时，KG = kg；
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，KL= kl。
如上图，在逆流接触的填料层内，任意截取一微分段，并以此为衡算系统，则由吸收质A的物料衡算可得：
dGA?FL?LdCA （a）
?1式中：FL—液相摩尔流率，kmol?s；
ρL—液相摩尔密度，kmol?m。
根据传质速率基本方程式，可写出该微分段的传质速率微分方程：
?dGA?KL(CA?CA)aSdh （b）
?3联立上两式可得：
dh?FLdC??AKLaS?LCA?CA （c）
式中：a —气液两相接触的比表面积， m2·m-1；
S —填料塔的横载面积，m2。
本实验采用水吸收二氧化碳，已知二氧化碳在常温常压下溶解度较小，因此，液相摩尔流率FL和摩尔密度ρL的比值，亦即液相体积流率（Vs）L可视为定值，且设总传质系数KL和两相接触比表面积a，在整个填料层内为一定值，则按下列边值条件积分式（6-1-13c），可得填料层高度的计算公式：
h=0 ， CA?CA.2 h=h ， CA?CA1
CA1VsLdCAh????KLaSCA2CA?CA （7）
令
HL?CA1VsLKLaS ，且称HL为液相传质单元高度（HTU）；
NL??dCACA2C??CAA，且称NL为液相传质单元数（NTU）。
因此，填料层高度为传质单元高度与传质单元数之乘积，即
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h=HL×NL （8） 若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，则式（7）为可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可采用下列平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度：
h?VsLCA1?CA2?KLaS?CAm （9）
hh?HL(CA1?CA2)/?CAm （10）
NL?式中?CA.m为液相平均推动力，即
?CAm???CA1??CA2(CA2?CA2)?(CA1?CA1)????CA.2CA?CA2Inln?2?CA1CA1?CA1 （11）
因为本实验采用纯水吸收二氧化碳，则
???CA1?CA2?CA?HpA （12）
二氧化碳的溶解度常数，
H??wMw?1E koml?m?3?Pa?1 （13）
?3式中：ρw —水的密度， kg?m;
?1Mw —水的摩尔质量， kg?kmol ；
E —二氧化碳在水中的享利系数，Pa。 因此，式（10）可简化为
?CAm?CA1?CAln?CA?CA1 （14）
因本实验采用的物系不仅遵循亨利定律，而且气膜阻力可以不计，在此情况下，整个传质过程阻力都集中于液膜，即属液膜控制过程，则液侧体积传质膜系数等于液相体积传质总系数，亦即
kla?KLa?VsLCA1?CA2?hS?CAm （15）
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四、实验组织运行要求
根据本实验的特点、要求和具体条件，采用“以学生自主训练为主的开放模式组织教学”。 五、实验条件
仪器：填料塔液侧传质膜系数测定实验仪、量筒（2000ml）； 试剂：蒸馏水（或软水）、二氧化碳。 六、实验步骤
本实验装置由填料吸收塔、二氧化碳钢瓶、水槽、水泵、空气压缩机和各种测量仪表组成，其流程如下图
二氧化碳吸收-解吸实验装置
1、CO2钢瓶；2、减压阀；3、CO2流量计；4、18、空气流量计；5、水流量计；6、水泵；7、吸收塔液封；8、液位计；9、填料吸收塔；10、阀门；11、吸收塔压差计；12、解吸塔压差计；13、水槽； 14、解吸塔液封；15、填料解吸塔；16、空气压缩机；17、水流
量计；19、温度显示仪表
实验前，往水槽中加入蒸馏水，检查各流量计调节阀，以及二氧化化碳的减压阀是否均已关严。
(一)实验操作可按下步骤进行：
1、缓慢开启进水调节阀，水流量可在10—50L·h-1范围内选取。一般在此范围内选取5-6个数据点。调节流量时一定要注意保持高位稳压水槽有适量溢流水
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流出，以保证水压稳定。
2、缓慢开启进气调节阀。二氧化碳流量一般控制在0.1m3·h-1左右。 3、当操作稳定时，测量塔顶和塔底的水温和气温，同时测量塔底溶液中的CO2含量。
溶液中二氧化碳含量的测定方法
用吸量管吸取0.1M的Ba（OH）2溶液10mL，放入三角瓶中，并从塔底附设的取样口处接收塔底溶液20 mL，用胶塞塞好，并振荡。用离心机除去瓶中碳酸钡白色沉淀，清液中加入2-3滴甲基橙指示剂，最后用0.1M的盐酸滴定到终点。直到其脱除红色的瞬时为止，由空白试验与溶液滴定用量之差值，按下式计算得出溶液中二氧化碳的浓度：
CCO2?（二）实验记录
1、记录实验设备基本参数 (1)填料柱：
2CBa(OH)2VBa(OH)2?CHClVHCl2V溶液?1 mo?lL
柱体内径 d= mm；填料层高度 h= mm 大气压 Pa= MPa；室温 Ta= ℃；
试剂：Ba（OH）2溶液浓度 C Ba = ；用量V Ba = ；
盐酸浓度C Hcl= 测定并记录数据 实验序号 气相 塔底气温 Tg·1/℃ 塔顶气温 Tg·2/℃ 塔底压强 P/mmH2O 3-1CO2流量 Vs·g/mh 液相 塔底液温 TL·1/℃ 塔顶水温 TL·1/℃ -1水的流量 Vs·L/h 塔底采样量 V /ml - 26 -
盐酸滴定量 VHcl/ ml 整理实验数据 实验序号 气相 平均温度 Tg/℃ CO2密度ρg/kg.m-3 空塔速度 u0/m.s-1 液相 平均温度 TL/℃ 液体密度ρL/kg.m-3 液体粘度μL/Pa.s CO2扩散系数 Dl/m2.s-1 3-1体积流率 Vs·l/ms 喷淋密度 W/m3.m-2.h-1 质量流速 L/kg.m-3. m-2.s-1 -3塔顶浓度CA·1/kmol. m 塔底浓度 CA/kmol.m-3 传质速率 GA/ kmol.s -3平均推动力 ΔCA·m/kmol. m -1-1液相体积传质总系数 KL·a/s -1液侧体积传质膜系数 Kl·a/s 根据实验结果，在双对数坐标上标绘液侧体积传质膜系数与喷淋密度的关系曲线 七、思考题
1、哪些操作条件会影响本实验系统的稳定性？如何判定系统稳定与否？ 2、本实验中其他条件不变而空气流量适当增加时，出塔气、液组成会如何变化？
3、本实验中其他条件不变而水流量适当增加时，出塔气、液组成会如何变化？
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