例題與習題 - 下載本文

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

塔頂:△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

該塔不能滿足要求。

習 題

1. 溫度為10℃及30℃,總壓為101KPa的空氣和水接觸,空氣中氧的體積百分率為21%。試求:

(1)氧的最大濃度(xA、CA); (2)溶解度系數。

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的平衡分壓2026Pa。求:

(1)解度系數H (mol·m-3·Pa-1);

(2)以氣相分壓與液相摩爾分數之間關系表示的相平衡方程; (3)相平衡常數;

(4)總壓提高一倍時的E、H、m值。

3. 在303K下,SO2分壓為3039Pa的混合氣分別與下列溶液接觸:

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

求這兩種情況下傳質的方向和傳質推動力(分別以SO2氣相分壓差和液相濃度差表示)。已知303K時,SO2的E = 4.79×106Pa。

4. 20℃的水與氮氣逆流接觸,以脫除水中溶解的氧氣。塔底入口的氧氣中含氧0.1%(體積),設氣液兩相在塔底達到平衡,平衡關系服從亨利定律。求下列兩種情況下水離開塔底時的最低含氧量。以mg·m-3表示。

(1)操作壓強為0.1MPa(絕壓); (2)操作壓強為0.04MPa(絕壓)。

5. 某逆流吸收塔塔底排出液中含溶質xA為2?10-4(摩爾分率),進口氣體中含溶質2.5%(體積),操作壓強為0.1MPa。氣液平衡關系為yA* = 50xA。

現將操作壓強由0.1MPa增至0.2MPa,問塔底推動力(yA-yA*)及(xA-xA*)各增加至原有的多少倍?

6. 某吸收塔用溶劑B吸收混合氣體中的A化合物。在塔的某一點,氣相中A的分壓為21278Pa,液相中A的濃度為1.00?10-3kmol·m-3,氣液之間的傳質速率為4×10-5kmol·s-1·m-2,氣膜傳質系數kg為3.95?10-9kmol(s·m2·Pa)-1,證實系統服從亨利定律,當PA=8106Pa時,液相的平衡濃度為1.00?10-3 kmol·m-3,求下列各項:

(1)kL、KG、KL

(2)PA- PA,i、CA,i- CA、PA- PA*、CA*- CA (3)氣相阻力占總阻力的百分數。

7. 下圖為兩種雙塔吸收流程,試在YA、XA圖上定性畫出每種吸收流程中A、B兩塔的操作線和平衡線,并標出兩塔對應的進、出口濃度(平衡關系服從亨利定律)。

習題 7 附圖

8. 一逆流操作的吸收塔,在101.33KPa,25℃條件下進行操作。塔內用清水吸收混合氣體中的H2S,進塔氣體中含H2S 4%(體積%),吸收率為95%。該物系服從亨利定律,亨利系數E=5.52×104KPa。試計算:

(1)操作液氣比為最小液氣比的1.15倍時操作液氣qn,C/qn,B和液體出塔組成XA,1(摩爾比)各為若干?

(2)若操作壓力改為560KPa,其它條件不變,操作液氣比qn,C/qn,B和液體出塔組成XA,1

又為若干?

9. 某吸收塔每小時從混合氣中吸收2000kg SO2。已知進塔氣中含SO218%(質量),其余視為空氣,混合氣的平均分子量取28,水的用量比最小吸收用量大65%,在操作條件下的平衡關系為YA*=26.7XA。試計算每小時用水量為多少m3?

10. 氣體混合物中溶質的組成YA,1 = 0.02,溶質的吸收率為99%,氣液相平衡關系為YA*=1.0XA,1。試求下列情況的傳質單元數。

(1)入塔液體為純溶劑,液體比qn,C/qn,B = 2.0; (2)入塔液體為純溶劑,液體比qn,C/qn,B = 1.25; (3)入塔液體組成X A,2 = 0.0001,液體比qn,C/qn,B = 1.25;

(4)入塔液體為純溶劑,液體比qn,C/qn,B = 0.8,溶質的回收率最大可達多少? 11. 30℃,常壓操作的填料吸收塔中,用清水吸收焦爐氣中的氨。焦爐氣處理量為6000m3·h-1(標)。進塔氣體中氨的含量為3%(體積%),要求氨的吸收率不低于98%。水的用量為最小用量的1.6倍,空塔氣速取1.0m·s-1。已知操作條件下的平衡關系為YA*=1.2XA,氣相體積吸收總系數KYa=0.06kmol·(m3·s)-1。試求:

(1)分別用對數平均推動力法及吸收因數法求氣相總傳質單元數。 (2)填料層高度。

12. 某廠有一填料塔,直徑880mm,填料層高6m,所用填料為50mm瓷拉西環,亂堆。每小時處理2000m3混合氣(體積按25℃與101.33KPa計),其中含丙酮5%(體積%),用清水作吸收劑。塔頂送出的廢氣中含0.263%(體積%)的丙酮,塔底送出來的溶液每kg含丙酮61.2g。根據上述測試數據計算氣相體積總傳質系數KYa。操作條件下的平衡關系為YA* = 2XA。

上述情況下每小時可回收多少kg丙酮?若把填料層加高3m,可以多回收多少丙酮? 13. 今有逆流操作的填料吸收塔,用清水吸收原料氣中的甲醇。已知處理氣量為1000m3·h-1,原料氣中含甲醇100g·m-3,吸收后的水中含甲醇量等于與進料氣體相平衡時組成的67%。 設在標準狀況下操作,吸收平衡關系為YA*=1.5XA,甲醇的回收率為98%,KY=0.5kmol·(m2·h)-1,塔內填料的有效表面積為190m2·m-3,空塔氣速為0.5m·s-1。試求:

(1)水的用量; (2)塔徑; (3)填料層高度。

14. 有一填料吸收塔,填料高10m,用清水逆流洗去混合氣中有害組分A,在一定的操作條件下,測得進、出塔氣體中含A分別為YA,1 = 0.02,YA,2 = 0.004,出塔液相中含A 0.008(均為比摩爾分數)。相平衡常數m = 1.5,問:

(1)該操作條件下的氣相總傳質單元高度為多少?

(2)因要求塔頂出塔氣體中含A為0.003(比摩爾分數),如液氣比不變,填料層應加高多少?

15. 在高度為6m的填料塔內,用純吸收劑吸收某氣體混合物中的可溶組分,在操作條件下,相平衡常數m = 0.5,當qn,C/qn,B = 0.8時,溶質回收率可達90%,現改用另一種性能較好的填料在相同條件下其吸收率提高到95%,問此填料的體積傳質系數是原填料的多少倍?

16. 某填料塔在常壓及293K下,用清水吸收混合氣體中的SO2,處理氣量為1m3·s-1,其中含SO2 9%(體積百分數)。要求SO2的吸收率為95%,吸收用的液氣比為最小液氣比的1.2倍。求:

(1)吸收所得出塔液體濃度; (2)氣相傳質單元數;

已知常壓、293K下,SO2的YA - XA平衡數據列于下表中: XA YA XA YA

17. 有一吸收塔,其填料層高為3m,操作壓強為0.1MPa(絕),溫度為20℃。現用來吸收氨-空氣混合氣體中的氨,吸收率為99%。混合氣體中含氨0.06(摩爾分率),進口氣體流率為580kg·(m2·h)-1(標態),進口清水流率為770kg(m2·h)-1。假定等溫逆流操作,平衡關系為yA*= 0.9xA, 且KG與氣體流速的0.8次方成正比。試分別計算下列情況下的填料層高度。

(1)將操作壓強增加一倍。 (2)將進口水流量增加一倍。 (3)將進口氣體流量增加一倍。

18. 某填料吸收塔用XA,2 = 0.0002的溶劑逆流吸收混合氣中的可溶組分,采用液氣比是3,氣體入口濃度YA,1= 0.01,回收率可達? = 0.90。

今因解吸不良使吸收劑入口濃度X2升至0.00035。試求: (1)可溶組分的回收率下降至多少? (2)液相出塔濃度升高至多少? 已知物系的平衡關系為YA*= 2XA。 19. 平衡關系YA* = XA, YA,1 = 0.1, XA,2 = 0.01 (1)當? = 0.8時,(qn,C/qn,B)min = ?

(2)?max= ?分別在 qn,C/qn,B < m、qn,C/qn,B > m, qn,C/qn,B = m ) (3)如果YA* = 0.5XA時,?max會有何變化? (4)XA,2由0.01升至0.15,會有何現象?

20. 壓強為1.013×105Pa、溫度為25℃的系統中,N2和O2的混合氣發生定常擴散過程。已知相距5.00×10-3m的兩截面上,氧氣的分壓分別為1.25×104Pa、7.5×103Pa;0℃時氧氣在氮氣中的擴散系數為1.818×10-5 m2·s-1。求等分子反向擴散時:

(1)氧氣的擴散通量;

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)氮氣的擴散通量;

(3)與分壓為1.25×104Pa的截面相距2.5×10-3m處氧氣的分壓。

21. 定常態下,NH3和H2的混合氣發生擴散過程。系統總壓為1.013×105Pa、溫度為298K,擴散系數為7.83×10-5 m2·s-1。已知相距0.02m的兩截面上,NH3的分壓分別為1.52×104Pa和Pa。試求:

(1)NH3和H2作等分子反向擴散時的傳質通量;

(2)H2為停滯組分時,NH3的傳質通量。并比較等分子反向擴散與單向擴散的傳質通量大小。

22. 在某一裝水的淺槽中,水的高度為5×10-3 m,維持槽中水溫為30℃,因分子擴散使水逐漸向大氣蒸發。假設擴散開始時通過一厚度為5×10-3 m、溫度為30℃的靜止空氣層,該空氣層以外水蒸氣分壓視為零。擴散系數為3.073×10-5 m2·s-1,大氣壓為1.013×105Pa。求淺

槽內的水完全蒸發所需的時間。

23. 含NH310%(體積百分數,下同)的氨-空氣混合氣在填料吸收塔中連續用水吸收,出塔時氨的濃度降為0.1%。操作溫度為293K,壓強為1.013×105Pa。已知在塔內某一點上,氨在氣相中的濃度為5%,與該點溶液呈平衡的氨的分壓為660Pa,傳質速率為1.00mol·m-2·s-1。若氨在空氣中的擴散系數為2.4×10-5 m2·s-1,且假定傳質總阻力集中在氣液界面氣體一側的層流膜層中。試求該層流膜層的厚度。

思 考 題

1. 低濃度氣體吸收有何特點?

2. 亨利定律有哪些表達方式?相平衡關系在吸收過程中有何應用? 3. 雙膜理論的主要論點是什么?

4. 吸收速率方程有哪些表達方法?各式中哪一項代表傳質過程的阻力? 5. 說明操作線方程及操作線的物理意義。

6. 利用已學過的傳熱原理與傳質原理,填充下表: 過 程 內 容 傳 遞 對 象 被 傳 遞 的 對 象 傳熱過程 吸收過程





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