用瞬间快速反应测定气膜与液膜传质系数.doc

实验报告 课程名称：反应器设计原理实验 指导老师： 黄灵仙 成绩：__________________ 实验名称： 用瞬间快速反应测定气膜和液膜传质系数 实验类型：工程实验 一 实验目的 测定氢氧化钠溶液吸收CO2的气液相反应的总传质系数KGa及气膜和液膜传质系数kGa,kLa。 了解传质和反应对吸收过程控制步骤的影响，并加深对气液相反应过程的认识。 二 实验原理 气液相反应过程是气相反应物进入到液相中进行的反应过程，整个过程是反应和传质相结合的复杂过程，研究气液相反应首先必须了解两相间的传质问题。 本实验选用NaOH溶液吸收CO2的瞬间快反应体系，就是要通过简单的实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，该物系进行反应吸收时，化学计量式为： CO2＋2NaOH--(Na2CO3＋H2O （A） （B） （C） （D） 在一定浓度范围内，此反应过程可以近似为瞬间快速反应，气液界面附近的浓度分布如图1所示，由于A与B一旦接触就立即完成上述反应，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处形成一个反应面R；若CB增加，B的扩散推动力加大，扩散速度也增大，结果使YR减少，当CB增加到某一临界浓度CBC时，反应面将和相界面重合，扩散到界面的A瞬间反应掉了，此时CAi＝PAi＝0，反应吸收过程为气膜传质控制，注意，反应的进行将不影响气相传质系数。为什么？随着吸收过程的进行NaOH（B）最后完全耗尽，此时成为对CO2的纯物理吸收过程。 图1 瞬间反应气液相界面附近的浓度分布 根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) 当过程为瞬时反应吸收时，反应面上CA=PA*=0，kLa随NaOH的浓度而变化，当CB=CBC时，为气膜传质控制，即有 (5) 当CB-(0时，成为纯物理吸收过程，则有 (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，假定为常数 设釜内气液为全混，则CO2分压PA=PA出，CO2的吸收速率可以通过进出口CO2的含量改变来求得，也可以由NaOH的浓度变化求得，本实验采用后一种方法，用电导法测得NaOH溶液的电导随时间的变化，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浓度随时间的变化率求得： 由（3）式可求得某一时刻的KG a，（PA*(0），然后作KG a～CB的关系图，如图2所示意。 图2 KG a随CB的变化 根据上述分析，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响，CO2在溶液中的亨利常数取 HA=32.25atm(l/gmol 三 实验流程和实验步骤 1. 实验流程： 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. 实验步骤： 投放2L浓度0.1N的NaOH溶液入搅拌釜内，开动马达，待混合均匀后，即可开启电导率仪和记录仪，记下初始电导值L0。 调节流量计，开始通气（先调好空气流量，再开CO2钢瓶，缓慢打开CO2流量计）。 待记录仪上指示浓度（电导率）不下降时，可以停止实验。 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。 整理实验数据。 四 实验数据记录及结果 1. 原始数据 P大气压= 761.88 mmHg T室= 25.0 ℃ Lo (mm) L∞ (mm) P (mmHg) 气体流量 NaOH溶液 备注 Vair (l/min) VC