气液传质系数的测定实验数据处理

实验四填料塔液相传质系数的测定lun

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1 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DA=KgA(PA—PAi) (1)

液膜GA=K1A（CAi—CA） (2)

公式中GA——A组分的传质速率，kmol．S-1;

A——两相接触面积，m2;

PA————气相A组分的平均分压，pa

PAi——相界面A组分的分压，pa

CA————液相A组分的平均浓度，kmol.m-3

Kg——以分压表达推动力的气相传质膜系数，kmol.m-3

K1————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=KLA（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，pa

CA*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-3 百度文库 - 让每个人平等地提升自我

2 KG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-1

KL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：AAHPC，则：

1111HkKkgG （５）

化工原理吸收实验报告

一、实验目的

1.了解填料塔的一般结构及吸收操作的流程。

2.观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

3.掌握总传质系数Kxa的测定方法并分析其影响因素。

4.学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

二、实验原理

本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后（并流操作），送入解吸塔再用空气进行解吸，实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数Kxa，并进行关联，得Kxa=ALaVb的关联式。同时对不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。

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△P/Z对G＇作图得到一条斜率为1.8～2的直线（图1中的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），持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确，说明汽液两相流动的相互影响开始出现。压降～气速线向上弯曲，斜率变徒（图中cd段）。当气体增至液泛点（图中d点，实验中可以目测出）后在几乎不变的气速下，压降急剧上升。

图1 填料层压降-空塔气速关系 2.传质实验

填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中，两相传质主要是在填料有效湿表面上进行。需要完成一定吸收任务所需填料高度，其计算方法有：传质系数法、传质单元法和等板高度法。

本实验对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小，可认为气液两相平衡服从亨利定律，可用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。得速率方程式：

mpXAxVaKG••

mpAxX/VGaK•

2211ln)22()11(eeeemxxxxxxxxx

)x-L(xG21A •ZVp

传质系数的测定

液液传质系数的测定

实验记录与处理

表1 50℃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 901

表3 50℃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 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/mol P 单位g/L

由图可知：平衡分配系数m=1.0366

y = 1.0366x00.511.522.533.544.55012345酯相浓度（mol/L)水相浓度（mol/L)50℃醋酸在水相与酯相中的平衡浓度系列1线性(系列1)

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 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 0.59446

液液传质系数的测定

近几十年来，人们虽己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。检验萃取设备效率及研究其影响因素，也需要进行液液传质研

究。

本实验采用一恒界面池一刘易斯(Lewis Cell)的实装置，供学生对直接影响萃

取效率的传质系数进行研究。

一、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. 探讨流动情况、物系性质对液液界面传质的影响机理。

二、实验原理

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、筛板等内部构件中，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，成为影

响传质速率的主要因素。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(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，而且不存在因液滴形成与凝聚而造成端效应的麻。本实验即

采用一改进型的刘易斯池进行实验。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。

-()WWWwwVdCKCCAdt (1246)

()oooooVdCKCCAdt (1247)

若溶质在两相的平衡分配系数m可近似地取为常数，则

, owowCCCmCm (1248)

式(1246)、(1247)中的dCdt值，可将实验数据进行曲线护拟合，然后求导

数取得。若将实验系统达平衡时的水相浓度ewC和有机相浓度eoC替换式(1246)，式

(1247)中的wC和oC，则对上两式积分可推出下面的积公式：

四川大学化学工程气体吸收实验

吸收实验

学号： *************

姓名： ***

专业：化学工程与工艺

班号： 143080308

实验日期： 2016.10.19

实验成绩：

一、实验目的

1、观察气、液在填料塔内的操作状态，掌握吸收操作方法。

2、测定在不同喷淋量下，气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。

3、测定在填料塔内用水吸收CO2的液相体积传质系数KXa。

4、对不同填料的填料塔进行性能测试比较。

二、实验原理

1、气体吸收是运用混合气体各组合在同一剂中的溶解度差异，通过气、液充分接触，溶解度较大的气体组分较多地进入液相而与其他组分分离操作。

气体混合物以一定气速通过填料塔内的填料层时，与吸收溶剂液相接触，进行物质传递。气、液两相在吸收塔内除了物质传递外，其流动相互影响，还具有其自己的流体力学性质。填料塔的流体力学性质是吸收设备的重要参数，它包括了压降和液泛规律。测定填料塔的流体力学性质是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，也是确定最适宜操作气速的依据。

填料塔的流体力学性质是以气体通过填料层所产生的压降来表示。该压降在填料因子、填料层高度、液体喷淋密度一定的情况下随气体速度变化的而变化，其压降与气速的关系如图3-1所示

气体通过干填料层时，其压降与空气塔速的函数关系在双对数坐标上为一条直线，其斜率为1.8~2.0。当有液体喷淋，且气体低速流过填料层时，压降与气速的关联线几乎与L=0的关联线平行，随着气速的增加出载点B和B΄，填料层内持液量增加，压降与气速的关联线向上弯曲，斜率变大。当填料层持液量越积越多时，气体的压降几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，ΔP-u线出现一转折点C(C΄)，称此点为泛点。正常的操作范围应在载点与泛点气速之间。在一定的喷淋下，通过改变气体流量而测定填料层压降，即可确定填料塔的流体力学特性。

二氧化碳吸收实验

天津大学化工基础实验中心

2014. 10 填料吸收塔实验装置

说明书、实验目的：

1. 了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。

2. 掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，练习实验数据的处理分析。

二、实验内容：

1. 测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在一定液体喷淋量下的液泛气速。

2. 固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度以下，取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）。

3. 进行纯水吸收混合气体中的二氧化碳、用空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。

三、实验原理：

气体通过填料层的压强降：压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层

压强降的大小决定了塔的动力消耗。压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下填料层的压强降厶P与气速u的关系如图1所示：

图1填料层的 P〜u关系

当液体喷淋量L0 = 0时，干填料的=P〜u的关系是直线，如图中的直线 0。

当有一定的喷淋量时， P〜u的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点

称为“载点”，上转折点称为“泛点”。这两个转折点将 P〜u关系分为三个区段：既恒持液量区、载液区及液泛区。传质性能：吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定可获取

吸收系数。对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数随着操

作条件及气液接触状况的不同而变化。

二氧化碳吸收实验

根据双膜模型的基本假设，气侧和液侧的吸收质 A的传质速率方程可分别表

达为

气膜 GA = kgA(pA ~■ pAi ) （1）

液膜 GA = k|A(CAi ~'CA) （2）

式中：GA — A组分的传质速率，kmoI sj ；

液液传质系数测定实验的数据处理与拟合

王菊;吴现力;杜春华

【摘要】液液传质系数的测定对提高实际萃取设备的效率具有重要的理论和现实意义.针对学生在处理液液传质系数实验数据时存在的概念不清,逻辑混乱等问题,以在青岛农业大学化学工程与工艺专业实验室所测的醋酸在水和乙酸乙酯中的传质数据为例,介绍了液液传质系数测定实验的数据处理与拟合.

【期刊名称】《化学工程师》

【年(卷),期】2016(030)009

【总页数】3页(P19-21)

【关键词】液液传质系数;数据处理;拟合

【作者】王菊;吴现力;杜春华

【作者单位】青岛农业大学化学与药学院,山东青岛266109;青岛农业大学化学与药学院,山东青岛266109;青岛农业大学化学与药学院,山东青岛266109

【正文语种】中文

【中图分类】TQ021.4

研究影响传质速率的因素和规律，探讨传质过程的机理对提高实际萃取设备的效率具有重要的理论和现实意义。然而，由于液液间传质过程的复杂性，许多工程问题还需要借助于实验的方法进行处理。液液传质系数的测定实验为化学工程与工艺专业实验中的一个重要项目。通过该实验，学生能理解液液传质实验设备的结构和特点，掌握用Lewis池测定液液传质系数的方法，并探讨流动状况、物系性质等对液液传质的影响，研究影响传质速率的因素和规律，探讨传质过程的机理［1］。然而，作者发现学生在处理实验数据时对采用曲线拟合求导和对数作图两种方法计算传质系数存在概念不清，逻辑混乱等一系列问题。另外，学生在处理数据时多采用坐标纸进行手工作图，不仅费时费工，且处理的数据并不理想。提高数据处理的能力、掌握基本数据处理方法是提高实验能力的重要环节，也是提高学生创新能力的重要基础［2］。目前，相关的实验教材重点在于实验原理、实验装置及流程、实验步骤及方法等，对实验数据的处理仅简要介绍了相关步骤［3，4］。本文以在青岛农业大学化学工程与工艺专业实验室所测的醋酸在水和乙酸乙酯中的传质数据为例，采用曲线拟合求导和对数作图两种方法，介绍了液液传质系数测定实验的数据处理，并初步探讨了不同方法对处理结果的影响。

气液传质系数

1.气液传质系数:传质面积是相际接触面积。推动力可采用各种不同浓度差或压力差的平均值。即G=KF△均。式中的K就是传质系数。

2.返混：指不同时间进入系统的物料之间的混合，包括物料逆流动方向的流动。返混的结果是物料呈一定的停留时间分布，对于传质过程，这样的浓度变化使浓度推动力减小，从而减小了传递速度。对于反应过程，这样的浓度变化使反应物浓度降低，产物浓度增加，从而使主反应速度降低和串连副反应速度增加，反应选择性下降。

3.非牛顿型液体：为区别起见，人们将剪应力与剪切应变率之间满足线性关系的流体称为牛顿流体，而把不满足线性关系的流体称为非牛顿流体。血液、淋巴液、涤纶、橡胶溶液。

4.过渡流：是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流。

5.气相占气液混合物体积的百分率。

6.液体喷射式：液相为分散相，气相为连续相。液体从反应器底部往上冲，在反应器底部的固体催化剂会跟随液体冲入反应器内，故有利于固体催化剂的悬浮。

7.弥散系数：，是表征流动水体中污染物在沿水流方向（或纵向）弥散的速率系数。

8.气液比相界面积是指单位气液混合鼓泡床层体积内所具有的气泡表面积，α的大小直接关系到传质速率，是重要的参数，α值测定比较困难，人们常利用传质关系式NA=kLαΔcA直接测定kLα之值进行使用。

9.为什么鼓泡塔适用于慢反应？

第十三张PPT： 1、空塔速度指的是反应器的表观速度。

2、上述公式计算的是全塔的平均气泡直径，实际上鼓泡塔反应器内气泡直径沿径向存在一个直径分布。

第十四张PPT： 1、气含率指反应器内气液混合物中气体所占的体积分数。

2、对于直径小于15cm的气泡反应器，可用Hugbamark 图来确定气含率。对于大于15cm的，须在实验塔中进行测定，方能得到有效数值。

液液传质系数实验报告

摘要：

本实验旨在通过测定液液传质系数，探究溶质在溶液中的传质规律。实验采用了两种不同浓度的溶液，并通过测定两者之间的传质速率，计算出液液传质系数。实验结果表明，液液传质系数与浓度差异呈正相关关系。本实验对于深入理解溶质在溶液中的传质过程具有重要意义。

引言：

液液传质是化学工程中的重要研究内容之一。液液传质系数是描述液液传质速率的物理量，它反映了溶质从一种液体向另一种液体的传质能力。液液传质系数的测定对于理解溶质在溶液中的传质规律以及优化工艺过程具有重要意义。

实验方法：

1. 实验器材准备：试管、移液管、计时器、天平等。

2. 实验药品准备：选取两种不同浓度的溶液，如A溶液和B溶液。

3. 实验步骤：

a. 取两个试管，分别加入相同体积的A溶液和B溶液。

b. 使用移液管将A溶液中的一定体积溶质转移到B溶液中，并立即开始计时。

c. 每隔一段时间，取出一定体积的B溶液，称重并记录质量。

d. 根据质量变化的速率计算液液传质系数。

实验结果与讨论：

根据实验数据，我们可以计算出液液传质系数。实验结果显示，液液传质系数与溶质浓度差异呈正相关关系。换句话说，浓度差异越大，传质速率越快。这与传质规律的理论预期相符。

在实验过程中，我们还发现了其他一些现象。首先，传质速率在刚开始时较快，然后逐渐减慢，最终趋于稳定。这是因为初始时溶质浓度差异较大，传质速率较快，随着时间的推移，浓度差异减小，传质速率逐渐减慢。其次，传质速率与溶液的搅拌程度密切相关。当溶液搅拌速度较快时，传质速率会增加。

通过本实验，我们不仅了解了液液传质系数的测定方法，还深入理解了溶质在溶液中的传质规律。液液传质系数的测定对于优化化工过程、提高传质效率具有重要意义。在实际工程中，我们可以通过调整溶液浓度差异、控制搅拌速度等方式来改善传质效果。

结论：

本实验通过测定液液传质系数，探究了溶质在溶液中的传质规律。实验结果表明，液液传质系数与溶质浓度差异呈正相关关系。此外，实验还揭示了传质速率随时间变化的规律以及与搅拌速度的关联。本实验对于深入理解液液传质过程、优化化工过程具有重要意义。在未来的研究中，我们可以进一步探究其他影响液液传质系数的因素，以提高传质效率。

双驱动搅拌器测定气液传质系数实验报告

实验目的：

通过双驱动搅拌器实验测定气液传质系数。

实验原理：

双驱动搅拌器是一种将气体和液体混合的装置，通过气体从上方通过液体和搅拌器的交互作用，实现气液传质。将搅拌器置于装置内，并加入试液和试气，将试液进行搅拌，通过测定试液体积随时间的变化来计算气液传质系数。

实验步骤：

1.将氧气和液态乙醇分别定量地输入试验装置中，并加入适量的乙酸及乙酸铈铵作为指示剂。

2.开启双驱动搅拌器，令氧气与液态乙醇充分混合。

3.将试验过程中试液体积随时间的变化记录下来。

4.通过计算试液体积随时间的变化率来计算气液传质系数。

实验结果：

在实验过程中，我们记录下了试液体积随时间的变化率，并计算出气液传质系数。实验结果表明，气液传质系数为X。

实验结论：

通过双驱动搅拌器实验，我们成功地测定了气液传质系数，并获得了较为准确的实验结果。实验结果对于深入理解气液传质过程具有重要意义。