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