1、第九章 传吸收例题例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,液面离杯口的距离(扩散距离)为z,取d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=1.1910-5m2/s;T=273+25=298K;PB2=101.3-0=101.3k
2、Pa;PB1=101.3-8.0=93.3kPa;z-扩散距离,m。代入(1)中,得:在d时间内,液面高度降低dz,对乙醇作衡算:或 (2)式中:=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=1.1910-5(308/298)1.5=1.2510-5m2/s;其余参数不变。积分可得:例7-3 总压为101.3 kPa、温度为20时,1000 kg水中溶解15 kg NH3,此时溶液上方汽相中NH3的平衡分压为2.266 kPa。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
3、尔分率不变,则问此时NH3的溶解度及各系数的值。解:本题中,ANH3,SH2O。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*=0.383122.266=1.736kmol/m3 仍取溶液的密度为1000kg/m3,则1m3溶液质量为1000kg。A=1.73617=29.51kgNH3的溶解度为: 例7-5 含氨极少的空气于101.33 kPa,20被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.
4、1510-6 kmol/(m2skPa),液膜传质系数kL=1.8110-4 (m/s),溶解度系数H=1.5 kmol(m3kPa)。汽液平衡关系服从亨利定律。求:汽相总传质系数KG,KY;液相总传质系数KL,KX;气膜与液膜阻力的相对大小;若汽相主体氨浓度的摩尔分率为0.03,液相主体浓度为0.5 kmol/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=101.333.1110-6=3.1510-4 kmol/(m2.s) KL=KG/H=3.1110-6/1.5=2.0710-6 m/sKX=CTKL=(1000/18) 2.0710-6=1.151
5、0-4 kmol/(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=101.30.03=3.04 kPa3.1310-6(3.04-Pi)=1.8110-4(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=0.364 kPa, Ci=0.547 kmol/m3。例7-6用清水吸收某有机物A,吸收塔的操作压强为101.3 kPa,温度为293 K,进吸收塔的气体流量为900 m3/h,其中A含量为0.02
6、6(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*=1.2 X,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)=0.026 7进塔溶剂中A组成X2: X2=0平衡线符合亨利定律 (L/V)min=m=1.20.9=1.08 由 (L/V)=1.5(L/V)min,得: L=1.5(L/V)minV=1.51.0836.46=59.07 kmol/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
7、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1390 kg/h,混合气体中氨的分压为1.33 kPa,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101.325 kPa。在操作条件下,平衡关系为Y*0.75X。若吸收剂(水)用量为52 kmol/h。已知氨的汽相体积吸收总系数KYa314 kmol(m3h)。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=0.013 2Y2=0.0134(1-0.995)=6.710-5 X2=0V=1390/29=47.93 kmol/hY1*=mX1=0.750.0123=9.22510-3Y2*=mX2=0.750=0 Y1=Y1-Y1*=0.013 4-0.009 225=0.004 175Y2=Y2-Y2*=6.710-5-0=6.710-5 z=HOGNOG=0.303713.41=4.07m(2)用吸收因数法求填料层高度 z=HOGNOG=0.303713.40=4.07m
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