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
y x y 1
1k k m K +
=，x k m 表示＿＿＿＿＿，当＿＿＿＿＿＿＿项可忽略时，表示该吸收过程为气膜控制。

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, SO 2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G k =3.84×10-6 kmol/（m 2·s ·kPa ），液相传质系数L k =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
以*
A A p p -、A *A
c c -表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数； 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 ，x k m
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：
py p =*A =101.3×0.21=21.27kPa
∴ S
A
S *
A
EM p c ρ=
故 =⨯⨯⨯=18
1031.327
.2110006
*A
c 3.57×10-4kmol/m 3
m A =3.57×10-4×32×1000=11.42g/m 3
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 ==
p
E m =3.1014850
47.88 从液相分析00627.088
.473.0*
===
m y x
< x =0.01 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
==
p E m 3
.1011670
=16.49 从气相分析y *=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3 故SO 2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

（3）在总压202.6kPa ，温度30℃条件下，SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa
==
p E m 6
.2024850 =23.94 从气相分析
y *=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3
故SO 2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

0125.094
.233.0*===
m y x 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 =0.18cm 2/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：
B1
B2
B1B2Bm ln
p p p p p -=
=
kPa 8.9006.813.101ln 06
.813.101=- )(A2A1Bm
A p p RTzp Dp
N -==
)027.20(8.903.101001.0293314.8108.15-⋅⋅⨯⨯⨯- =1.67×10-4kmol/(m 2·s)
4．解：（1）根据亨利定律kPa 13405
07
6A ==
=..x p E * 相平衡常数34.1100
134
===
p E m 溶解度常数4146.018
1341000
s
s
=⨯=
=
EM H ρ
*
A
A p p -=100×0.05-134×0.01=3.66kPa G L G 1
11k Hk K +==253797240617131801086.3110
83.14146.0164=+=⨯+⨯⨯-- 6G 1094.3-⨯=K kmol/（m 2·s ·kPa ）
)(*
A A G A p p K N -==3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m 2·s ）
56.01000
/1899.001
.0A =⨯=
c kmol/m 3
A *A c c -=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m 3
m/s 105.94146
.01094.366G L --⨯=⨯==H K K
)(A *
A L A c c K N -==9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m 2·s ）。