化工原理 第8章 吸收作业 传质速率方程

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第8章 吸收（传质速率方程）

一、填空题:

1. 化工生产中吸收可应用在1、 ＿＿＿＿＿＿，2、＿＿＿＿___ ＿＿＿，3、＿＿＿＿＿。

2. 吸收质是指＿＿＿＿＿＿＿＿；而吸收剂则是指＿＿＿＿＿__ __＿＿；惰性组分是指＿＿＿___________＿＿＿＿＿＿。

3. 图所示为同一温度下A.B.C 三种气体在水中的溶解度曲线。由图可知， 它们溶解度大小的次序是＿＿＿＿＿＿；同一平衡分压下，它们的液相平衡浓度大小顺序是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

4. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E ＿＿＿＿，相平衡常数m ＿＿＿＿，溶解度系数H ＿＿_＿。

5. 吸收中， 温度不变，压力增大，可使相平衡常数＿＿＿＿___ （增大， 减小，不变），传质推动力＿＿___(增大，减小，不变)

6. 实验室用水逆流吸收空气中的CO2，当水量和空气量一定时，增加CO2，则入塔气体浓度________，出塔气体浓度______,出塔液体浓度________. 2. 吸收总推动力用气相浓度差表示时，应等于__________________和______________________________之差。

7. 当平衡线为直线时，总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为

1m 1

，m k x 表示＿＿＿＿＿，当＿＿＿＿＿＿＿项可忽略时，表示该吸收过=+

K y k x k y 程为气膜控制。 8.

对于难溶气体，吸收时属于＿＿＿＿＿＿控制的吸收，强化吸收的手段是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿_____＿＿。

二、计算题

1．某系统温度为10℃，总压101.3kPa ，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？（10℃时，氧气在水中的亨利系数E 为3.31×106kPa 。）

2．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SO 2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：

从液相分析SO 2的传质方向；

从气相分析，其它条件不变，温度降到0℃时SO 2的传质方向；

其它条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa 时SO 2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。

3．在温度为20℃、总压为101.3kPa 的条件下，CO 2与空气混合气缓慢地沿着Na 2CO 3溶液液面流过，空气不溶于Na 2CO 3溶液。CO 2透过1mm 厚的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中，混合气体中CO 2的摩尔分率为0.2，CO 2到达Na 2CO 3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO 2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，CO 2在空气中的扩散系数为0.18cm 2/s。试求CO 2的传质速率为多少？

4．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k G =3.84×10-6 kmol/（m 2·s ·kPa ），液相传质系数k L =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

**

-c A 表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数； 以p A -p A 、c A

分析该过程的控制因素。

一、填空题:

1. 制取液体产品， 回收和分离有用组分， 净化气体。

2. 被液体吸收的组分，用于吸收的液体，不被吸收剂吸收的组分。 3. C ＞B ＞A ； 在同一平衡分压下液相平衡浓度A ＞B ＞C 4. 不变； 减少； 不变 5. 减小 增大 6 1. 增加； 增加； 增加

2. 气相主体摩尔浓度； 同液相主体浓度相平衡的气相浓度 7. 液膜阻力， 气膜阻力 ，m k x

8. 液膜、 增大液相侧的传质分系数或液流湍动程度。

二、计算题

1．解：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知，氧气在气相中的分压为：

*p A =py =101.3×0.21=21.27kPa

*

=∴ c A

ρS p A

EM S

*=故 c A

1000⨯21. 27

=3.57×10-4kmol/m3 6

3. 31⨯10⨯18

m A =3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3

2．解：(1)查得在总压101.3kPa ，温度30℃条件下SO 2在水中的亨利系数

E =4850kPa

所以 m =

从液相分析x

*

E 4850

= 47.88 =101. 3p

y 0. 3==0. 00627

=

故SO 2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。

（2）查得在总压101.3kPa ，温度0℃的条件下，SO 2在水中的亨利系数E =1670kPa

m =

E 1670

= =16.49 p 101. 3

从气相分析y *=mx=16.49×0.01=0.16

（3）在总压202.6kPa ，温度30℃条件下，SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa

m =

E 4850= =23.94 p 202. 6

从气相分析

y *=mx=23.94×0.01=0.24

故SO 2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

x *=

y 0. 3==0. 0125 m 23. 94

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

3．解 : CO 2通过静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液液面属单向扩散，可用式（5-42）计算。

已知：CO 2在空气中的扩散系数D =0.18cm2/s=1.8×10-5m 2/s 扩散距离z =1mm=0.001m， 气相总压p =101.3kPa 气相主体中溶质CO 2的分压

p A1=py A1=101.3×0.2=20.27kPa 气液界面上CO 2的分压p A2=0

所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压

p B1=p －p A1=101.3－20.27=81.06kPa 气液界面上的空气（惰性组分）的分压

p B2=p －p A2=101.3－0=101.3kPa

空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：

p Bm =

p B2-p B1101. 3-81. 06

=90. 8kPa =

101. 3p B2

ln ln

81. 06p B1

1. 8⨯10-5101. 3Dp

⋅⋅(20. 27-0) N A =(p A1-p A2) =

8. 314⨯293⨯0. 00190. 8RTzp Bm

=1.67×10-4kmol/(m2·s)

p *6. 7

=134kPa 4．解：（1）根据亨利定律E =A =

x 0. 05

相平衡常数m =

E 134

==1. 34 p 100

溶解度常数H =

ρs

EM s

=

1000

=0. 4146

134⨯18

*

=100×0.05-134×0.01=3.66kPa p A -p A

11111

+=13180+240617=253797 ==+-4-63. 86⨯10K G Hk L k G 0. 4146⨯1. 83⨯10

K G =3. 94⨯10-6 kmol/（m 2·s ·kPa ）

*

N A =K G (p A -p A ) =3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m 2·s ）

c A =

0. 01

=0. 56 kmol/m3

0. 99⨯18/1000

*c A -c A =0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3

K G 3. 94⨯10-6K L ===9. 5⨯10-6m/s

H 0. 4146

*

N A =K L (c A -c A ) =9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m 2·s ）