化工原理气体吸收经典习题.docVIP

1、掌握的内容 相组成的表示法及换算；气体在液体中溶解度，亨利定律及各种表达式和相互间的关系；相平衡的应用；分子扩散、菲克定律及其在等摩尔反向扩散和单向扩散的应用；对流传质概念；双膜理论要点；总传质系数及总传质速率方程；吸收过程物料衡算，操作线方程推导、物理意义；最小液气比概念及吸收剂用量的计算；填料层高度的计算，传质单元高度与传质单元数的定义、物理意义，传质单元数的计算（平均推动力法和吸收因数法）；吸收塔的设计计算。 2、熟悉的内容 吸收剂的选择；各种形式的单相传质速率方程、膜传质系数和传质推动力的对应关系；各种传质系数间的关系；气膜控制与液膜控制；传质单元数的图解积分法；吸收塔的操作型分析；解吸的特点及计算。 3、了解的内容 分子扩散系数及影响因素；塔高计算基本方程的推导。 6．在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问： 从液相分析SO2的传质方向； 从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向； 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。 查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa 查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 解：(1) 47.88 从液相分析 x=0.01 故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。 （2） =16.49 从气相分析 y*=mx=16.49×0.01=0.16y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 （3） =23.94 从气相分析 y*=mx=23.94×0.01=0.24y=0.3 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为: ?x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为: ?y= y － y*=0.3－0.24=0.06 8．在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数=3.84×10-6 kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数=1.83×10-4 m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时 以（）、（）表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数； 分析该过程的控制因素。 解：（1）根据亨利定律 相平衡常数 溶解度常数 以气相分压差（）表示总推动力时： =100×0.05-134×0.01=3.66kPa = kmol/（m2·s·kPa） =3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/（m2·s） 以（）表示的传质总推动力时： kmol/m3 =0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3 =8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/（m2·s） （2）与（）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2·s·kPa）/ kmol； 其中气相阻力为m2·s·kPa/ kmol； 液相阻力m2·s·kPa/ kmol； 气相阻力占总阻力的百分数为。 故该传质过程为气膜控制过程。 【例5-11】在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则、如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为） 解： 用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故 因气体流量V不变，所以、近似不变，HOG不变。 因塔高不变，故根据Z=可知不变。 当清水量加大时，因，故S降低，由图5-25可以看出会增大，故将下降。 根据物料衡算可近似推出将下降。 17．某填料吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0，丙酮的回收率为95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为，吸收过程为气膜控制，气相总体积吸收系数与气体流率的0.8次方成正比。（塔截面积为1m2） （1）若气体流量增加15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？ （2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。 解： （1） 设操作条件变化前为原工况 = X2=0，=