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qn,C qn,B?YA,1?YA,2XA,1?XA,2 X = 0

A,2

XA,1?

qn,Bqn,C(YA,1?YA,2)?196?(0.0204?1.02?10?3)?0.09540

塔顶:△YA,2 = YA,2 -YA,2* = 1.02×10-3

塔底:△YA,1 = Y A,1 -Y A,1* = 0.0204 - 0.13 ? 0.095 = 8.05 ? 10-3

?YA,m

?YA,1??YA,28.05?10?3?1.02?10?3?3???3.403?10?YA,18.05?10?3lnln?YA,21.02?10?3

HOG?qn,BKYa?S?196/3600?1.09m0.05

H需?HOG?

YA,1?YA,2?YA,m

0.0204?1.02?10?3?1.09?3.403?10?3 ?6.21m?h?6m

该塔不能满足要求。

习 题

1. 温度为10℃及30℃,总压为101KPa的空气和水接触,空气中氧的体积百分率为21%。试求:

(1)氧的最大浓度(xA、CA); (2)溶解度系数。

2. 已知在1.013×105 Pa下,100 g 水中溶有H2S 7.821×10-3 g ,溶液上方H2S的平衡分压2026Pa。求:

(1)解度系数H (mol·m-3·Pa-1);

(2)以气相分压与液相摩尔分数之间关系表示的相平衡方程; (3)相平衡常数;

(4)总压提高一倍时的E、H、m值。

3. 在303K下,SO2分压为3039Pa的混合气分别与下列溶液接触:

含SO2 25.60 mol·m-3 的水溶液; 含SO2 36.25 mol·m-3 的水溶液;

求这两种情况下传质的方向和传质推动力(分别以SO2气相分压差和液相浓度差表示)。已知303K时,SO2的E = 4.79×106Pa。

4. 20℃的水与氮气逆流接触,以脱除水中溶解的氧气。塔底入口的氧气中含氧0.1%(体积),设气液两相在塔底达到平衡,平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧量。以mg·m-3表示。

(1)操作压强为0.1MPa(绝压); (2)操作压强为0.04MPa(绝压)。

5. 某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质xA为2?10-4(摩尔分率),进口气体中含溶质2.5%(体积),操作压强为0.1MPa。气液平衡关系为yA* = 50xA。

现将操作压强由0.1MPa增至0.2MPa,问塔底推动力(yA-yA*)及(xA-xA*)各增加至原有的多少倍?

6. 某吸收塔用溶剂B吸收混合气体中的A化合物。在塔的某一点,气相中A的分压为21278Pa,液相中A的浓度为1.00?10-3kmol·m-3,气液之间的传质速率为4×10-5kmol·s-1·m-2,气膜传质系数kg为3.95?10-9kmol(s·m2·Pa)-1,证实系统服从亨利定律,当PA=8106Pa时,液相的平衡浓度为1.00?10-3 kmol·m-3,求下列各项:

(1)kL、KG、KL

(2)PA- PA,i、CA,i- CA、PA- PA*、CA*- CA (3)气相阻力占总阻力的百分数。

7. 下图为两种双塔吸收流程,试在YA、XA图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线,并标出两塔对应的进、出口浓度(平衡关系服从亨利定律)。

习题 7 附图

8. 一逆流操作的吸收塔,在101.33KPa,25℃条件下进行操作。塔内用清水吸收混合气体中的H2S,进塔气体中含H2S 4%(体积%),吸收率为95%。该物系服从亨利定律,亨利系数E=5.52×104KPa。试计算:

(1)操作液气比为最小液气比的1.15倍时操作液气qn,C/qn,B和液体出塔组成XA,1(摩尔比)各为若干?

(2)若操作压力改为560KPa,其它条件不变,操作液气比qn,C/qn,B和液体出塔组成XA,1

又为若干?

9. 某吸收塔每小时从混合气中吸收2000kg SO2。已知进塔气中含SO218%(质量),其余视为空气,混合气的平均分子量取28,水的用量比最小吸收用量大65%,在操作条件下的平衡关系为YA*=26.7XA。试计算每小时用水量为多少m3?

10. 气体混合物中溶质的组成YA,1 = 0.02,溶质的吸收率为99%,气液相平衡关系为YA*=1.0XA,1。试求下列情况的传质单元数。

(1)入塔液体为纯溶剂,液体比qn,C/qn,B = 2.0; (2)入塔液体为纯溶剂,液体比qn,C/qn,B = 1.25; (3)入塔液体组成X A,2 = 0.0001,液体比qn,C/qn,B = 1.25;

(4)入塔液体为纯溶剂,液体比qn,C/qn,B = 0.8,溶质的回收率最大可达多少? 11. 30℃,常压操作的填料吸收塔中,用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为6000m3·h-1(标)。进塔气体中氨的含量为3%(体积%),要求氨的吸收率不低于98%。水的用量为最小用量的1.6倍,空塔气速取1.0m·s-1。已知操作条件下的平衡关系为YA*=1.2XA,气相体积吸收总系数KYa=0.06kmol·(m3·s)-1。试求:

(1)分别用对数平均推动力法及吸收因数法求气相总传质单元数。 (2)填料层高度。

12. 某厂有一填料塔,直径880mm,填料层高6m,所用填料为50mm瓷拉西环,乱堆。每小时处理2000m3混合气(体积按25℃与101.33KPa计),其中含丙酮5%(体积%),用清水作吸收剂。塔顶送出的废气中含0.263%(体积%)的丙酮,塔底送出来的溶液每kg含丙酮61.2g。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数KYa。操作条件下的平衡关系为YA* = 2XA。

上述情况下每小时可回收多少kg丙酮?若把填料层加高3m,可以多回收多少丙酮? 13. 今有逆流操作的填料吸收塔,用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m3·h-1,原料气中含甲醇100g·m-3,吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时组成的67%。 设在标准状况下操作,吸收平衡关系为YA*=1.5XA,甲醇的回收率为98%,KY=0.5kmol·(m2·h)-1,塔内填料的有效表面积为190m2·m-3,空塔气速为0.5m·s-1。试求:

(1)水的用量; (2)塔径; (3)填料层高度。

14. 有一填料吸收塔,填料高10m,用清水逆流洗去混合气中有害组分A,在一定的操作条件下,测得进、出塔气体中含A分别为YA,1 = 0.02,YA,2 = 0.004,出塔液相中含A 0.008(均为比摩尔分数)。相平衡常数m = 1.5,问:

(1)该操作条件下的气相总传质单元高度为多少?

(2)因要求塔顶出塔气体中含A为0.003(比摩尔分数),如液气比不变,填料层应加高多少?

15. 在高度为6m的填料塔内,用纯吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分,在操作条件下,相平衡常数m = 0.5,当qn,C/qn,B = 0.8时,溶质回收率可达90%,现改用另一种性能较好的填料在相同条件下其吸收率提高到95%,问此填料的体积传质系数是原填料的多少倍?

16. 某填料塔在常压及293K下,用清水吸收混合气体中的SO2,处理气量为1m3·s-1,其中含SO2 9%(体积百分数)。要求SO2的吸收率为95%,吸收用的液气比为最小液气比的1.2倍。求:

(1)吸收所得出塔液体浓度; (2)气相传质单元数;

已知常压、293K下,SO2的YA - XA平衡数据列于下表中: XA YA XA YA

17. 有一吸收塔,其填料层高为3m,操作压强为0.1MPa(绝),温度为20℃。现用来吸收氨-空气混合气体中的氨,吸收率为99%。混合气体中含氨0.06(摩尔分率),进口气体流率为580kg·(m2·h)-1(标态),进口清水流率为770kg(m2·h)-1。假定等温逆流操作,平衡关系为yA*= 0.9xA, 且KG与气体流速的0.8次方成正比。试分别计算下列情况下的填料层高度。

(1)将操作压强增加一倍。 (2)将进口水流量增加一倍。 (3)将进口气体流量增加一倍。

18. 某填料吸收塔用XA,2 = 0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比是3,气体入口浓度YA,1= 0.01,回收率可达? = 0.90。

今因解吸不良使吸收剂入口浓度X2升至0.00035。试求: (1)可溶组分的回收率下降至多少? (2)液相出塔浓度升高至多少? 已知物系的平衡关系为YA*= 2XA。 19. 平衡关系YA* = XA, YA,1 = 0.1, XA,2 = 0.01 (1)当? = 0.8时,(qn,C/qn,B)min = ?

(2)?max= ?分别在 qn,C/qn,B < m、qn,C/qn,B > m, qn,C/qn,B = m ) (3)如果YA* = 0.5XA时,?max会有何变化? (4)XA,2由0.01升至0.15,会有何现象?

20. 压强为1.013×105Pa、温度为25℃的系统中,N2和O2的混合气发生定常扩散过程。已知相距5.00×10-3m的两截面上,氧气的分压分别为1.25×104Pa、7.5×103Pa;0℃时氧气在氮气中的扩散系数为1.818×10-5 m2·s-1。求等分子反向扩散时:

(1)氧气的扩散通量;

5.625×10-5 6.618×10-4 8.43×10-4 0.01891 1.41×10-4 1.58×10-3 1.406×10-3 0.03546 2.81×10-4 4.23×10-3 1.969×10-3 0.05411 4.22×10-4 7.69×10-3. 2.81×10-3 0.08423 5.63×10-4 0.01127 4.22×10-3 0.1377 (2)氮气的扩散通量;

(3)与分压为1.25×104Pa的截面相距2.5×10-3m处氧气的分压。

21. 定常态下,NH3和H2的混合气发生扩散过程。系统总压为1.013×105Pa、温度为298K,扩散系数为7.83×10-5 m2·s-1。已知相距0.02m的两截面上,NH3的分压分别为1.52×104Pa和Pa。试求:

(1)NH3和H2作等分子反向扩散时的传质通量;

(2)H2为停滞组分时,NH3的传质通量。并比较等分子反向扩散与单向扩散的传质通量大小。

22. 在某一装水的浅槽中,水的高度为5×10-3 m,维持槽中水温为30℃,因分子扩散使水逐渐向大气蒸发。假设扩散开始时通过一厚度为5×10-3 m、温度为30℃的静止空气层,该空气层以外水蒸气分压视为零。扩散系数为3.073×10-5 m2·s-1,大气压为1.013×105Pa。求浅

槽内的水完全蒸发所需的时间。

23. 含NH310%(体积百分数,下同)的氨-空气混合气在填料吸收塔中连续用水吸收,出塔时氨的浓度降为0.1%。操作温度为293K,压强为1.013×105Pa。已知在塔内某一点上,氨在气相中的浓度为5%,与该点溶液呈平衡的氨的分压为660Pa,传质速率为1.00mol·m-2·s-1。若氨在空气中的扩散系数为2.4×10-5 m2·s-1,且假定传质总阻力集中在气液界面气体一侧的层流膜层中。试求该层流膜层的厚度。

思 考 题

1. 低浓度气体吸收有何特点?

2. 亨利定律有哪些表达方式?相平衡关系在吸收过程中有何应用? 3. 双膜理论的主要论点是什么?

4. 吸收速率方程有哪些表达方法?各式中哪一项代表传质过程的阻力? 5. 说明操作线方程及操作线的物理意义。

6. 利用已学过的传热原理与传质原理,填充下表: 过 程 内 容 传 递 对 象 被 传 递 的 对 象 传热过程 吸收过程