化工原理学习指南-吸收.doc

【例8-1】 亨利定律各系数的计算 在常压及25℃下测得氨在水中平衡数据为:组成为1g的氨水上方的平衡分压为520Pa。在该组成范围内相平衡关系符合亨利定律。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。稀氨水密度可近似取为1000kg/m。 解：由亨利定律 其中 故亨利系数为 由亨利定律 其中 故亨利系数为 由亨利定律 其中 故溶解度系数为 另解： 两种计算结果基本一致。 讨论：亨利定律表示互成平衡的气液两相组成的关系，因组成可采用不同的表示方法，故亨利定律具有不同的表达形式，相应的系数也不同。依据亨利定律，可由已知的平衡数据（或某亨利定律的系数）计算其他的亨利定律的系数。计算时应注意单位的一致性，有时往往需要加以转换。 【例8-2】 温度、压力对亨利定律各系数的影响 见例8-1，若（1）氨水的温度与组成不变，而氨水上方的总压力升高到202.6kpa；（2）氨水的组成与总压力不变，而氨水的温度升高到40℃，此时氨水上方的平衡分压为750Pa。试求以上两种情况的亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。 解：（1）由于氨水的温度与组成不变，故氨水上方的氨的平衡分压不变，因此亨利系数E、溶解度系数H不变，由例8-1 相平衡常数m与总压力有关，由 （2）氨水的温度升高到40℃，此时氨水上方的平衡分压为750Pa，则 讨论：（1）亨利系数E、溶解度系数H仅与温度有关，与总压力无关；而相平衡常数m不仅与温度有关，还与总压力有关； （2）总压力愈高，相平衡常数m愈小，对吸收操作愈有利； （3）温度愈低，亨利系数E、相平衡常数m愈小；溶解度系数H愈大，对吸收操作愈有利。 【例8-3】根据相平衡关系判断传质进行的方向 在总压为101.3kPa、温度为30℃的条件下，某含为0.098（摩尔分数，下同）的混合空气与含为0.0025的水溶液接触，试判断的传递方向。已知操作条件下气液相平衡关系为=45.8X。 解：先计算气、液相摩尔比组成 从气相分析 故必由液相传递到气相，进行解吸。 从液相分析 结论同上。 讨论：相平衡关系的应用之一是判断传质过程进行的方向与极限。设气、液相组成分别为Y与X（摩尔比），与液相组成X成平衡的气相组成为，与气相组成Y成平衡的液相组成为，则过程方向为 （或）吸收过程 （或）平衡过程 （或）解吸过程 【例8-4】根据相平衡关系计算吸收过程的推动力 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的，空气中的的体积分数为8.5%，操作条件为15℃、405.3kPa，15℃时在水中的亨利系数为1.24×kPa，吸收液中的组成为。试求塔底处吸收总推动力、、、、、。 解：相平衡常数为 由亨利定律 由道尔顿分压定律 由亨利定律 吸收液的密度可按纯水计算，查手册得，15℃水的密度为998.95 则 吸收液的摩尔比为 混合气的摩尔比为 塔底吸收总推动力为 = = 讨论：吸收推动力因溶质组成表示方法的不同而具有多种形式，同时，在吸收塔的不同截面处，吸收总推动力也不同。 【例8-5】吸收系数和吸收速率的计算 用填料塔在101.3kPa及20℃下，以清水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的亨利系数为27.8kPa。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为6.5kPa，液相组成为2.615,液膜吸收系数，气相总吸收系数。求该截面处 （1）膜吸收系数、及； （2）总吸收系数； （3）吸收速率。 解：（1）因为吸收液溶质组成很低，以纯水的密度代替吸收液的密度，总组成也以纯水计。查手册得，20℃水的密度为998.2。 （2） （3） 或 两种计算结果相差不大。 讨论：（1）吸收系数具有多种形式，只要掌握了个吸收系数间的关系，即可计算进行； （2）吸收速率方程具有多种表达形式，这些方程式等价的，用任何吸收速率方程均可计算吸收速率。 【例8-6】计算吸收阻力，分析吸收过程的控制因素 已知某低组成气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数为，液膜吸收系数为，溶解度系数为。试求气膜阻力、液膜阻力和气相总阻力，并分析该吸收过程的控制因素。 解：气膜阻力为 液膜阻力为 气相总阻力为 气膜阻力占总阻力的百分数为 由计算可知，气膜阻力占总阻力的99.6%，故液膜阻力远小于气膜阻力，故该吸收过程为气膜控制。 讨论：（1）因为吸收系数具有多种形式，而吸收系数的