传质吸收例题

1、例7-2 有一个10cm高的烧杯内装满乙醇，问在101.3kPa及25的室温下全部蒸发完约需多少天？若温度升高至35，问全部蒸发完约需多少天？假设烧杯口上方空气中乙醇蒸汽分压为零；25和35下乙醇的饱和蒸汽压分别为8.0kPa和13.3kPa。解：乙醇通过静止空气层的扩散为单向扩散，且为非稳定过程，但因扩散距离z的变化缓慢，故可作为拟稳态处理。基本方法：设在扩散的任意时刻，液面离杯口的距离（扩散距离）为z，取d时间间隔对物料作衡算，并结合扩散的规律解决之。单向扩散，有： （1）式中：D=1.19×10-5m2/s；T=273+25=298K；PB2=101.3-0=101.3kPa；

2、PB1=101.3-8.0=93.3kPa；z-扩散距离，m。代入（1）中，得：在d时间内，液面高度降低dz，对乙醇作衡算：或 （2）式中：=780kg/m3，MA=46kg/kmol；代入上式，得：积分可得：当温度升高至35时：PB1=101.3-13.3=88.0kPa;D=1.19×10-5×(308/298)1.5=1.25×10-5m2/s;其余参数不变。积分可得：例7-3 总压为101.3 kPa、温度为20时，1000 kg水中溶解15 kg NH3，此时溶液上方汽相中NH3的平衡分压为2.266 kPa。试求溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。

3、若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则问此时NH3的溶解度及各系数的值。解：本题中，ANH3，SH2O。首先将汽、液相组成换算为y与x。 MA=17，MS=18由亨利定律得： E=PA*/xA=2.266/0.01563=145.0kPa m=E/P=145/101.3=1.431若总压增倍，维持溶液上方汽相摩尔分率不变，则E不变，H也不变。 CA=HPA*=0.3831×2×2.266=1.736kmol/m3仍取溶液的密度为1000kg/m3,则1m3溶液质量为1000kg。A=1.736×17=29.51kgNH3的溶解度为: 例7-5 含氨极少的空气

4、于101.33 kPa，20被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.15×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液膜传质系数kL=1.81×10-4 （m/s），溶解度系数H=1.5 kmol(m3·kPa)。汽液平衡关系服从亨利定律。求：汽相总传质系数KG，KY；液相总传质系数KL，KX；气膜与液膜阻力的相对大小；若汽相主体氨浓度的摩尔分率为0.03，液相主体浓度为0.5 kmol/m3，求界面浓度。解：(1)因为物系的汽液平衡关系服从亨利定律，故 KY=PTKG=101.33×3.11×10-6=3.15×10

5、-4 kmol/(m2.s) KL=KG/H=3.11×10-6/1.5=2.07×10-6 m/sKX=CTKL=(1000/18) ×2.07×10-6=1.15×10-4 kmol/(m2.s)(2)气膜阻力占总阻力的% 计算结果表明,该吸收过程属气膜控制。(3)对稳定吸收过程，由传质速率方程得：NA=kG(P-Pi)=kL(Ci-C)P=PTy=101.3×0.03=3.04 kPa3.13×10-6(3.04-Pi)=1.81×10-4(Ci-0.5) (a)在界面处汽液相接触处于平衡状态，则 Ci= H

6、Pi=1.5Pi (b)(a),(b)联立,解得:Pi=0.364 kPa, Ci=0.547 kmol/m3。例7-6用清水吸收某有机物A，吸收塔的操作压强为101.3 kPa，温度为293 K，进吸收塔的气体流量为900 m3/h，其中A含量为0.026(摩尔分数)，要求吸收率为90，在操作条件下，A在两相间的平衡关系为Y*=1.2 X，若取水的用量为理论最小用量的1.5倍，求每小时送入吸收塔顶的水量及塔底流出的吸收液组成。解：进入吸收塔的惰性气体摩尔流量V：进塔气中A的组成Y1： Y1=0.026/(1-0.026)=0.026 7进塔溶剂中A组成X2： X2=0平衡线符合亨利定律 (L

7、/V)min=m=1.2×0.9=1.08 由 (L/V)=1.5(L/V)min，得： L=1.5(L/V)min×V=1.5×1.08×36.46=59.07 kmol/h吸收液出塔组成： 由 L(X1-X2)=V(Y1-Y2) 得：例7-7 空气和氨的混合气体，在直径为0.8m的填料吸收塔中用清水吸收其中的氨。已知送入的空气量为1390 kg/h，混合气体中氨的分压为1.33 kPa，经过吸收后混合气中有99.5的氨被吸收下来。操作温度为20，压强为101.325 kPa。在操作条件下，平衡关系为Y*0.75X。若吸收剂(水)用量为52 kmol/h。已知氨的汽相体积吸收总系数KYa314 kmol(m3·h)。求所需填料层高度。解：(1)用对数平均推动力求填料层高度依题意 y1=1.33/101.325=0.013 2Y2=0.0134(1-0.995)=6.7×10-5 X2=0V=1390/29=47.93 kmol/hY1*=mX1=0.75×0.0123=9.225×10-3Y2*=mX2=0.75×0=0 Y1=Y1-Y1*=0.013 4-0.009 225=0.004