2-4液液传质系数
化工原理下2-3 吸收速率方程式
尾气：B(含微量A) V (kmolB/s) Y2 (kmolA/kmolB)
Y
吸收剂：S L (kmolS/s) X2 (kmolA/kmolS)
X
原料气：A＋B
V (kmolB/s) Y1 (kmolA/kmolB)
28
填 料 塔
L(kmolS/s) X1(kmolA/kmolS) 溶液：S+A
2.2.7 吸收速率方程
一、膜吸收速率方程式
1.气膜分吸收速率方程
令 则 仿效上式， 得
D P kG RTzG pBm
气膜分传质（吸收）系数， kmol/(m2skPa)。
N A kG ( p A p A i )
N A k y ( y A y Ai )
N A kY (YA YAi )
推动力
T
X2
X
X1
逆流吸收塔中的操作线
33
练 习 题 目
思考题 1.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制？ 2.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同？
3.何为吸收过程的操作线？操作线如何获得？
作业题: 7、8
34
界面组成的确定
8
二、总吸收速率方程式
1. 以(p- p*)表示总推动力的吸收速率方程式 （KG与kG、kL关系） 设吸收系统服从亨利定律或平衡关系在过程 所涉及的浓度范围内为直线，则
cA p H
* A
根据双膜模型，相界面上两相互成平衡
pAi
9
cAi H
二、总吸收速率方程式
由此得 整理得 由
25
2.3 吸收塔的计算
在工业中，吸收操作多采用塔式设备，既可 采用气液两相在塔内逐级接触的板式塔，也可采 用气液两相在塔内连续接触的填料塔。工业中以 采用填料塔为主，故本节对于吸收过程计算的讨 论结合填料塔进行。
化学工程与工艺专业实验_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
化学工程与工艺专业实验_华东理工大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.产生Taylan不稳定的起因是什么？答案:密度梯度2.在气固相催化反应实验中，按一定的设计方法规划实验条件，改变温度和浓度进行实验，再通过作图和参数回归，便可获得方程。
答案:宏观动力学3.便于检测的强电解质盐类均可用作返混测定时的脉冲示踪剂。
答案:错误4.乙苯脱氢实验中，降低总压P可反应平衡常数Kn增大，从而增加了反应的平衡转化率，实验中降低乙苯分压的办法是加入。
答案:水5.温度较高时，乙苯脱氢反应还伴随有芳烃脱氢缩合及苯乙烯聚合生成焦油和焦碳等。
这些连串副反应的发生不仅使反应的选择性下降，而且极易使催化剂表面。
答案:结焦6.实验采用的脱氢催化剂为氧化铜系催化剂，主要活性成分为CuO。
答案:错误7.乙苯脱氢反应结束继续通一段时间的水的原因是为了防止催化剂失活。
答案:正确8.气固相催化反应中，消除外扩散阻力的方法是：答案:提高线速度9.一般而言，_____的温度有利于生成乙烯，_____的温度有利于生成乙醚。
答案:较高，较低10.实验室使用的内循环无梯度反应器的特点有哪些？答案:无梯度反应器结构紧凑_容易达到足够的循环量并维持恒温_反应器有高速搅拌部件_相对较快的达到稳定态11.在内循环无梯度反应器的ZSM-5 分子筛催化剂上发生的乙醇脱水过程伴有串联副反应。
答案:错误12.为何要研究液液传质系数KW或K0？答案:由KW或K0计算萃取塔的HOG_分析影响萃取设备效率的因素13.热量传递有对流、传导、辐射三种形式。
答案:正确14.液液相际的传质复杂程度高于气液相际的传质。
答案:正确15.内循环无梯度反应器是一种常用的微分反应器。
答案:正确16.进行返混实验时，计算机上显示的示踪剂出口浓度在2min内觉察不到变化时，即认为终点己到。
答案:正确17.刘易斯(Lewis)提出了用一个的容器，用于研究液液传质，通过分别控制两相的搅拌强度，可造成相内全混，界面无返混的理想流动状况。
质交换2-4
上式中的D的单位是“cm2/s”,它和动量扩散系数 ν＝μ/ρ以及热扩散系数a＝λ/cp ρ的单位相同， 在计算质扩散通量或摩尔扩散通量时，D的单位要换 算为“m2/s”。 • 在正常沸点下液态克摩尔容积 cm3/gmol • 气体 H2 O2 N2 空气 摩尔容积 14.3 25.6 31.1 29.9 气体 CO2 SO2 NH3 H2O 摩尔容积 34 44.8 25.8 18.9
hD表示当扩散物质A在表面和远离表面处的浓 度差为单位浓度差时，在单位时间内通过单位表 面积的质扩散通量，单位是m/s.
2.对流质交换的相似准则 现将对流质交换问题与对流换热问题的对比 示于下表
对流质交换 传递过程 hD(cA,w-cA,) D( cA ) w y 微分方程
传递过程 边界层微 分方程组
Rm为摩尔气体常数，为8.314J/（mol· K）
• 二、扩散通量 扩散通量：单位时间垂直通过单位面积的某一组分的 物质数量。可表示为质扩散通量M和摩尔扩散通量N。 斐克定律：在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件 下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A的扩散 通量与它的浓度梯度成正比。 A cA MA DAB NA DAB y y 传递通量的计算式可统一表示为 传递通量＝－扩散率×传递的推动力 式中负号表示传递率的方向与传递特征量增加的方向 相反。
DAB PA N'A cAV RmT y
扩散率 根据斐克定律，扩散率是沿扩散方向，在单位时 间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散 某物质的质量或物质的量，即
D MA NA A cA y y
不同物质之间的分子扩散系数是通过实验来测定 的。下表列举了在压强P0＝1.013×105 Pa、温度T0＝ 273K 时各种气体在空气中的扩散系数D0，在其他状 态下的扩散率可用下式换算 P 0 T 3/ 2 D D0 ( ) P T0
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 =。
填料塔吸收传质系数的测定
化工原理实验报告学院： 专业： 班级： 一、实验目的1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2．掌握总体积传质系数的测定方法； 3．了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。
二、实验原理气体吸收是典型的传质过程之一。
由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。
本实验采用水吸收空气中的CO2组分。
一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。
因此，本实验主要测定Kxa 和HOL 。
计算公式填料层高度Z 为OLOL x xxaZN H xx dx K L dZ z ⋅=-==⎰⎰*12式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；Kxa 以△X 为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)； HOL 液相总传质单元高度，m ； NOL 液相总传质单元数，无因次。
令：吸收因数A=L/mG])1ln[(111121A mx y mx y A A N OL +----=测定方法（1）空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。
（2）测定填料层高度Z 和塔径D ；（3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2； （4）平衡关系。
本实验的平衡关系可写成 y = mx 式中： m 相平衡常数，m=E/P ；E 亨利系数，E ＝f(t)，Pa ，根据液相温度由附录查得； P 总压，Pa ，取1atm 。
对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算)()(2121x x L y y G -=-可得x1 。
三、实验装置 1．装置流程1－液体出口阀2；2－风机；3－液体出口阀1；4－气体出口阀；5－出塔气体取样口；6－U 型压差计；7－填料层；8－塔顶预分布器；9－进塔气体取样口；10－玻璃转子流量计（0.4~4m 3/h ）；11－混合气体进口阀1；12－混合气体进口阀2；13－孔板流量计；14－涡轮流量计；15－水箱；16－水泵图7-1 吸收装置流程图本实验装置流程：由自来水源来的水送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。
2-4液液传质系数
2-4 液液传质系数的测定（验证性实验）实际萃取设备效率的高低，以及怎样才能提高它的效率，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来处理。
这些都说明对基本理论还有待于进一步的研究。
本实验的提出，旨在使学生能够直接了解测定液液传质系数的一种实验方法，并通过改变不同的实验条件，如流动情况、物系性质等，从而进一步探讨各因素对液液界面传质的影响机理和对传质速率的影响程度。
一． 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差别很大，再加上液滴的凝聚与分散，流体的轴向返混等问题，使得影响传质速率的主要因素，如两相实际接触面积、传质推动力等都难以确定。
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。
“液液传质系数的测定—单液滴实验”就是“理想化”实验方法的一个例子。
它将研究萃取塔中液滴群的传质行为及机理简化为研究单个液滴的运动行为和传质机理，然后概括所得结果，再作进一步的工作，去解决液滴群的传质问题，Lewis 于1954年提出用一个恒定界面的容器，研究液液传质的方法则是另一种理想化的实验方法。
从Lewis Cell 装置的特点来看，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，因而明显地改善了设备内流体力学条件及相际接触面积对测定传质系数的影响因素，而且不存在单液滴技术中因液滴的形成与凝聚而造成端效应的麻烦。
因此，这种方法被许多研究者所采用，并且得到不断地改进。
本实验即采用一改进型的Lewis 池进行各种实验。
液液萃取传质元高度的测定实验
【关键字】试验一、试验目的1、了解液—液萃取设备的构造和特点。
2、把握液—液萃取塔的操作。
3、把握传质单元高度的测定方法，并分析搅拌转速对液—液萃取塔传质单元高度和萃取率的影响。
二、根本原理萃取是分别液体混合物的一种常用操作。
它的工作原理是在待分别的混合液中参与与之不互溶(或局部互溶)的萃取剂，形成共存的两个液相。
利用原溶剂与萃取剂对各组分的溶解度的差异，使原溶液得到分别。
1.液液传质特点液液萃取与精馏、吸取均属于相际传质操作，它们之间有不少相像之处，但由于在液液系统中，两相的重度差和界面张力均较小，因而影响传质过程中两相充分混合。
为了促进树相的传质，在液液萃取过程常常要借甩外力将一相强制分散于另一相中(如利用外加咏小的脉冲塔、利用塔盘旋转的转盘塔等等)。
然而两相一旦混合，要使它们充分分别也很小．因此萃取塔通常在顶部与底部有扩大的相分别段。
在萃取过程中，两相的混合与分别好坏，直接影响到萃取设备的效率。
影响混合、分离的因素很多，除与液体的物性有关外，还有设备构造，外加能量，两相流体的流量等等有关，很难用数学方程直接求得。
因而表示传质好坏的级效率或传质系数的值多用试验直接测定。
争论萃取塔性能和萃取效率时，观看操作现象格外重要，试验时应留意了解以下几点：(1)液滴分散与聚结现象；(2)塔顶、塔底分别段的分别效果；(3)萃取塔的液泛现象；(4)外加能量大小(转变转速)对操作的影响。
本试验重点考察桨叶转速对传质单元数和萃取率的影响。
2.液液萃取传质单元高度和总传质系数的计算萃取过程与气液传质过程的机理类似，如求萃取段高度目前均用理论级数、级效率或者传质单元数、传质单元高度法。
对于本试验所用的桨叶式旋转萃取塔这种微分接触装置，一般承受传质单元数、传质单元高度法汁算。
当溶液为稀溶液，且溶剂与稀释剂完全不互溶时，萃取过程与填料吸取过程类似，可以仿照吸取操作处理。
本试验以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸，苯甲酸在煤油中的浓度约为0.2%〔质量〕。
传质系数
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
传质系数
据式（1），m＝SvDt＝SkD△Ct＝kDS（C0－Ci）t （1）
按有关因素，可逐个列出若干个传质速率方程
式中，km 和k’m。
均可称为传质系数，但它们的使用条件不同，量纲或因次不同，其数值显然不等。
所以在使用、或用实验测定数据计算传质系数时，必须考虑每个具体情况下的特点，并注意单位的统一。
在堆浸中，通常使用的传质方程是建立在浸出金属浓度C 与浸出时间t 的关系上，或浸出金属量对时间t 的关系上。
当溶浸液以恒定的喷淋强度流过矿石堆时，它的体积（V）对时间的微分为
或dV＝QdtS （4A）
式中，S－矿堆的横截面积，m2；
Q－堆浸中的喷淋强度，m3／（h·m2）；
C－浸出时间△t 内，溶液中的金属平均浓度，kg/m3。
我们定义浸出金属浓度C 是浸出金属量对流过矿堆的溶浸液体积的微分，即将式（4A）代入式（4B），得
整理式（4C）并积分，得
△m＝k”mQCS△t （5）
式中，k”m－堆浸时的传质系数；
△m－浸出时间△t 内，单位面积上浸出的金属量，kg。
比较式（2），（3）和（5）中的km，k’m和k”m可知，传质系数的使用要针。
双驱动搅拌器测定气—液传质系数
双驱动搅拌器测定气-液传质系数A 实验目的气液传质系数是设计计算吸收塔的重要数据。
工业上应用气液传质设备的场合非常多，而且处理物系又各不相同，加上传质系数很难完全用理论方法计算得到，因此最可靠的方法就是借用实验手段得到。
测定气液传质系数的实验设备多种多样，而且都具有各自的优缺点。
本实验所采用的双驱动搅拌吸收器不但可以测定传质系数，而且可以研究气液传质机理。
本实验的目的是通过了解双驱动搅拌吸收器的特点，明暸该设备的使用场合以及测定气液传质系数的方法，进而对气液传质过程有进一步的了解。
B 实验原理气液传质过程中由于物系不同，其传质机理可能也不相同，被吸收组分从气相传递到液相的整个过程决定于发生在气液界面两侧的扩散过程以及在液相中的化学反应过程，化学反应又影响组分在液相中的传递。
化学反应的条件、结果各不相同，影响组分在液相中传递的程度也不同，通常化学反应是促进了被吸收组分在液相中的传递。
或者将这个过程的传质阻力分成气膜阻力与液膜阻力，就需要了解整个传质过程中哪一个是传质的主要阻力，进而采取一定的措施，或者提高某一相的运动速度，或者采用更有效的吸收剂，从而提高传质的速率。
气膜阻力为主的系统、液膜阻力为主的系统或者气膜阻力与液膜阻力相近的系统在实际操作中都会存在，在开发吸收过程中要了解某系统的吸收传质机理必须在实验设备上进行研究。
双驱动搅拌吸收器的主要特点是气相与液相搅拌是分别控制的，搅拌速度可以分别调节，所以适应面较宽。
可以分别改变气、液相转速测定吸收速率来判断其传质机理，也可以通过改变液相或气相的浓度来测定气膜一侧的传质速率或液膜一侧的传质速率。
测定某条件下的气液传质系数必需采取切实可行的方法测出单位时间单位面积的传质量，并通过操作条件及气液平衡关系求出传质推动力，由此来求得气液传质系数。
传质量的计算可以通过测定被吸收组分进搅拌吸收器的量与出吸收器的量之差求得，或是通过测定搅拌吸收器里的吸收液中被吸收组分的起始浓度与最终浓度之差值来确定。
传质系数和传质理论
第五节
2.溶质渗透理论
传质系数和传质理论
工业设备中进行的气液传质过程， 工业设备中进行的气液传质过程，相界面上的流体总是不断地与主流 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie） 混合而暴露出新的接触表面。希格比（Higbie）认为流体在相界面上暴 露的时间很短， 露的时间很短，溶质不可能在膜内建立起如双膜理论假设的那种稳定的 浓度分布。 浓度分布。 溶质通过分子扩散由表面不断 θ ∞ cAi 地向主体渗透， 地向主体渗透 ， 每一瞬时均有 不同的瞬时浓度分布和与之对 应的界面瞬时扩散速率（ 应的界面瞬时扩散速率 （ 与界 面上的浓度梯度成正比） 面上的浓度梯度成正比）。 流体表面暴露的时间越长， 流体表面暴露的时间越长，膜 内浓度分布曲线就越平缓， 内浓度分布曲线就越平缓 ， 界 面上溶质扩散速率随之下降。 面上溶质扩散速率随之下降。 界面 距相界面的距离 液相浓度cA
第五节
β
传质系数和传质理论
γ
Sh G = α (ReG ) (ScG )
PD (ReG )B (ScG )γ kG = α RTp Bm
适用范围: 适用范围: 湿壁塔或拉西环填料塔 ReG = 2×103~3.5×104 ScG = 0.6~2.5 P = 101~303 kPa(绝压) 模型参数: 模型参数:
θ 增加
cA0
第五节
传质系数和传质理论
直到时间为θ 直到时间为θc时，膜内流体与主流发生一次完全混合而使浓度重新均匀 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散。 称为汽、 后发生下一轮的表面暴露和膜内扩散 。 θc 称为汽 、 液接触时间或溶质渗 透时间，是溶质渗透理论的模型参数， 透时间 ， 是溶质渗透理论的模型参数 ， 气 、 液界面上的传质速率应是该 时段内的平均值。 时段内的平均值。 由该理论解析求得液相传质系数
传质系数和传质理论
U0
-─气体在填料空隙中的实际流速，u0=u/（u为空塔气速m/s）；
第五节
传质系数和传质理论
0.67
(2)计算液相传质系数的准数关联式
ReL Sh L 0.000595
液相舍伍德准数
Sc L 0.33 Ga 0.33
cSm l Sh L kL c D
PD B ReG Sc G kG RTpBm
适用范围: 湿壁塔或拉西环填料塔 ReG = 2×103~3.5×104 ScG = 0.6~2.5
P = 101~303 kPa(绝压)
模型参数:
应用场合 湿壁塔 填料塔 0.023 0.066 0.83 0.8 0.44 0.33
双膜理论存在着很大的局限性，例如对具有自由相界面或高度湍动 的两流体间的传质体系，相界面是不稳定的，因此界面两侧存在稳 定的等效膜层以及物质以分子扩散方式通过此两膜层的假设都难以 成立； 该理论提出的双阻力概念，即认为传质阻力集中在相接触的两流体 相中，而界面阻力可忽略不计的概念，在传质过程的计算中得到了 广泛承认，仍是传质过程及设备设计的依据；
气 液 相界面 液相主体 气相主体 膜 膜
p pi = Ci / H Ci
pi
1
2
C
第五节
传质系数和传质理论
按双膜理论，传质系数与扩散系数成正比，这与实验所得的关联式
的结果相差较大； 由此理论所得的传质系数计算式形式简单，但等效膜层厚度 1 和
2 以及界面上浓度 pi 和 Ci 都难以确定；
kL 2
c
DAB
该理论指出传质系数与扩散系数DAB的 0.5 次方成正比，比双膜理 论更加接近于实验值，表明其对传质机理分析更加接近实际。
液液传质实验数据处理教程(原创)
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一、算 Co* 、Cw*（以 Co*为例）
就是用上面这个表来换算的！即用水相浓度 Cw 得到不不水相浓度成平衡的有机 相浓度 Co*。要注意的是上述数据是质量分数哦！！使用的时候要换成摩尔浓度！！
换算方法：相信要做这个实验的同学应该都是会算的吧~哈哈！ 丌过小编只补充一句，算的时候还是当混合体积没变吧~丌然几乎没法算！ 数据我就丌上图了，自己动手丰衣足食哦~ 做好数据以后以两相数据做一个对照曲线，方便换算，截距设为 0。
− ������������(������) − ������������(0)
用
ln
������ ������ −������(������) ������ ������ −������(0)
对 t 作图从斜率也可获得传质系数。
说实话，这个方法小编实在丌知道实验系数达平衡时的水相浓度 ������������������ 和有
对应时间的 Ko 值，然后对时间作图，得变化趋势，求平均值作为最后数据。Kw
同理。
2. 根据 Co、Cw 算出 Co* 、Cw*，根据变化算出
，用
作为纵坐标，
（Co*-Co）做横坐标，求其斜率，再根据公式求出 Ko 值。Kw 同理。
其实这两种方法大同小异，但是结果貌似差的有点多，小编也丌懂个中缘由，感 觉是数学上计算方面的问题~ 废话丌多说，下面开始教程部分！！！
这里有负号！
式中：Vw、Vo——t 时刻水相和有机相的体积 A——界面面积 Kw、Ko——以水相浓度和有机相浓度表示的总传质系数 Cw*——不有机相浓度成平衡的水相浓度 Co*——不水相浓度成平衡的有机相浓度
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：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 =。
液液传质系数测定实验的数据处理与拟合
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。
化工原理(第八章传质基础)
3、生物物质的扩散系数 化 工 原 理 对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质的分子量 小于1000或其分子体积小于500 cm3/mol 时，可用下式计 算：
DAB
1/ T (φM B )T2 −15 = 7.4 ×10 µVA0.6
m2 / s
吉 首 大 学
吉 首 大 学
JA pA1 pB1 JB pA2 pB2
由于总压p=pA+pB为常数，微分则有：0=dpA+dpB DAB=DBA=D
二、扩散系数 化 工 原 理 扩散系数是衡量物质扩散能力的物理性质，单位：m2/s 1、气体中的扩散系数 气体中的扩散系数与其系统、温度和压力有关，其数量级为 10－5m2/s 对于二元气体扩散系数的估算，通常使用富勒（Fuller）公 式：
固相 C
固相 B+A
气相 C+A
液相 A
汽相 精 馏
干 燥
B+A A+B B
三、相组成的表示方法 化 工 原 理 １．质量分率和摩尔分率 混合物中某组分Ａ的质量mA占混合物总重量m的分率，称为 组分Ａ的质量分率 。即： wA= mA/m 混合物中某组分Ａ的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率，称 为组分Ａ的质量分率 。即： xA= nA/n ２．质量比和摩尔比 以Ｂ为参照组分，则质量比：w = mA/mB，摩尔比：X = nA/nB 3．质量浓度和摩尔浓度 单位体积溶液中溶质的质量，称为质量浓度，即： CA=mA/V 单位体积溶液中溶质的摩尔数，称为摩尔浓度，即： cA=nA/V
C （C －C ） A Ai CBm
CA CAi CAi’
δ δ’
’ D’ C （C’ C ） Ai－ ’ A C’ δ’ Bm
液液传质系数测定
0.0400
0.0300
ΔCw/Δt
y = -0.024x - 0.017 R² = 0.677
0.0200 0.0100 0.0000
0.5000
-3.0000 -2.5000 -2.0000 -1.5000 -1.0000 -0.5000 0.0000 -0.0100 -0.0200 Cw-Cw* -0.0300
25℃醋酸在水相与酯相中的平衡浓度(mol/L) 酯相 水相 0.0000 0.0000 0.3751 0.4815 0.8657 1.0162 1.1448 1.3201 1.5259 1.6820 2.1396 2.2964 2.6602 2.8643
Co-t图
5.0000 Cw(mol/L)) 4.0000 Co(mol/L) 3.0000 2.0000 1.0000 0.0000 0 5 10 15 t/min 20 25 30 35 y = -0.050x + 3.833 R² = 0.956 2.0000 1.5000 1.0000 0.5000
-2.2343 0.0448
-1.6927 0.0373
-1.7789 0.0113
-1.4754 0.0162
-1.1984 0.0183
-1.0574 0.0021
Co*-Co ΔCo/Δt
-3.0798 ——
-2.4830 -0.1088
-2.0462 -0.0463
-1.5503 -0.0650
纯物系性质表 物 性 物 水 醋酸 醋酸乙酯 100.42 130.0 48.0 72.67 23.90 24.18 997.1 1049 901 3.69 1.346 粘度ⅹ105 µ (Pa· s) 表面张力 σ (N/m) 密度 ρ (g/L) 扩散系数 Dⅹ109 (m2/s)
化工原理实验报告-转盘萃取塔传质系数的测定
化工原理实验报告——转盘萃取塔传质系数的测定姓名： XXX学号： XXXXXXXXXXX学院：化学与化工学院专业：化学工程与工艺年级： 20XX 级实验日期： 20XX年XX月XX日实验条件：水3.6L/h、煤油5.6L/h、转速500r/min福建师范大学Fujian Normal University转盘萃取塔传质系数的测定一、实验目的1、了解液-液萃取原理及萃取操作的基本流程；2、了解转盘萃取塔的基本结构和操作方法；3、掌握萃取塔传质系数的测定方法，了解强化萃取塔传质效率的方法。
二、实验内容本实验以水为萃取剂，萃取煤油中的苯甲酸，在不同条件下，测定塔顶、塔底轻重相中苯甲酸的浓度，并计算萃取塔传质系数。
三、实验原理1、萃取原理（1）液液萃取在欲分离的液体混合物（原料液）中加入一种与其不互溶或部分互溶的液体溶剂，形成两相系统，利用混合液中各组分在两相中分配差异的性质，易溶组分较多的进入溶剂相从而实现混合物分离的操作称为液液萃取。
（2）在萃取过程中，所用的溶剂称为萃取剂（记为S），原料液中欲分离的组分称为溶质（记为A），原料液中的溶剂称为稀释剂（记为B）。
萃取剂应对溶质具有较大的溶解能力，与稀释剂应不互溶或小部分互溶。
（3）简单萃取过程图1 萃取过程示意图图 1 是一种简单萃取过程示意图。
将萃取剂加到混合液中，搅拌使其互相混合，因溶质在两相间不呈平衡，溶质在萃取剂中的平衡浓度高于其实际浓度，于是溶质从混合液向萃取剂中扩散，使溶质与混合液中的其他组分分离。
两液相由于密度差而分层，一层以萃取剂S 为主，溶有较多溶质，称为萃取相（记为E），另一层以原溶剂B 为主，且含有未被萃取完的溶质，称为萃余相（记为R）。
萃取操作并未把原料液全部分离，而是将原来的液体混合物分为具有不同溶质组成的萃取相E 和萃余相R。
（4）本实验设计本实验操作中，以水为萃取剂，从煤油中萃取苯甲酸。
所以，水相为萃取相E（又称为连续相、重相），煤油相为萃余相R（又称为分散相、轻相）。
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。
第十五张PPT：1、Cb1为吸收达到气液平衡是的吸收剂的浓度。
液相传质阻力
液相传质阻力液相传质阻力是反映流体中传质速率有多难的指标，是指在流体中传输物质时所遭受到的阻力和阻力系数。
液相传质阻力在工程设计和工程实际应用中，起着至关重要的作用。
在接下来的内容中，我们将详细解析液相传质阻力的概念、液相传质阻力的计算以及液相传质阻力在工程实际应用中的应用。
第一步，阐述液相传质阻力的概念液相传质阻力是流体中物质传输时所遭受到的阻力和阻力系数。
阻力系数通常用来表示流体中质量传输的难易程度，可用于评价渗透、蒸馏、萃取和吸附等分离过程的效率和速率。
液相传质阻力又称为质量传输系数和传质系数，其值越小表示流体传质越容易。
第二步，液相传质阻力的计算方法液相传质阻力的计算公式为：k = D / (ρ×L)其中，k表示传质系数（m/s）；D表示扩散系数（m²/s）；ρ表示液相密度（kg/m³）；L表示传质距离（m）。
通常，液体扩散系数可采用Stokes-Einstein公式计算，即 D = kBT/(6πηr) ，其中，kB为玻尔兹曼常量；T为温度；η为溶液粘度；r为分子半径。
第三步，液相传质阻力在工程实际应用中的应用液相传质阻力在工程实际应用中有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 蒸馏过程中，液相传质阻力的大小直接影响到分馏效率。
因此，工程师需要掌握液相传质阻力的计算方法，以便在蒸馏过程中做出最合理的控制方案。
2. 在化工工程中进行液液萃取、溶剂萃取、乳化液制物等分离过程时，液相传质阻力的大小将直接影响到工艺的效率和功耗。
因此，了解液相传质阻力的计算方法能够为工程师提供精确的参数，从而制定出最优化的操作方案。
3. 在石油化工行业中，输送管道内的物质传输受到液相传质阻力的制约。
通过研究和计算液相传质阻力，可以帮助工程师优化油气输送管道的设计和操作，从而降低输送管道的运营成本。
综上所述，液相传质阻力在化工工程领域中有着极其重要的作用。
了解并掌握液相传质阻力的计算方法，可以为工程师提供精准的数据和参考，为实际应用中的操作提供有效的指导。
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2-4 液液传质系数的测定（验证性实验）实际萃取设备效率的高低，以及怎样才能提高它的效率，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来处理。
这些都说明对基本理论还有待于进一步的研究。
本实验的提出，旨在使学生能够直接了解测定液液传质系数的一种实验方法，并通过改变不同的实验条件，如流动情况、物系性质等，从而进一步探讨各因素对液液界面传质的影响机理和对传质速率的影响程度。
一． 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差别很大，再加上液滴的凝聚与分散，流体的轴向返混等问题，使得影响传质速率的主要因素，如两相实际接触面积、传质推动力等都难以确定。
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。
“液液传质系数的测定—单液滴实验”就是“理想化”实验方法的一个例子。
它将研究萃取塔中液滴群的传质行为及机理简化为研究单个液滴的运动行为和传质机理，然后概括所得结果，再作进一步的工作，去解决液滴群的传质问题，Lewis 于1954年提出用一个恒定界面的容器，研究液液传质的方法则是另一种理想化的实验方法。
从Lewis Cell 装置的特点来看，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，因而明显地改善了设备内流体力学条件及相际接触面积对测定传质系数的影响因素，而且不存在单液滴技术中因液滴的形成与凝聚而造成端效应的麻烦。
因此，这种方法被许多研究者所采用，并且得到不断地改进。
本实验即采用一改进型的Lewis 池进行各种实验。
由于Lewis 池具有恒定界面的特点，当实验在给定的搅拌速度及恒定的温度下，测定各相浓度随时间的变化关系，就可方便地用物料衡算及速率方程获得传质系数。
)()(o o o w w w to o t w w C C K C C K Adf dC V Adf dC V -=-==-** （1） 式中：V w 、V o ——t 时刻水相和有机相的体积A ——界面面积K w 、K o ——以水相浓度和有机相浓度表示的总传质系数C w *——与有机相浓度成平衡的水相浓度C O *——与水相浓度成平衡的有机相浓度若平衡分配系数能近似取常数，则,*mC C O W = W O mC C = （2） 式（1）中的dc/dt 的值，可将实验数据进行拟合，然后求导得到。
若将系统达到平衡时的水相浓度e W C 和有机相浓度e O C 替换式（1）中的*WC 和*O C ，则对（1）式积分可推出：⎰--=-=)()()()(ln t C O C W e W W e W W W e W W WW W W o C C t C C At V C C dC At V K （3） ⎰--=-=)()()()(ln t C O C O e O O e O O O e O O O O O O o C C t C C At V C C dC At V K （4） 以)()(ln o C C t C C e e --对t 作图从斜率也可获得传质系数。
根据传质系数，就可讨论流动情况，物系性质等对传质速率的影响程度。
因液液相际的传质比汽液相际的传质复杂，若用双膜模型处理液液相的传质，即假定①界面是静止不动的，在相界面上没有传质阻力，两相呈平衡状态；②紧靠界面两侧是两层滞流液膜；③传质是阻力由两液膜阻力叠加而成；④溶质分子靠扩散进行传递。
结果常出现较大的偏差。
实际上，在相界面往往是不平静的，除了主流体中的旋涡分量时常会冲到液面上外，有时因为流体力学的不稳定，界面附近本身也会产生骚动使传质速率增加好多倍。
而微量的表面活性物质的存在又可使传质速率减少。
关于产生界面现象和界面不稳定性的原因有关文献已有报导，大致分为：1．界面张力梯度导致的不稳定性。
在相界面上由于浓度的不完全均匀，因此界面张力也有差异。
这样，界面附近就开始随机变化导致相界面上发生强烈的旋涡现象。
这种现象称为Marangoni 效应。
根据物系的性质和操作条件的不同，又可分为规则型和不规则型界面运动。
前者又称为规则的流体不稳定性或Marangoni 不稳定性，它是与静止的液体有关。
后者又称为瞬时骚动，是与流动或强制对流的存在有关。
2．密度梯度引起的不稳定性。
出来界面张力梯度回导致流体的不稳定性外，一定条件下密度梯度的存在，界面处的流体在重力场的作用下也会产生不稳，即所谓的Taylar 不稳定。
这种现象对界面张力导致的界面对流有很大的影响。
稳定的密度梯度会把界面对流限制在界面附近的区域。
而不稳定的密度梯度会产生离开界面的旋涡，并且使空气渗入到主体相中去。
3．表面活性剂的作用。
表面活性剂是降低液体界面张力的物质，只要很低的浓度，它就会积聚在相界面上，使界面张力下降。
使得该物系的界面张力与溶质浓度的关系就比较小了，或者几乎没有什么关系，所以只要少量的表面活性剂就可抑制界面不稳定性的发展，制止界面湍流。
另外，表面活性剂在界面处形成吸附层时，有时会产生附加的传质阻力，减小了传质系数。
二．实验装置及流程实验所用的Lewis池，如图9-1所示。
它是由一端内径为0.1m，高为0.12m，壁厚为8×10-3m的玻璃圆筒构成。
池内体积为900ml，用一块聚四氟乙烯制成的界面环（环上每个小孔的面积为3.8m2）,把池分割成大致等体积的两隔室。
两隔室的中间部位装有互相独立的六叶搅拌浆，在搅拌浆的四周各装设六叶垂直挡板，其作用在于防止在较高搅拌强度下造成界面扰动。
两搅拌浆由一直流电机通过皮带轮驱动。
一光电传感器监测着搅拌浆的转速，并装有可控硅调速装置，可方便地调整转速。
两液相的加料经高位槽注入池内，取样通过上法兰的取样口进行。
另设恒温夹套，以调节和控制池内两相的温度。
为防止取样后，实际传质界面发生变化，在池的下端配有一升降台，以随时调节液面处于界面环中心线处。
图9-1Lewis CeCl图1—进料口；2—上搅拌浆；3—夹套；4—玻璃筒；5—出料口；6—恒温水接口；7—衬垫；8—皮带轮；9—取样口；10—垂直挡板；11—界面环；12—搅拌浆；13—拉杆；14—法兰三．实验注意事项1．装置在安装前，先用丙酮清洗各个部位，以防表面活性剂污染了系统。
2．加料时，不要将两相位置颠倒，即较重的一相先加入，然后调节界面环中心线的位置与液面重合，再加入第二相。
第二相加入时应小心，避免产生界面骚动。
3．启动搅拌浆约30分钟，使两相互相饱和，然后由高位槽加入一定量的醋酸。
因溶质传递是从不平衡到平衡的过程，所以，当溶质加完后就应开始计时。
4．溶质加入前，应预先调节好实验所需的转速，以保证改整个过程处于同一流动条件下。
5．各相浓度按一定的时间间隔同时取样，每相取1ml。
实验流程见图9-2。
图9-2液—液传质系数测定实验流程简图四．实验内容本实验所用物系为水—醋酸—乙酸乙酯，有关物性和平衡数据列表如下：表1纯物系性质表物性物系粘度×105μ（Pa·s）表面张力σ（N/m）密度ρ（g/l）扩散系数D×109（m2/s）水100.42 72.67 997.1 1.346 醋酸130.0 23.90 1049乙酸乙酯48.0 24.18 901 3.69表2 25℃醋酸在水相与醋相中的平衡浓度酯相wt% 0.0 2.50 5.77 7.63 10.17 1426 17.73 水相wt% 0.0 2.90 6.12 7.95 10.13 13.82 17.25 以醋酸为溶质，由一相向另一相传递的萃取实验可进行以下内容：1．测定各相浓度随时间的变化关系，求取传质系数。
2．改变搅拌强度，测定传质系数，并关联搅拌速度与传质系数的关系。
3．进行系统污染前后的传质系数测定，并对污染前后的实验数据进行比较，解释系统污染对传质的影响。
4．改变传质方向，探讨界面湍动对传质系数的影响程度。
分析方法：采用酸碱中和滴定法测定酯相和水相的醋酸含量C O,C W。
五．撰写实验报告1．将实验结果列表，并作出Co、Cw对t的关系图。
2．计算传质系数Kw、Ko。
3．讨论搅拌速度与传质系数的关系。
4．结实系统污染对传质系数的影响。
5．将Kw~t或Ko~t作图，讨论界面湍动对传质的影响。
6．分析实验误差的来源。
六．预习要求1．明确实验原理和内容。
2．设计实验步骤。
3．根据实验内容指定原始数据记录表。
4．根据物性数据表，确定醋酸向哪一方向传递回产生界面湍动，讨论产生湍动的原因。
参考文献[1]苏元复等，1963年化学工程校际学术讨论会论文。
[2] Lewis.J.Bchem.Eng.Sci 3 248 (1954)[3]周永传、李洲《化工学报》3 10 （1986）[4]J.Bnlicka,J.Procnaxka Chem Eng, Sci 31 137 (1976)[5]李以圭等《化学工程手册第14篇—萃取及浸取》，化学工业出版社（1985）[6]Mixon, F.O,D.R.Whitaker and J.C.Orcuff, AIChE,J., 13 21 (1967)[7]Laddka,G.,S.Egaleesan, T.E.《Phenomenon Liquid Extraction》NewYork.McGraw—Hill Book Company 1978[8]《Handbook of Solvent Extraction》Tohn wiley.Sons,Inc.1983.。