5.5 习题精选

5-1 当压力不变时，温度提高1倍，溶质在气相中的扩散系数提高 2.83 倍；假设某液相黏度随温度变化很小，绝对温度降低1倍，则溶质在该液相中的扩散系数降低 1倍。 5-2 等分子反向 扩散适合于描述精馏过程；单向扩散 适合描述吸收和解吸过程。 5-3 双组份理想气体进行单向扩散。当总压增加时，若维持溶质A在气相各部分分压不变，传质速率将 减少 ；温度提高，则传质速率将 增加 ；气相惰性组分摩尔分率减少，则传质速率将 增加 。

5-4 常压、25℃低浓度的氨水溶液，若氨水浓度和压力不变，而氨水温度提高，则亨利系数E 增加 ，溶解度系数H 减小 ，相平衡常数m 增加 ，对 吸收 过程不利。 5-5 常压、25℃低浓度的氨水溶液，若氨水上方总压增加，则亨利系数E 不变 ，溶解度系

数H 不变 ，相平衡常数m 减少 ，对 解吸 过程不利。

5-6 常压、25℃密闭容器内装有低浓度的氨水溶液，若向其中通入氮气，则亨利系数E 不变 ，

溶解度系数H 不变 ，相平衡常数m 减少 ，气相平衡分压 不变 。

5-7含5％（体积分率）二氧化碳的空气－二氧化碳混合气，在压力为101.3kPa，温度为25℃下，与浓度为1.1×10－3kmol/m3的二氧化碳水溶液接触,已知相平衡常数m为1641，则CO2从 气 相向 液 转移，以液相摩尔分率表示的传质总推动力为 1.07×10-5 。 5-8填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的溶质A，操作条件下体系的相平衡常数m为3，进塔气体浓度为0.05（摩尔比），当操作液气比为4时，出塔气体的极限浓度为 0 ；当操作液气比为2时，出塔液体的极限浓度为 0.0167 。

5-9 难溶气体的吸收过程属于 液膜 控制过程，传质总阻力主要集中在 液膜 侧，提高吸收速率的有效措施是提高 液 相流体的流速和湍动程度。

5-10在填料塔内用清水吸收混合气体中的NH3，发现风机因故障输出混合气体的流量减少，

这时气相总传质阻力将 增加 ；若因故清水泵送水量下降，则气相总传质单元数 不变 。

5-11低浓度逆流吸收塔中，若吸收过程为气膜控制过程，同比例增加液气量，其他条件不

变，则HOG 增加 ，?Ym 增加 ，出塔液体X1 下降 ，出塔气体Y2增加 ，吸收率下降 。

5-12采用逆流填料吸收塔吸收某溶质，当要求液体含量不低于某一数值，且工艺对吸收剂

用量有一定的限制，结果填料未能得到充分润湿时，总传质系数 降低 ，工业上通常

1

采用 吸收液再循环 流程提高填料的润湿率，当 总传质系数提高程度大于传质推动力降低程度 时，此操作对吸收过程是有利的。

5-13溶质A的摩尔比XA=0.2的溶液与总压为2atm，YA=0.15（摩尔比）的气体接触，此条件

下的平衡关系为p?=1.2XA( atm)。则此时将发生 吸收 过程；用气相组成表示的总传A质推动力?Y= 0.03 ；若系统温度略有提高，则?Y将 降低 ；若系统总压略有增加，则?Y将 增加 。

5-14在吸收塔设计中，传质单元高度 的大小反映了吸收塔设备效能的高低； 传质单元数 反映了吸收过程的难易程度。

5-15 在一逆流吸收塔内，填料层高度无穷大，当操作液气比到平衡；当操作液气比

LVLV>m时，气液两相在 塔顶 达

LV

时，气液两相在 全塔各截面 达到平衡。

5-16 用清水吸收空气－NH3中的氨气通常被认为是 气膜 控制的吸收过程，当其它条件不变，进入吸收塔清水流量增加，则出口气体中氨的浓度 减少 ，出口液中氨的浓度 减少 ，溶质回收率 增大 。

5-17 在常压低浓度溶质的气液平衡体系中，当温度和压力不变时，液相中溶质浓度增加，溶解度系数H 不变 ，亨利系数E 不变 。

5-18 对于易溶气体的吸收过程，气相一侧的界面浓度Yi接近于 Y＊（液相主体浓度平衡的摩尔比），而液相一侧的界面浓度Xi接近于 X（液相主体浓度） 。

5-19 解吸过程中，解吸塔某截面的气相溶质分压 小于 液相浓度的平衡分压，解吸操作线总在平衡线的 下方 。

5-20 吸收因数可表示为 A＝L／（Vm） ，它在X-Y图的几何意义是 吸收操作线斜率与平衡线斜率之比 。

5-21当减少吸收剂用量，Y1、Y2和X2不变，则传质推动力 减少 ，操作线将 靠近 平衡线，吸收塔设备费用将 增加 。

5-22 一定操作条件下的填料吸收塔，若增加填料层高度，则传质单元高度HOG将 不变 ，传质单元数NOG将 增加 。

5-23 在填料吸收塔设计过程中，若操作液气比

?L????则全塔平均吸收推动力为 V?V?minL0 ，填料层高度 无穷大 。

2

5-24．传质单元数与 分离要求 、 平衡关系 、 操作液气比 有关。 5-25. 最大吸收率η

max

与 液气比 、 液体入塔浓度 、 相平衡常数 有关。

3

3

5-26. 在25℃下，用CO2浓度为0.01kmol/m和0.05kmol/m的CO2水溶液分别与CO2分压为50.65kPa的混合气接触，操作条件下相平衡关系为pA*=1.66×105x(kPa),试说明上述两种情况下的传质方向，并用气相分压差和液相摩尔浓度差分别表示两种情况下的传质推动力。 解：x?cAMS?S?0.01?18/1000?1.8?10?4

pA*=1.66×105×1.8×10-4=29.9(kPa)

pA=50.65 kPa> pA* 所以传质方向为溶质由气相到液相（吸收过程）

*以气相分压差表示的传质推动力为?pA?pA?pA?50.65?29.9?20.8kPa

与CO2分压为50.65kPa的气相呈相平衡的液相摩尔浓度 c*A??SpAMSE?1000?50.6518?1.66?105?0.017kmol/m3

以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为

?cA?cA?cA?0.017?0.01?0.007kmol/m''*3

x?cMAS?S?0.05?18/1000?9.0?10?4

P’A*=1.66×105×9.0×10-4=149.4(kPa)

pA=50.65 kPa< pA* 所以传质方向为溶质由液相到气相（解吸过程）

以气相分压差表示的传质推动力为?pA?pA?pA?149.4?50.65?98.8kPa 以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为

?cA?cA?cA?0.05?0.017?0.033kmol/m*3*

5-27.在一填料塔内用清水逆流吸收某二元混合气体中的溶质A。已知进塔气体中溶质的浓度为0.03（摩尔比，下同），出塔液体浓度为0.0003，总压为101kPa，温度为 40℃，问: （1）压力不变，温度降为20℃时，塔底推动力（Y-Y）变为原来的多少倍？ （2）温度不变，压力达到202 kPa，塔底推动力（Y-Y）变为原来的多少倍？ 已知：总压为101kPa，温度为 40℃时，物系气液相平衡关系为Y*=50X。总压为101kPa，温度为 20℃时，物系气液相平衡关系为Y*=20X。

3

**

解： 总压为101kPa，温度为 40℃时

Y??mX?50?3?10?4?0.015

所以?Y?Y??1?0.03?0.015?0.015 （1）压力不变，温度降为20?C时

Y??mX?20?3?10'?4?0.006

所以?Y?Y??2?0.03?0.006?0.024

?Y?Y??Y?Y???2?0.0240.015?1.6倍

1(2) 压力达到202 kPa，温度为 40?C

m?''P1P2''m?12?50?25

Y??mX?25?3?10?4?0.0075

?所以?Y?Y?2?0.03?0.0075?0.0225

?Y?Y??Y?Y???2?0.02250.015?1.5倍

15-28.在一填料塔中进行吸收操作，原操作条件下，kYa=kXa=0.026kmol/m3.s，已知液相体积传质系数kXa?L0.66。试分别对m=0.1及m=5.0两种情况，计算当液体流量增加一倍时，总传质阻力减少的百分数。 解：

(1) m?0.1时

1KXaL??2L时

?1kXa?1mkYa?10.026?10.1?0.026?423.08(m?s)/kmol

3kX??L??a????L??1?0.66kXa?21mkYa0.66?0.026?0.0411kmol/(m110.1?0.0263?s)

1?KXa??kXa0.0411??408.95(m?s)/kmol

3所以，阻力减少：

4

1KXa?11?KXa?423.08?408.95423.08?3.34%

KXa(2) m?5时

1KXaL??2L时

?1kX a?1mkYa?10.026?15?0.026?46.15(m?s)/kmol

3kX??L??a????L??a1kXa'0.66kXa?21mkYa?0.66?0.026?0.0411kmol/(m15?0.02633?s)

1K'X?10.0411??32.02(m?s)/kmol

所以，阻力减少：

1KXa?1KXa1?KXa?46.15?32.0246.15?30.6%

5-29. 用清水在填料吸收塔中逆流吸收含有溶质A的气体混合物。进塔气体浓度为0.05（摩尔分率），在操作条件下相平衡关系为Y=5X，试分别计算液气比为6、5和4时，出塔气体的极限浓度和液体出口浓度。 解 (1)

LV?6?m，当填料层高度为无穷时，操作线ab与平衡线交于塔顶。

?0

*

?Y2,min?mX2由物料衡算：

X1?X2?VL?Y1?Y2,min?

?0.051?0.05?0.0526

Y Y1 a' a b Y=5X b' *其中Y1?y11?y1X1?0.05266X ?0.0088 习题5-29附图 (2)

LV?5?m，操作线ab与平衡线重叠

?0，

0.05265?0.0105?Y2,min?mX?X1,max?Y1m?2

5