第九章 传质吸收例题.docx

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第九章传质吸收例题

［例7-2］有一个10cm高的烧杯内装满乙醇，问在101.3kPa及25℃的室温下全部蒸发完约需多少天？

若温度升高至35℃，问全部蒸发完约需多少天？

假设烧杯口上方空气中乙醇蒸汽分压为零；25℃和35℃下乙醇的饱和蒸汽压分别为8.0kPa和13.3kPa。

解：

乙醇通过静止空气层的扩散为单向扩散，且为非稳定过程，但因扩散距离z的变化缓慢，故可作为拟稳态处理。

基本方法：

设在扩散的任意时刻τ，液面离杯口的距离（扩散距离）为z，取dτ时间间隔对物料作衡算，并结合扩散的规律解决之。

单向扩散，有：

（1）

式中：

D=1.19×10-5m2/s；

T=273+25=298K；

PB2=101.3-0=101.3kPa；

PB1=101.3-8.0=93.3kPa；

z-扩散距离，m。

代入

（1）中，得：

在dτ时间内，液面高度降低dz，对乙醇作衡算：

或

（2）

式中：

ρ=780kg/m3，MA=46kg/kmol；

代入上式，得：

积分可得：

当温度升高至35时℃：

PB1=101.3-13.3=88.0kPa;

D=1.19×10-5×（308/298）1.5=1.25×10-5m2/s;

其余参数不变。

积分可得：

［例7-3］总压为101.3kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kgNH3，此时溶液上方汽相中NH3的平衡分压为2.266kPa。

试求溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。

若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则问此时NH3的溶解度及各系数的值。

解：

本题中，A—NH3，S—H2O。

首先将汽、液相组成换算为y与x。

MA=17，MS=18

由亨利定律得：

E=PA*/xA=2.266/0.01563=145.0kPa∴m=E/P=145/101.3=1.431

若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则E不变，H也不变。

CA=HPA*

=0.3831×2×2.266=1.736kmol/m3

仍取溶液的密度为1000kg/m3,则1m3溶液质量为1000kg。

A=1.736×17=29.51kg

∴NH3的溶解度为:

［例7-5］含氨极少的空气于101.33kPa，20℃被水吸收。

已知气膜传质系数kG=3.15×10-6kmol/（m2·s·kPa），液膜传质系数kL=1.81×10-4（m/s），溶解度系数H=1.5kmol／（m3·kPa）。

汽液平衡关系服从亨利定律。

求：

①汽相总传质系数KG，KY；液相总传质系数KL，KX；

②气膜与液膜阻力的相对大小；

③若汽相主体氨浓度的摩尔分率为0.03，液相主体浓度为0.5kmol/m3，求界面浓度。

解：

（1）因为物系的汽液平衡关系服从亨利定律，故

KY=PTKG=101.33×3.11×10-6

=3.15×10-4kmol/（m2.s）KL=KG/H=3.11×10-6/1.5=2.07×10-6m/s

KX=CTKL=（1000/18）×2.07×10-6

=1.15×10-4kmol/（m2.s）

（2）气膜阻力占总阻力的%

计算结果表明,该吸收过程属气膜控制。

（3）对稳定吸收过程，由传质速率方程得：

NA=kG（P-Pi）=kL（Ci-C）

P=PTy=101.3×0.03=3.04kPa

∴3.13×10-6（3.04-Pi）=1.81×10-4（Ci-0.5）（a）在界面处汽液相接触处于平衡状态，则

Ci=HPi=1.5Pi（b）

（a）,（b）联立,解得:

Pi=0.364kPa,Ci=0.547kmol/m3。

［例7-6］用清水吸收某有机物A，吸收塔的操作压强为101.3kPa，温度为293K，进吸收塔的气体流量为900m3/h，其中A含量为0.026（摩尔分数），要求吸收率为90％，在操作条件下，A在两相间的平衡关系为Y*=1.2X，若取水的用量为理论最小用量的1.5倍，求每小时送入吸收塔顶的水量及塔底流出的吸收液组成。

解：

进入吸收塔的惰性气体摩尔流量V：

进塔气中A的组成Y1：

Y1=0.026/（1-0.026）=0.0267

进塔溶剂中A组成X2：

X2=0

平衡线符合亨利定律

∴（L/V）min=mη=1.2×0.9=1.08

由（L/V）=1.5（L/V）min，得：

L=1.5（L/V）min×V=1.5×1.08×36.46

=59.07kmol/h

吸收液出塔组成：

由L（X1-X2）=V（Y1-Y2）得：

［例7-7］空气和氨的混合气体，在直径为

0.8m的填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。

已知送入的空气量为1390kg/h，混合气体中氨的分压为1.33kPa，经过吸收后混合气中有99.5％的氨被吸收下来。

操作温度为20℃，压强为101.325kPa。

在操作条件下，平衡关系为Y*＝0.75X。

若吸收剂（水）用量为52kmol/h。

已知氨的汽相体积吸收总系数KYa＝314kmol／（m3·h）。

求所需填料层高度。

解：

（1）用对数平均推动力求填料层高度

依题意y1=1.33/101.325=0.0132

Y2=0.0134（1-0.995）=6.7×10-5

X2=0

V=1390/29=47.93kmol/h

Y1*=mX1=0.75×0.0123=9.225×10-3

Y2*=mX2=0.75×0=0

ΔY1=Y1-Y1*=0.0134-0.009225

=0.004175

ΔY2=Y2-Y2*=6.7×10-5-0=6.7×10-5

∴z=HOGNOG=0.3037×13.41=4.07m

（2）用吸收因数法求填料层高度

∴z=HOGNOG=0.3037×13.40=4.07m