实验简介

三传类比指传递过程中的动量传递、热量传递和质量传递三者之间定量的类比关系， Chilton和Colburn曾通过大量的实验研究了湍流条件下，摩擦系数、对流传热系数和对流传质系数之 间的三传类比关系。本实验通过用极限扩散电流法（LDCT法）测定垂直管内液固传质系数， 运用传热与传质的类比关系验证三传类比原理。

仿真实验意义

通过仿真实验，可以进行传热、传质类比实验流程的模拟操作。解决了传热、 传质类比实验过程中的预习难、实验讲解难、实验操作难、练习难、数据处理 难、实验考核难、实验教学管理难等一系列问题，提高了教与学的质量。

仿真实验目的

通过传热、传质类比实验仿真系统，学生可以了解传热、传质类比实验的目的、 原理、设备、操作流程以及数据处理方法等。学习装置中各个部件的名称、用途 。通过模拟仿真操作，学生掌握传热、传质类比实验的操作流程及每一步操作会产 生的响应。了解用极限扩散电流技术测定固液传质系数的原理，掌握用极限扩散电流 法（LDCT法）测定垂直管内液固传质系数的实验方法，运用传热与传质的类比关系 验证三传类比原理。

实验装置及流程

实验段有机玻璃管尺寸为φ26×3mm、长为1500mm，在距入口1000mm处设有电极， 电极的设置形式如图3所示。循环液槽中的电解质溶液由循环泵输送，经调节阀和 转子流量计调控后进入实验段。离开实验段的液体经下降管返回循环液槽。溶液中 的溶解氧将影响电极反应，故配好的电解液需进行脱氧气处理，方法是向溶液中鼓 入氮气，以促进溶解氧的解吸。来自氮气瓶的氮气经减压阀后进入缓冲罐，再经转子 流量计计量后进入实验段，并在实验段顶部经气液分离罐后放空。

反应产物由气相色谱仪分析苯、甲苯、乙苯、苯乙烯含量。

实验原理

LDCT法原理：

在铁氰化钾与亚铁氰化钾所构成的电解质溶液中设置一对电极，其中，阴极（测量电极）的表面积 远比阳极的表面积小。当有电压施加在两电极之间时，在溶液中便有电极反应发生，阴极上是铁氰根离子的还原，阳极上则是亚铁氰根离子的氧化：

阴极：

阳极：

电极电路中电流强度的大小反映出电极反应的快慢。在溶液中，反应离子将向电极表面运动， 其传递方式主要为：① 电场作用下的离子迁移；② 浓度梯度所导致的扩散。若向溶液中加入过 量的惰性电介质溶质，则可消除电迁移的影响。此时，宏观反应速率取决于反应离子向电极表面 的扩散速率与电极表面上的电化学反应速率。当外加直流电压由小变大时，宏观反应速率加快，电 路中的电流变大。典型的电流—电压曲线如图1所示。当电压加大到某一值后（达到极限电流区域） ，电极表面上的电化学反应已相当快，超过了反应离子向电极表面的扩散速度，宏观电化学反应速度 由反应离子向电极表面扩散的速度所控制，此时电极表面反应离子浓度趋于零，电压的改变对电流影 响很小，在电流—电压曲线上出现“平台”。这一“平台”所对应的电流值称为“极限扩散电流”。在极限扩 散电流下，电化学反应速率与反应离子向电极表面的扩散速率相等。

由对流传质方程：

又由电化学反应原理（法拉第定律）：

因而有：

式中：kL — 电极表面的固液传质系数，m/s；IL — 极限电流，A；n — 每个分子在电极上反应时的离子数； F — Faraday常数；A — 测量电极（阴极）表面积，m2；cA — 主体溶液中反应离子的浓度，mol/m3；NA — 传质速率，mol/(m2.s)。

由方程（3）实现LDCT法测定垂直管内的传质系数 。

仿真实验特点

仿真实验中包括实验预习、实验设备、实验流程、实验操作、数据采集、数据处理、实验报告八个部分。

传热、传质类比仿真实验特点：

（1）具有实验设备流程图，学生可以通过系统进行实验的整个流程的操作，实现操作部件与设备内部物流的正确物流响应关系；

（2）可以让学生熟悉实验流程，掌握实验及各部分零部件的工作原理；

（3）实现预习、练习、测试一体化效果。