吸收练习题解答.doc

第五章 例题例51：含有30%（体积） 的某种混合气体与水接触，系统温度为30，总压为101.3 。试求液相中 的平衡浓度 为若干 。解：令 代表 在气相中的分压，则由分压定律可知：在本题的浓度范围内亨利定律适用。 依式 可知：其中H为30时 在水中的溶解度系数。由 得： 30时 在水中的亨利系数 。又因为 为难溶于水的气体，故知溶液浓度甚低，所以溶液密度可按纯水计算，即取 ，则： 例52：已知在101.3 及20时，氨在水中的溶解度数据本例附表1所示。试按以上数据标绘出 曲线及 曲线，并据以计算亨利系数 及相平衡常数m值，再指出该溶液服从亨利定律的浓度范围。解：以第三组数据 ， 为例，计算如下：各组数据的计算结果列于附表2中。根据表中数据标绘的 曲线及 曲线如本例附图1，2所示。由附图1可见，从原点作平衡曲线的切线OE，其斜率为：由附图2可见，从原点作平衡曲线的切线OM，其斜率为：由图可见，当 （及X）值在0.04以下时，平衡曲线与切线的偏差不超过5%，即对应于同一 （及X）值的 （及 ）值相对偏差约在5%以内，可以认为亨利定律适用。因而，在此浓度范围内平衡关系可写为：及 例53：在图26所示的左、右两个大容器内分别装有浓度不同的 和 两种气体的混合物。联通管长0.61m，内径24.4mm，系统温度为25，压强为101.3 。左侧容器内的分压 为20 ，右侧容器的分压 为6.67 。已知在25， 101.3 的条件下 的扩散系数为 。试求：（1）单位时间内自容器1向容器2传递的 量， ；（2）联通管中与截面1相距0.305m处的 分压， 。解：（1）根据题意可知，应按等分子反向扩散计算传质速率 。依式 ，单位截面积上单位时间内传递的 量为：又知联通管截面积为：所以单位时间内由截面1向截面2传递的 量为：（2）因传递过程处于稳定状态下，故联通管各截面上在单位时间内传递的 量应相等，即 ，又知 ，故 。若以 代表与截面1的距离为 处的 分压，则依式 可写出下式：因此 例54：若设法改变条件，使图26所示的联通管中发生 通过停滞的 而向截面2稳定扩散的过程，且维持1、2两截面上 的分压及系统的温度、压强与例53中的数值相同，再求：（1）单位时间内传递的 量， ；（2）联通管中与截面1相距0.305m处的 分压， 。解：（1）按式 计算联通管中的 的传递速率：则 在例53中已算出： 故 单位时间内传递的氨量为：（2）以 、 、及 分别代表与截面1的距离为 处的 分压、 分压及1、 两截面上 分压的对数平均值，则依式 可知：则 将上式左端化简得：则 又知 所以 则 例55：用温克尔曼法（Winkelmans Method）测定 蒸气在空气中的扩散系数，其装置示意于本例附图1。在恒温的竖直细管中盛有 液体，令空气在横管中快速流过，以保证竖管管口处空气中的 分压接近于零。可以认为 由液面至竖管管口的传递是靠扩散。实验在321K及101.3 下进行，测得的数据于本例附表1中。321K温度下 的饱和蒸气压 ，液体 的密度 。计算321K、101.3 下 蒸气在空气中的扩散系数。解：因竖管中的气体并不受外水平气流的干扰，故 蒸气由液面向管口的传递可看作是 通过停滞的空气层的扩散，液面上随时处于平衡状态， 液体汽化的速率即等于竖管内 蒸气向管口传递的速率。 的传递速率可按 计算，即： （1）式中 的平衡分压， ；管口与液面两处空气分压的对数均值， 。 （2）则 （3）随着 液体的汽化，液面下降而扩散距离z逐渐增大。液面下降的速度 与竖管中 的传递速率有如下关系： （4）式中 的分子量， 。 比较（3）、（4）两式可知： 则 （5）式（5）等号左端除 外，所余各因子皆为常数。对式（5）进行积分，积分限为： ， ， 得 （6）必须指出：对于扩散的有效距离z及 ，很难测量得准确可靠，但对液面降落的高度 则可读出足够精确的数值。为此作如下处理：将此关系代入式（6），整理后可得： （7）由式（7）可以看出，如根据实验数据将 对 在普通直角坐标纸上进行标绘，理应得到一条直线，此直线的斜率为： （8）依据斜率 的数值便可计算出扩散系数D。按此方法处理附表中列出的实验数据，各计算值列于本例附表2中。将 对 进行标绘，所得的直线如本例附图2所示。由本例附图2中求得直线的斜率为：则根据式（8）可算出扩散系数为：321K、101.3 下 蒸气在空气中的扩散系数为 。例56：已知某低浓度气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数 ，液膜吸收系数 ，溶解度系数 。试求气相吸收总系数 ，并分析该吸收过程的控制因素。：解：因系统符合亨利系数，故可按 计算总系数 由计算过程可知：气膜阻力 ，而 液膜阻力 ，液膜阻力远小于气膜阻力，该吸收过程为气膜控制。例57：用洗油吸收焦炉气中的芳烃。吸收塔内的温度为27、压强为 。焦炉气流量为 ，其中所含芳烃的摩尔分率为0.02，要求芳烃回收率不低于95%。进入吸收塔顶的洗油中所含芳烃的摩尔分率为0.005。若取溶剂用量为理论最小用量的1.5倍，求每小时送入吸收塔顶的洗油量及塔底流出的吸收液浓度。 操作条件下的平衡关系可用下式表达，即：解：进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为：进塔气体中芳烃的浓度为：出塔气体中芳烃的浓度为：进塔洗油中芳烃浓度为：按照已知的平衡关系 ，在Y-X直角坐标系中标绘出平衡曲线OE，如本题附图所示。再按 、 之值在图上确定操作线端点T。过点T作平衡曲线OE的切线，交水平线 于点 ，读出点 的横坐标值为：则 L是每小时送入吸收塔顶的纯溶剂量。考虑到入塔洗油中含有芳烃，则每小时送入吸收塔顶的洗油量应为：吸收液浓度可依全塔物料衡算式求出，即：例58：在填料塔中进行例57所述的吸收操作。已知气相总传质单元高度 为0.875m，求所需填料层高度。解：求得填料层高度的关键在于算出气相总传质单元数 。由例57中给出的平衡关系式可知平衡线为曲线，故应采用图解法积分法。（1）图解法 由例57附图中的操作线BT与平衡线OE可读出对应于一系列 值的 和 值，随之可计算出一系列 值。今在 至 区间内取若干 值进行上述计算，其结果列于本例附表。在普通坐标纸上标绘表中各组 与 的对应数据，并将所得各点联成一条曲线，见本例附图。图中曲线与 、 及 三条直线所包围的面积总计为23.0个小方格，而每一小方格所相当的数值为 ，所以则知所需填料层高度为 （2）计算法 本例附表中已注明，从 到 逐个 值的选取是等差的，n=10， 。依照辛普森公式：例59：用 含量为 的水吸收混合气中的 。进塔吸收剂流量为 ，混合气流量为 ，其中 的摩尔分率为0.09，要求 的吸收率为85%。在该吸收操作条件下 系统的平衡数据如下：+求气相总传质单元数 。解：吸收剂进塔组成 吸收剂进塔流量 气相进塔组成 气相出塔组成 进塔惰性气流量 出塔液相组成由 与 的数值得知，在此吸收过程所涉及的浓度范围内的平衡关系可用后六组平衡数据回归而得的直线方程表达。回归方程为： 即 ， 与此式相应的平衡线见本例附图中的直线 。操作线斜率为 与此式相应的操作线见附图中的直线 。脱吸因数 依式 计算 ： 或依式 计算 ：例510：用梯级图解法求例57所述条件下的气相总传质单元数。解：由例57附图可以看出，平衡线的弯曲程度不大，今用梯级图解法求传质单元数，与例58进行对比。根据 、 、 、 各已知数值及平衡关系式 ，在 直角坐标系中重新标绘出操作线BT及平衡线OE，见本例附图。作MN线使之平分BT与OE之间的垂直距离。由点T开始作梯级，使每个梯级的水平线都被MN平分。由图可见，达到点B时所画出的梯级数约为8.7，即 ，此结果与用图解积分法求得的结果接近。+例511：拟在某塔中进行例57所述的吸收操作，试求该吸收塔所需理论板数。解：（1）梯级图解法 由例57的计算过程已知： 又知 根据上述已知条