气体吸收习题参考资料 .doc

第九章 气体吸收 一、本章学习的目的、应掌握的内容和注意事项 1. 本章学习的目的 通过本章的学习，掌握气体吸收的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。 2. 本章重点掌握的内容 （1）气体吸收过程的平衡关系 （2）气体吸收过程的速率关系 （3）低浓度气体吸收过程的计算 本章应掌握的内容 （1）费克定律和分子传质问题的求解方法 （2）双膜模型 本章一般了解的内容 （1）溶质渗透模型和表面更新模型 （2）吸收系数 3. 本章学习应注意的问题 （1）表示吸收过程的平衡关系为亨利定律，亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。 （2）表示吸收过程的速率关系为吸收速率方程，吸收速率方程有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。 （3）学习分子传质，不要机械地记忆各过程的求解结果，应注意把握求解的思路和应用背景。（4）学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系，注意体会讲述传质机理和吸收过程机理的目的和意义。 9-1 惰性气与CO2的混合气中CO2体积分数为30％，在表压1MPa下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至表压20kPa，放出大部分CO2，然后再在解吸塔中吹气解吸。 设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少千克CO2气体。 解：依题意，在全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，查附录二得25℃下CO2溶于水时的亨力系数为 对膨胀槽作CO2物料平衡以1kg水为衡算基准入膨胀槽吸收液中CO2的组成 设此液1kg水中溶解CO2的kg数为W1，则有： 出膨胀槽吸收液中CO2的组成 设此液1kg水中溶解CO2的kg数为W2，则有： 故1kg水在膨胀槽中最多能释放出CO2的kg数为 1kg水在膨胀槽中最多能放出CO2气体 9-2 某水杯中初始水面离杯上缘1cm，水温30℃，水汽扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零，总压101.3kPa。求水面下降4cm需要多少天? 恒定，但因停滞空气层厚度随杯中水面的下降而增厚，分子扩散阻力逐渐增大，传质速率逐渐下降，故此题为一维拟定态单向分子扩散问题，其传质速率仍可表示为 式中：D为水气在空气中的扩散系数，查教材P11中表8-1得（25℃），需将其换算至30℃下的值为 又查附录二、3.得30℃时水的饱和蒸汽压为4242Pa＝4.242kPa。于是 设水杯的截面积为A，在任意时刻θ时，杯中水面dθ后水面高度下降dθ内的微分物料衡算有： 积分得： 9-3 采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO，气体经两塔后SO总的回收率为91，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的143倍，两塔的传质单元高度H均为12m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。试求两塔的塔高。 因，即 ，又。于是 即A、B二塔的操作线与平衡线平行，于是有（可参考图示），故有 说明：关于操作线与平衡线平行的问题 对吸收而言，当时，无论采用何种方法计算，都会出现一个型的不定式，此时应牢记，因为此时在塔的任何截面上，传质的对数平均推动力都相等，现证明如下： 不妨设，当时，则有。而 此结论不仅适用于传质，同样也适用于传热的计算。 9-4 一逆流操作吸收塔如图所示．混合气体由塔底引入，其中可溶组分的浓度（摩尔分率，下同），单位塔截面上的气相流率，吸收剂分两处加入。由塔顶加入的为纯溶剂，单位塔截面上的流率。从塔顶往下，经2米填料层高度后，又加入一股的吸收剂，单位塔截面上的流率，再经6m填料层高度后，液体由塔底引出。全塔各处的均为，物系平衡关系为，试求： （1）第二股吸收剂L2加入后，塔内该截面上的液相浓度 （2）塔底排出的液相浓度 （3）为使出塔气相浓度降低，第二股吸收剂的加入口是向上移还是向下移？为什么？ 解：依题意，塔上下两段的传质单元高度相同，且有： 全塔物料衡算： 设第二股吸收液与上塔段流下来的液相流混合后的浓度为，与之对应的气相组成为，对上下两塔段作物料衡算有： 上塔： 下塔： 两塔段的传质单元数 因上塔段的操作线与平衡线平行（）， 塔上段： （4） 塔下段： （5） 式中 （1）联立求解方程组，将式（4）代入式（2）可得：，由式（1）得，再利用式（5），将均表示成的等式，即可求解出，所得结果如下： ，，， 即本题中的 （2）前已解出： （3）为使出塔气体的浓度降低，第二股物流应在塔内液相浓度处所处的截面加入，这样才不致因第二股物流的进入产生返混，使塔的吸收效率发挥到最大。 现对上塔段作计算，考察经过2m填料层高度后的液相组成 显然，尚未达到0.01，故第二个加入口应下移。 其物理解释如下： 若第二股