆空填 (4)由于实验物系是清水吸收丙酮，惰性气体为空气，气体进口中丙酮浓度y 1>10%,属于高浓度气体吸收，所以： Y 1=111y y - ； Y 2= 221y y - ；G 空—空气的流量（由装有测空气的流量计测定）,Kmol/m 2·h ；V 填—与塔结构和填料层高度有关； 其中：22112211ln)()(mX Y mX Y mX Y mX Y Y m -----=∆ (5)02=X ； )(211Y Y LGX -=空 ；L —吸收剂的流量（由装有测吸收剂的流量计测定）, Kmol/m 2·h ； m---相平衡常数（由吸收剂进塔与出塔处装的温度计所测温度确定），吸收温度：附：流量计校正公式为：2出进t t t +=G G =, L/h (G N 为空气转子流量计读数) 单位变换：G A =空，Kmol/m 2·h ；（其中，A 为塔横截面积，PG n RT=）o L L M A=，Kmol/m 2·h ；（其中，L 0是水流量l/h ，M 0是水的摩尔质量）2、吸收塔的操作吸收操作的目标函数：y 2 或 η=影响y 2 有：1).设备因素；2).操作因素。
(完整版)13液液传质系数的测定
液液传质系数的测定A 实验目的(1) 掌握用刘易斯池测定液液传质系数的实验方法； (2) 测定醋酸在水与醋酸乙酯中的传质系数;(3) 探讨流动情况、物系性质对液液界面传质的影响机理。
B 实验原理实际萃取设备效率的高低，以及怎样才能提高其效率，是人们十分关心的问题。
为了解决这些问题，必须研究影响传质速率的因素和规律，以及探讨传质过程的机理。
近几十年来，人们虽已对两相接触界面的动力学状态，物质通过界面的传递机理和相界面对传递过程的阻力等问题进行了研究，但由于液液间传质过程的复杂性，许多问题还没有得到满意的解答，有些工程问题不得不借助于实验的方法或凭经验进行处理。
工业设备中，常将一种液相以滴状分散于另一液相中进行萃取。
但当流体流经填料、筛板等内部构件时，会引起两相高度的分散和强烈的湍动，传质过程和分子扩散变得复杂，再加上液滴的凝聚与分散，流体的轴向返混等问题影响传质速率的主要因素，如两相实际接触面积、传质推动力都难以确定。
因此，在实验研究中，常将过程进行分解，采用理想化和模拟的方法进行处理。
1954年刘易斯[1](Lewis)提出用一个恒定界面的容器，研究液液传质的方法，它能在给定界面面积的情况下，分别控制两相的搅拌强度，以造成一个相内全混，界面无返混的理想流动状况，因而不仅明显地改善了设备内流体力学条件及相际接触状况，而且不存在因液滴的形成与凝聚而造成端效应的麻烦。
本实验即采用改进型的刘易斯池[2] [3]进行实验。
由于刘易斯池具有恒定界面的特点，当实验在给定搅拌速度及恒定的温度下，测定两相浓度随时间的变化关系，就可借助物料衡算及速率方程获得传质系数。
()*W W W W W C C K dtdC A V -=⋅-(1)()0*0000C C K dtdC A V -=⋅ (2)若溶质在两相的平衡分配系数m 可近似地取为常数，则W W mC C mC C ==*00*,(3)式(1)、(2)中的dtdC值可将实验数据进行曲线拟合然后求导数取得。
液液传质系数的测定_新讲义_莫冬传选编
参考资料： 1. 丁楠，吕树申.化工原理实验，2008，广州：中山大学出版社 2. 华东理工大学，化学工程与工艺专业实验电子讲义 3. 叶宪曾，张新祥，等.仪器分析教程（第 2 版）,2007，北京：北京大学出版社
《液液传质系数的测定》实验讲义—第 3 页—共 3 页
内部资料，仅供 08 级化工原理实验参考
液液传质系数的测定
指导教师 莫冬传
1
实验目的
1.1 1.2 1.3 掌握用刘易斯池测定液液传质系数的实验方法； 掌握气相色谱的原理及定量分析方法； 测定乙酸在水与乙酸乙酯中的传质系数。
2
预习与思考
2.1 2.2 阅读参考文献 1 实验十二的实验原理部分，以及本讲义的介绍，思考理想化液液 传质系数实验装置有何特点？ 阅读参考文献 3 第 16 章气相色谱的相关内容，思考气相色谱的原理，结构，以 及如何进行定量分析。
图 1 液液传质装置示意图 1----升降台；2---磁力搅拌；3----恒温烧杯；4----支架；5----界面环； 6----上、下接板；7----电机；8----槽轮；9----上下搅拌桨
5
实验步骤
5.1 5.2 5.3 将蒸馏水加入池中，调整界面环中心线位置与液面重合，缓慢加入乙酸乙酯。 启动搅拌桨，调到所需转速进行搅拌约 30 分钟，使两相相互饱和，然后由高位 槽加入一定量的乙酸。开始计时。 各相浓度按一定的时间间隔取样， 使用气相色谱测定各成份的含量。 开始应 3～5 分钟取样一次，以后可以延长时间间隔，当取了 8～10 个点的实验数据后，实验
《液液传质系数的测定》实验讲义—第 2 页—共 3 页
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5.4
结束。 停止搅拌，回收池中液体，洗净装置待用。
实验四填料塔液相传质系数的测定lun
实验四填料塔液相传质系数的测定环工021 伦裕旻15号一、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，测定传质膜系数和总传质系数。
本实验采用水吸收CO2，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。
通过本实验，学习并掌握研究物质传质过程的一种实验方法，并加深对传质过程原理的理解。
二、实验原理：三、根据双膜模型的基本假设，气相和液相的吸收质A的传质速率方程可分别表达为气膜D A=KgA(P A—P A i) (1)液膜G A=K1A（C Ai—C A）(2)公式中G A——A组分的传质速率，kmol．S-1;A——两相接触面积，m2;P A————气相A组分的平均分压，paP A i——相界面A组分的分压，paC A————液相A组分的平均浓度，kmol.m-3Kg——以分压表达推动力的气相传质膜系数，kmol.m-3K1————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：D A=K G A(P A—P A*) (3)G A=K L A（C A*—C A）(4)式中P A*为液相中Ａ组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，paC A*为气相中Ａ组分的实际分压所要求的饿液相平衡浓度，kmol.m-3K G 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.m -２.S -1. pa -1K L 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 ．S -1; 若气液相平衡关遵循亨利定理：A A HP C =，则 ：1111Hk K k g G += （５）111k K H k g L += （６） 当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程受气膜传质速率控制，此时，g L K K =；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时l L K K =。
（完整版）13液液传质系数的测定
（完整版）13液液传质系数的测定液液传质系数的测定A 实验⽬的(1) 掌握⽤刘易斯池测定液液传质系数的实验⽅法； (2) 测定醋酸在⽔与醋酸⼄酯中的传质系数;(3) 探讨流动情况、物系性质对液液界⾯传质的影响机理。
B 实验原理实际萃取设备效率的⾼低，以及怎样才能提⾼其效率，是⼈们⼗分关⼼的问题。
为了解决这些问题，必须研究影响传质速率的因素和规律，以及探讨传质过程的机理。
近⼏⼗年来，⼈们虽已对两相接触界⾯的动⼒学状态，物质通过界⾯的传递机理和相界⾯对传递过程的阻⼒等问题进⾏了研究，但由于液液间传质过程的复杂性，许多问题还没有得到满意的解答，有些⼯程问题不得不借助于实验的⽅法或凭经验进⾏处理。
⼯业设备中，常将⼀种液相以滴状分散于另⼀液相中进⾏萃取。
但当流体流经填料、筛板等内部构件时，会引起两相⾼度的分散和强烈的湍动，传质过程和分⼦扩散变得复杂，再加上液滴的凝聚与分散，流体的轴向返混等问题影响传质速率的主要因素，如两相实际接触⾯积、传质推动⼒都难以确定。
因此，在实验研究中，常将过程进⾏分解，采⽤理想化和模拟的⽅法进⾏处理。
1954年刘易斯[1](Lewis)提出⽤⼀个恒定界⾯的容器，研究液液传质的⽅法，它能在给定界⾯⾯积的情况下，分别控制两相的搅拌强度，以造成⼀个相内全混，界⾯⽆返混的理想流动状况，因⽽不仅明显地改善了设备内流体⼒学条件及相际接触状况，⽽且不存在因液滴的形成与凝聚⽽造成端效应的⿇烦。
本实验即采⽤改进型的刘易斯池[2] [3]进⾏实验。
由于刘易斯池具有恒定界⾯的特点，当实验在给定搅拌速度及恒定的温度下，测定两相浓度随时间的变化关系，就可借助物料衡算及速率⽅程获得传质系数。
()*W W W W W C C K dtdC A V -=?-(1)()0*0000C C K dtdC A V -=? (2)若溶质在两相的平衡分配系数m 可近似地取为常数，则W W mC C mC C ==*00*,(3)式(1)、(2)中的dtdC值可将实验数据进⾏曲线拟合然后求导数取得。
实验填料塔液相传质系数的测定lun
实验四填料塔液相传质系数的测定环工021 伦裕旻15号一、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，测定传质膜系数和总传质系数。
本实验采用水吸收CO2，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。
通过本实验，学习并掌握研究物质传质过程的一种实验方法，并加深对传质过程原理的理解。
二、实验原理：根据双膜模型的基本假设，气相和液相的吸收质A的传质速率方程可分别表达为气膜D A=KgA(P A—P A i) (1)液膜G A=K1A（C Ai—C A）(2)公式中G A——A组分的传质速率，kmol．S-1;A——两相接触面积，m2;P A————气相A组分的平均分压，paP A i——相界面A组分的分压，paC A————液相A组分的平均浓度，kmol.m-3Kg——以分压表达推动力的气相传质膜系数，kmol.m-3K1————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：D A=K G A(P A—P A*) (3)G A=K L A（C A*—C A）(4)式中P A*为液相中Ａ组分的实际浓度所要求的气相平衡分压，paC A*为气相中Ａ组分的实际分压所要求的饿液相平衡浓度，kmol.m-3K G 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.m -２.S -1. pa -1K L 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 ．S -1; 若气液相平衡关遵循亨利定理：A A HP C =，则 ：1111Hk K k g G += （５）111k K H k g L += （６） 当气膜阻力远大于液膜阻力时，则相际传质过程受气膜传质速率控制，此时，g L K K =；反之，当液膜阻力远大于气膜阻力时，则相际传质过程受液膜传质速率控制，此时l L K K =。
填料塔中传质系数的测定
实验六吸收实验一、实验目的二、基本原理三、计算方法、原理、公式四、设备参数和工作原理五、操作步骤六、实验报告要求七、思考题八、注意事项实验目的1、了解填料吸收装置的基本流程及设备结构；2、了解填料特性的测量与计算方法；3、气液两相逆向通过填料层的压降变化规律以及液泛现象；4、喷淋密度对填料层压降和泛点速度的影响；5、测定在操作条件下的总传质系数K；6、了解吸收过程的基本操作与控制方法。
1、填料塔流体力学特性：气体通过干填料层时，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。
在双对数坐标系中用压降对气速作图得到一条斜率为1.8-2的直线（图中aa线）。
而有喷淋量时，在低气速时（C点以前）压降也比例于气速的1.8-2次幂，但大于同一气速下干填料的压降（图中bc段）。
随气速增加，出现载点（图中c 点），持液量开始logbcdaa log△PU填料层压降空塔气速关系图1、填料塔流体力学特性：增大，压降-气速线向上弯曲，斜率变大，（图中cd 段）。
到液泛点（图中d 点）后在几乎不变的气速下，压降急剧上升。
测定填料塔的压降和液泛速度，是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜制作范围，选择合适的气液负荷。
log b c da a log △PU 填料层压降空塔气速关系图2、传质实验：填料塔与板式塔内气液两相的接触情况有着很大的不同。
在板式塔中，两相接触在各块塔板上进行，因此接触是不连续的。
但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务所需填料高度。
填料层高度计算方法有传质系数法、传质单元法以及等板高度法。
总体积传质系数KYa是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量。
它是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料高度的重要数据。
本实验是水吸收空气-氨混合气体中的氨。
混合气体中氨的浓度很低。
吸收所得的溶液浓度也不高。
气液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律（即平衡线在x-y 坐标系为直线）。
填料塔中气相传质系数的测定
三、 实验装置本实验装置如图3.9-2所示。
空气由风机送入，与来自氨气钢瓶的氨气混合送入填料塔底部，水从塔顶喷淋而下，与混合气体在塔中逆流接触进行传质，尾气从塔顶排出，吸收后的液体在塔底经液封装置排出。
尾气一部分送入尾气分析系统，用来分析其浓度。
装置中有多个流量计、压差计、温度计，用来测量氨气、空气和水的流量、压差、温度。
所用设备及仪表规格如下：1．叶氏风机：风量4.1m3/min;风压1.5m;功率2.8kW2．吸收塔：d内＝107mm；内装填料型号Ф12×13×1.3瓷环;3．氨瓶：43～45升；4．转子流量计：空气：LZB－40 7～45m3/h；水：LZB－15 20～250L／h;氨：LZB－15 0.25～2.5 m3/h；5.U型管压力计与单管压力计;6.温度计:0 ～100℃;7.湿式气体流量计:BSD-5 0.5m3/h；四、实验步骤1．预先检查风机、氨瓶、吸收系统设备、管路、阀门、测量仪器是否正常，并了解各自使用方法。
2．打开水阀门，使吸收塔内填料充分湿润，然后将阀门关小，将流量调节至一定范围。
3．全开风机的旁通阀，启动风机。
调节旁通阀的开度，使空气以指定流量送入吸收塔。
4．根据空气流量估算氨气流量使混合气体的氨含量约为3～4％（体积）。
然后打开液氨钢瓶上的氨阀（必须在氨自动减压阀处于关闭状态下），调节氨自动减压阀控制低压氨流量在所需流量上，并维持稳定。
5．在一定喷淋密度下，使通入吸收塔的空气和氨气流量保持不变，从塔顶尾气取样分析尾气氨浓度，并记录相关的数据。
6．改变喷淋密度或空气流量，重复实验5～6次。
7．实验完毕后，关闭液氨阀门，停风机，停水，清理现场，一切复原。
8．五、实验报告的要求根据实验原始数据，进行数据处理，计算气相总传质系数K y。
计算方法和计算所用公式如下：① 计算空气流量V'oa V'ob――通过吸收盒的氨气体积和空气体积；V'ob＝T2P1V1／（T1P2）二、操作:预先往吸收盒中装入稀硫酸(约0.02M)0.2ml作吸收液,再加入两滴甲基橙作为指示剂,并加入蒸馏水至吸收盒管路分岔口处,使吸收液在吸收气体时能正常循环,把吸收盒接入取出尾气管路中,吸收盒的出口接湿式流量计,打开管路中的阀门,分析开始,被测气体通过吸收盒后,其中氨被吸收,而空气则由湿式流量计计量所流过的体积,当吸收液由红变黄即到终点,立即关闭阀门,读取湿式流量计空气流量。
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实验记录与处理
表150℃醋酸在水相和酯相中的平衡浓度(W%)
酯相
0
4.96
10.87
13.13
16.63
18.97
22.05
24.2
24.5
水相
0
5.37
8.67
10.7
14.87
19.73
20.49
24.08
24.5
表2纯物系性质表
物系
水
醋酸
乙酸乙酯
密度（kg/m3）
997.1
1049
8.3
1.355993
1.308116
3
15
10.23
10.54
0.31
4.8
1.395097
1.345839
4
20
7.417
7.918
0.501
6.5
1.168962
1.127689
5
25
8.948
9.6071
0.6591
8.9
1.216644
1.173687
6
30
10.965
11.455
0.49
4.8
1.395096774
0.633807556
-0.76129
-0.76529
0.008950734
4
20
0.501
6.5
1.168962076
0.594460291
-0.5745
-1.0468
0.009182438
5
25
0.6591
8.9
1.216643908
0.658340038
-0.5583
-1.0754
0.007546651
6
30
0.49
6.4
1.176816327
0.67982394
-0.49699
-1.19173
0.00696916
7
35
0.5406
6.5
1.083333333
0.588606982
-0.49473
-1.1963
0.005996473
计算范例：以5min为例
=-0.34487
-1.1963
0.005996
计算范例：以5min为例
=-0.34487
Kw= =- *(-0.34487)=0.012101m/min
表7酯相处理数据
序号
时间/min
样品净重/g
NaOH的体积/ml
Co(mol/L)
Co*(mol/L)
Co*-Co(mol/L)
(ln)
Ko(m/min)
0
0
1.0571
与之平衡的水相浓度Cw*=Co/m=1.5016647/1.0366=1.578697mol/L
表6酯相与水相浓度关于时间的关系表
时间/min
Co(mol/L)
Cw(mol/L)
0
1.636477
0
5
1.501667
0.330439
10
1.355993
0.426111
15
1.395097
0.611429
20
1.168962
0.573471
25
1.216644
0.635096
30
1.176816
0.655821
35
1.083333
0.567825
表6水相处理数据
水相体积Vw=400mL=0.0004m3接触面积A=6*3.8cm3=0.00228m3
酯相体积Vo=400mL=0.0004m3
序号
时间/min
19.2
1.636477154
0
-1.63648
0
0
1
5
0.528
8.8
1.501666667
0.342533176
-1.15913
-0.34487
0.012100811
2
10
0.5515
8.3
1.355992747
0.441706778
-0.91429
-0.58216
0.010213294
3
15
0.31
样品净重/g
NaOH的体积/ml
Cw(mol/L)
Cw*(mol/L)
Cw*-Cw
(ln)
Kw(m/min)
0
0
0
1.57869685
1.578697
0
0
1
5
0.6035
2
0.330439105
1.448646215
1.118207
-0.34487
0.012101
2
10
0.351
3.2
0.426111111
901
表350℃醋酸在水相和酯相中的平衡浓度
水相(mol/L)
0
0.938855
1.515805
1.870716667
2.599771667
3.449462
3.582335
4.209987
4.283417
酯相(mol/L)
0
0.867173333
1.900438333
2.295561667
2.907478333
序号
时间/min
样品质量/g
NaOH的体积/ml
酯相
瓶重/g
总重/g
净重/g
Co(mol/L)
Cw*(mol/L)
0
0
8.651
9.7081
1.0571
19.2
1.636477
1.578697
1
5
10.039
10.567
0.528
8.8
1.501667
1.448646
2
10
8.593
9.1445
0.5515
0.59446
5
25
7.694
8.2121
0.5181
3.3
0.635096
0.65834
6
30
9.986
10.3813
0.3953
2.6
0.655821
0.679824
7 0
35
10.705
11.0562
0.3512
2
0.567825
0.588607
计算范例：以5min为例
水的密度p=997.1g/L
3.316588
3.855075
4.230967
4.283417
计算范例：
浓度c=p*w/M
C单位mol/L M单位g/molP单位g/L
由图可知：平衡分配系数m=1.0366
表4水相处理数据
实验序号
时间/min
样品质量/g
NaOH的体积/ml
Cw(mol/L)
Co*(mol/L) (mol/L)
瓶重/g
6.4
1.176816
1.135266
7
35
8.195
8.7356
0.5406
6.5
1.083333
1.045083
计算范例：以5min为例
乙酸乙酯的密度p=901kg/m3=901g/L
酯相溶质的物质的量nw=v(NaOH)*0.1/1000=0.00088mol
酯相溶质的浓度Co=nw*p/m总=0.00088*901/0.528=1.5016647mol/L
0.5181
3.3
0.635095541
1.173686965
0.538591
-1.0754
0.007547
6
30
0.3953
2.6
0.655820896
1.135265605
0.479445
-1.19173
0.006969
7
35
0.3512
2.5
0.567824601
1.045083285
0.477259
1.308115712
0.882005
-0.58216
0.010213
3
15
0.424
3.2
0.611429245
1.345839064
0.73441
-0.76529
0.008951
4
20
0.539
3.1
0.573471243
1.127688671
0.554217
-1.0468
0.009182
5
25
总重/g
净重/g
1
5
10.328
10.9315
0.6035
2
0.330439
0.342533
2
10
8.129
8.48
0.351
1.5
0.426111
0.441707
3 0
15
8.482
8.906
0.424
2.6
0.611429
0.633808
4
20
9.157
9.696
0.539
3.1
0.573471
Kw= (-0.34487)=0.012100811m/min
水相溶质的物质的量nw=v(NaOH)*0.1/1000=2*0.1/1000=0.0002mol
水相溶质的浓度Cw=Nw*p水/m总=0.0002*997.1/0.6035=0.330439mol/L