化工原理(下)

第七章 传质与分离过程概论3. 在直径为0.012 m 、长度为0.35 m 的圆管中，CO 气体通过N 2进行稳态分子扩散。

管内N 2的温度为373 K ，总压为101.3 kPa ，管两端CO 的分压分别为70.0 kPa 和7.0 kPa ，试计算CO 的扩散通量。

解：设 A －CO ； B －N 2查附录一得 s m 10318.024AB -⨯=D()31.3kPa kPa 703.101A1B1=-=-=p p p 总().3kPa 49kPa 0.73.101A2B2=-=-=p p p 总kPa 12.57kPa 3.313.94ln 3.313.94ln B1B2B1B2 BM =-=-=p p p p p8. 有一厚度为8 mm 、长度为800 mm 的萘板。

在萘板的上层表面上有大量的45 ℃的常压空气沿水平方向吹过。

在45 ℃下，萘的饱和蒸汽压为73.9 Pa ，固体萘的密度为1 152 kg/m 3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.016 5 m/s 。

试计算萘板厚度减薄5％所需要的时间。

解：由式（7-45）计算萘的传质通量，即() Ab Ai L A c c k N -=式中Ab c 为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大，故可认为0Ab =c ；Ai c 为萘板表面 处气相中萘的饱和浓度，可通过萘的饱和蒸气压计算，即3Ai 5Ai 73.9kmol/m 2.795108314318p c RT -===⨯⨯kmol / m 3 22L Ai Ab 57A ()0.0165(2.795100)kmol/(m s) 4.61210kmol/(m s)N k c c --=-=⨯⨯-⋅=⨯⋅ 设萘板表面积为S ，由于扩散所减薄的厚度为b ，物料衡算可得A A A Sb N M S ρθ=2.168h s 10806.7s 12810612.41152008.005.037A A A1=⨯=⨯⨯⨯⨯==-M N b ρθ 第八章 气体吸收填空题试题——工业生产中的吸收操作以 流操作为主。

标准答案：逆试题——相平衡常数m 值越大，气体的溶解度越 。

标准答案：小试题——用水吸收SO2的过程通常被视为控制的吸收过程。

标准答案：双膜试题——填料塔顶部常称为端。

标准答案：稀试题——气体吸收的原理是根据混合气体中各组分在液体溶剂中的不同实现的。

标准答案：溶解度试题——气体的扩散系数与体系压力成比。

标准答案：反试题——对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而。

标准答案：增大试题——对于一定的溶质和溶剂，溶解度系数H值随温度升高而。

标准答案：减小试题——用水吸收氧气的过程通常被视为控制的吸收过程。

标准答案：液膜试题——吸收填料塔底部常称为端。

标准答案：浓试题——常用填料综合性能最好的是填料。

标准答案：丝网波纹试题——对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而。

标准答案：减小试题——难溶气体的亨利系数E值比易溶气体值。

标准答案：大试题——用水吸收氨、氯化氢的过程通常被视为控制的吸收过程。

标准答案：气膜试题——工业生产中，吸收操作主要采用塔为主。

标准答案：填料简答题试题——双膜模型要点：双膜模型又称为停滞膜模型，由惠特曼提出。

（1分）在相互接触的气液两相间存在一个稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞膜—气膜和液膜，（1分）溶质经过两膜层的传质方式为分子扩散。

（1分）在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无传质阻力。

（1分）在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。

（1分）试题——吸收剂的选择要点：吸收剂对溶质组分应具有较大的溶解度，传质推动力大，吸收速率快。

（1分）对溶质组分有良好吸收的同时，对混合气体其它组分基本不吸收，较好的选择性。

（1分）;操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，挥发度小，减少吸收剂的损失。

（1分） 操作温度下吸收剂的黏度要低，流动阻力小。

（1分）无毒性、无腐蚀性，不易燃、不发泡，价廉易得，并具有化学稳性。

（1分） 试题——填料塔结构及原理要点：填料塔塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆（或整砌）的方式放置在支承板上。

（1分）液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，在填料表面形成均匀的液膜，并沿填料表面流下。

（1分）气体从塔底送入，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙。

（1分）填料塔属于连续接触式气液传质设备，气相为连续相，液相为分散相。

（1分） 填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。

（1分）计算题2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。

试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。

解：水溶液中CO 2的浓度为 33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯ 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。

测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、31.06koml/m c =。

气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。

（1）试计算以p ∆、c ∆表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。

解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为246G L G 11111()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210K Hk k --=+=+⋅⋅⨯⨯⨯ 35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =⨯+⨯⋅⋅=⨯⋅⋅6G 1097.4-⨯=K kmol/(m 2·s ·kPa)以液相组成差表示的总推动力为33*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ∆=-=-=⨯⨯-= 其对应的总吸收系数为m/s 10855.6m/s 102.5725.01055.11111664G L L ---⨯=⨯+⨯=+=k H k K（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为%58.95%100102.51097.4/1/166G G G G =⨯⨯⨯==--k K K k 6. 在一直径为0.8 m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。

已知混合气的流量为45 kmol/h ，二氧化硫的体积分数为0.032。

操作条件下气液平衡关系为34.5Y X =，气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m 3·s)。

若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。

求水的用量（kg/h ）及所需的填料层高度。

解：1110.0320.0331110.032y Y y ===-- ()()21A 10.033110.980.000662Y Y ϕ=-=⨯-=4110.0331*9.5941034.5Y X m -===⨯ 44110.76*0.769.594107.29110X X --==⨯⨯=⨯ 惰性气体的流量为n,V 45(10.032)kmol/h 43.56kmol/h q =⨯-=水的用量为()n,V 123n,L 412()43.560.03310.000662kmol/h 1.93810kmol/h 7.291100q Y Y q X X --⨯-===⨯-⨯- 34m,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/h q =⨯⨯=⨯求填料层高度m 429.0m 8.0785.00562.03600/56.432Y V n,OG =⨯⨯=Ω=a K q H 4111*0.033134.57.291100.00795Y Y Y -∆=-=-⨯⨯=222*0.00066234.500.000662Y Y Y ∆=-=-⨯=12m 120.007950.0006620.002930.00795ln ln 0.000662Y Y Y Y Y ∆-∆-∆===∆∆ 07.1100293.0000662.00331.0m 21OG =-=∆-=Y Y Y N m749.4m 429.007.11OG OG =⨯==H N Z 9. 某制药厂现有一直径为1.2 m ，填料层高度为3 m 的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。

入塔混合气的流量为40 kmol/h ，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液平衡关系为Y = 2.2X ；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35 kmol/ (m 2·h)。

填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。

试计算（1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。

解：（1）1110.060.0638110.06y Y y ===-- ()()21A 10.063810.950.00319Y Y ϕ=-=⨯-=惰性气体的流量为n,V 40(10.06)kmol/h 37.6kmol/h q =⨯-=n,L A n,V min2.20.95 2.09q m q ϕ⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭ ()h kmol 58.78h kmol 6.3709.2min L n,=⨯=q h kmol 9.117h kmol 58.755.1L n,=⨯=q ()()n,V1122n,L 37.60.06380.0031900.0193117.9q X Y Y X q =-+=⨯-+= （2）111*0.0638 2.20.01930.0213Y Y Y ∆=-=-⨯=222*0.00319 2.200.00319Y Y Y ∆=-=-⨯=12m 120.02130.003190.009540.0213ln ln 0.00319Y Y Y Y Y ∆-∆-∆===∆∆12OG m 0.06380.00319 6.3530.00954Y Y N Y --===∆ OG OG 3m 0.4726.353Z H N ===m 由 n,VOG Y q H K a =Ω填料的有效比表面积为 n,V 23232OG Y 37.6m /m 201.35m /m 0.4720.350.785 1.2q a H K ===Ω⨯⨯⨯ 填料的总比表面积为2323t 201.35m /m 223.72m /m 0.9a == 由 OG T ln 1N S N S =-n,Vn,L 2.237.60.702117.9mq S q ⨯=== T 6.353(0.7021) 5.351ln 0.702N ⨯-== 由 T Z HETP N =⨯ 填料的等板高度为3m 0.561m 5.351HETP == 10. 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。