1、 5.5習題精選5-1當壓力不變時，溫度提高1倍，溶質在氣相中的擴散系數提高2.83倍;假設某液相黏度隨溫度變化很小，絕對溫度降低1倍，則溶質在該液相中的擴散系數降低丄倍。5-2等分子反向擴散適合于描述精館過程;單向擴散適合描述吸收和解吸過程。5-3雙組份理想氣體進行單向擴散。當總壓增加時，若維持溶質A在氣相各部分分壓不變，傳質速率將減少：溫度提高，則傳質速率將增加：氣相惰性組分摩爾分率減少，則傳質速率將增加。5-4常壓、25C低濃度的氨水溶液，若氨水濃度和壓力不變，而氨水溫度提高，則亨利系數E增加，溶解度系數H減小,相平衡常數m增加,對吸收過程不利。5-5常壓、25C低濃度的氨水溶液，若氨水

2、上方總壓增加，則亨利系數E不變,溶解度系數H不變,相平衡常數m減少,對解吸過程不利。5-6常壓、25C密閉容器內裝有低濃度的氨水溶液，若向其中通入氮氣，則亨利系數止變_,溶解度系數H不變，相平衡常數m減少,氣相平衡分壓不變。5-7含5%（體枳分率）二氧化碳的空氣一二氧化碳混合氣，在壓力為101.3kPa,溫度為25C下，與濃度為1.lX10_5kmol/m3的二氧化碳水溶液接觸，已知相平衡常數m為1641,則C0,從氣相向液轉移,以液相摩爾分率表示的傳質總推動力為1.07X10-。5-8填料吸收塔內，用清水逆流吸收混合氣體中的溶質A,操作條件下體系的相平衡常數m為3,進塔氣體濃度為0.05（摩

3、爾比），當操作液氣比為4時，出塔氣體的極限濃度為；當操作液氣比為2時，出塔液體的極限濃度為0.0167。5-9難溶氣體的吸收過程屬于液膜控制過程，傳質總阻力主要集中在液臉側，提高吸收速率的有效措施是提高相流體的流速和湍動程度。5-10在填料塔內用清水吸收混合氣體中的NHs，發現風機因故障輸出混合氣體的流量減少，這時氣相總傳質阻力將增加；若因故清水泵送水量下降，則氣相總傳質單元數住變。5-11低濃度逆流吸收塔中，若吸收過程為氣膜控制過程，同比例增加液氣量，其他條件不變，則忠增加,AYm增加，出塔液體X卜降，出塔氣體Y：增加，吸收率上降。5-12采用逆流填料吸收塔吸收某溶質，當要求液體含量不低于某

4、一數值，且工藝對吸收劑用量有一定的限制，結呆填料未能得到充分潤濕時，總傳質系數降低，工業上通常采用吸收液再循壞流程提高填料的潤濕率，當總傳質系數提高程度人于傳質推動力降低程度時,此操作對吸收過程是有利的。5-13溶質A的摩爾比臉0.2的溶液與總壓為2atm,乙二0.15（摩爾比）的氣體接觸，此條件卞的平衡關系為p二1.2X（atm）。則此時將發生吸收過程;用氣相組成表示的總傳質推動力JY=0.03:若系統溫度略有提高，則4Y將降低；若系統總壓略有增加，則4Y將增加。5-14在吸收塔設計中，傳質單元高度的犬小反映了吸收塔設備效能的高低:傳質單元數反映了吸收過程的難易程度。5-15在一逆流吸收塔內

5、，填料層高度無窮大，當操作液氣比m時,氣液兩相在塔頂達到平衡；當操作液氣比討時，氣液兩相在塔底達到平衡；當操作液氣比=m時，氣液兩相在全塔各截面達到平衡。5-16用清水吸收空氣一NH3中的氨氣通常被認為是氣臉控制的吸收過程，當其它條件不變，進入吸收塔清水流量増加，則出丨I氣體中氨的濃度減少，出丨I液中氨的濃度J咸少，溶質回收率增人。5-17在常壓低濃度溶質的氣液平衡體系中，當溫度和壓力不變時，液相中溶質濃度增加，溶解度系數H不變,亨利系數E不變。5-18對于易溶氣體的吸收過程，氣相一側的界面濃度K接近于尸（液相主體濃度平衡的摩爾比）,而液相一側的界面濃度凡接近于X（液相主體濃度）。5-19解吸

6、過程中，解吸塔某截面的氣相溶質分壓小于液相濃度的平衡分壓，解吸操作線總在平衡線的下方。5-20吸收因數可表示為A=L/（Vm）,它在XT圖的幾何意義是吸收操作線斜率與平衡線斜率之比o5-21當減少吸收劑用量，：Y：和左不變，則傳質推動力減少,操作線將靠近平衡線，吸收塔設備費用將增加。5-22一定操作條件卞的填料吸收塔，若增加填料層高度，則傳質單元高度Hoc將不變,傳質單元數Noc將增加。T/LA5-23在填料吸收塔設計過程中，若操作液氣比-=-則全塔平均吸收推動力為0，填料層高度無窮大5-24傳質單元數與分離要求、平衡關系、操作液氣比有關。5-25最人吸收率口爲與液氣比、液體入塔濃度、相平衡常

7、數有關。5-26.在25C下,用CO：濃度為0.01kmol/m3和0.05kmol/m3的C0：水溶液分別與C0：分壓為50.65kPa的混合氣接觸，操作條件下相平衡關系為二1.66X10（kPa）,試說明上述兩種情況下的傳質方向，并用氣相分壓差和液相摩爾濃度差分別表示兩種情況下的傳質推動力。解：x=cA=0.01x18/1000=l.SxlO-4?PsPa*=1.66X1O5X1.8X10=29.9（kPa）燦二50.65kPap：所以傳質方向為溶質由氣相到液相（吸收過程）以氣相分壓差表示的傳質推動力為3a=pA-=50.65-29.9=20.8kPa與C0：分壓為50.65kPa的氣相呈

8、相平衡的液相摩爾濃度=0.017kniol/iilPsPa_1000 x50.65M7_18xl.66xl05以液相摩爾濃度差表示的傳質推動力為Aca=c：一cA=0.017-0.01=0.007kinol/niMx*=ca-=0.05x18/1000=9.0 x104Ps尸二166X105X9.0X10-t=149.4（kPa）燦二50.65kPaa*所以傳質方向為溶質由液相到氣相（解吸過程）以氣相分壓差表示的傳質推動力為A/a=p；-pA=149.4-50.65=98.8kPa以液相摩爾濃度差表示的傳質推動力為Aca=cA-=0.05-0.017=0.033kinol/ni5-27.在一填

9、料塔內用清水逆流吸收某二元混合氣體中的溶質Ao已知進塔氣體中溶質的濃度為0.03（摩爾比，下同），出塔液體濃度為0.0003，總壓為lOlkPa,溫度為40C,問：（1）壓力不變，溫度降為20C時，塔底推動力（Y-Y*）變為原來的多少倍？（2）溫度不變，壓力達到202kPa,塔底推動力（Y-于）變為原來的多少倍？已知：總壓為lOlkPa,溫度為40C時，物系氣液相平衡關系為Y*=50Xo總壓為lOlkPa,溫度為20C時，物系氣液相平衡關系為Y20Xo解：總壓為lOlkPa,溫度為40C時y*=/nX=50 x3xl0-4=0.015所以（y-y*=0.03-o.o15=o.o15（1）壓力不

10、變，溫度降為20弋時y*=zw，X=20 x3xl0-4=0.006所以（Y-廠I=0.03-0.006=0.0240.024f十=L6借0.015（2）壓力達到202kPa,溫度為40弋m=m=-x50=25P22Yu=mX=25x3x10=0.0075所以（丫一Y=0.03-0.0075=0.0225=1.5倍（r-rj2_0.0225（Y-廠）0.0155-28.在一填料塔中進行吸收操作，原操作條件下，kYa=kva=0.026kmol/m3.s,已知液相體積傳質系數kxaocL0-6試分別對m二0.1及m二5.0兩種情況，計算當液體流量增加一倍時，總傳質阻力減少的百分數。解：(1)m=

11、0.L時+；=i+i=423.08(m3s)/kinolKxakxarnkyCi0.0260.1x0.026L=2L時9(TjO5?11一兒0.11-0.1=0.11LXL計罟監皿兒%T=0-503%=503x10-3=176.6厶_匕一厶_0.1115.03x10-VX,-X20.0006八。羔4m.496fh)厶=1766x50.96=899954kmoV(nih)液體流量L=899954x0.785xl.52=158954knx)l/h=15895.418=286117.2k#i=286.117t/l相平衡常數加=2000、=9&7p2026Y7T-3需L0.0006=5.247XbAX

12、.=X/-X.=ji-X,=xQ3xlQ=5.097xl0-$-m-98.7AXAX.-AX.5.247x1Of/5.097X10-50Q001=2.95AXm2.032X1045.247x10-5.097x10-“Wxb又S=CK殲傳K嚴罟.50=2773%)Hol=L=899954=3.24mKxaQ2778/.m0.02780.05不可能達到98%5-40在一充有25mm階梯環的填料塔中，用清水吸收混合氣體中的NH5o吸收塔在20C及101.3kPa（絕壓）的條件下逆流操作，氣液相平衡關系為廠=0752X。已知混合氣流率為0.045kinol/m-s,NH3入塔濃度為0.05（摩爾分率）

13、，吸收率為99%,操作液氣比為最小液氣比的15倍，填料層高度為8.75m,試求:(1)氣相總體積傳質系數Km:(2)塔底截面處NH?吸收的體積傳質速率N”/o解:(1)=mi=0.752x0.99=0.744i=1.5X0.744=1.116Vm_0.752L/V1.116=0.674由3為心的煒+S因為z且卜占缶唄一0.674僥+0.674：=10.75V又因ZnHgN喬VKyd=Ng得z=。45&075=00553b”om3s8.752)Nf(全塔衡算，總傳質速率方程)116，ri-r2,17,0-05x0.99一X一XX】得Xi=00444,NAa=Kya(YY)=0.0553(0.05

14、-0.752X0.0444)=9.19X1OkinoVm3s5-41.在常壓逆流連續操作的吸收塔中用清水吸收混合氣中的A組分。混合氣中惰性氣體的流率為30kmol/h,入塔時A組分的濃度為0.08(摩爾比)，要求吸收率為87.5%，相平衡關系為Y*=2X,設計液氣比為最小液氣比的1.43倍，氣相總體積傳質系數K、a二0.0186kmol/ms,且KYaxV8,取塔徑為lm,試計算：所需填料層高度為多少？設計成的吸收塔用于實際操作時，采用10$吸收液再循環流程，即“二0.1L,新鮮吸收劑用量及其它入塔條件不變，問吸收率為多少？解：V=0.010dcmol/(nrs)3600 x0.785xl2

15、HqgVIcJa0.01060.0186=0.57m=mi=2x0.875=1.75*OQIn(1-S)Yt-mX2Y2-mX2為n(5島+02=4.38:乙=HgNg=0.57x4.38=2.50m吸收液再循壞此時吸收劑入門濃度：.厶X,+ErX；0.1X；1Xr=二=XL+Lr1.111因為KyaVQV不變，所以不變，即/oo=不變Kyaoo=不變Hqg此時SV藝=瞠=竺=0.727U1.1L1.1Nqg70.08-X；9.437=*一心X；111(1)9.437F2-1.534X；=0.08由物料衡算：X；=X,+并-人）=貴（0.08-y；）x=0.032-0.4X2將式代入式（1）,

16、解之：X；=0.0269,r；=0.0128V_V一X1OO%=10.01280.08=84%5-42含苯1.96%（體積）的煤氣用平均摩爾質量為260kg/kmol的洗油在一填料塔中逆流吸收，以回收其中95%的苯，煤氣流率為1200kmol/h，塔頂進入的洗油中含苯0.5%（摩爾分率），洗油用量為最小用量的1.3倍，吸收塔在101.3kPa.27CK操作，此時平衡關系為Y*=0.125Xo從吸收塔塔底引出的富油經加熱后送入解吸塔頂，塔底通入水蒸汽，使苯從洗油中解吸出來，脫苯后的洗油冷卻后送回吸收塔塔頂。水蒸氣用量為最小用量的1.2倍，解吸塔在101.3kPa、120C卞操作，氣液平衡關系為Y

17、丄3.16X。求洗油的循壞用量和水蒸汽用量（kg/h）。（1）吸收塔0.01961-0.0196=0.02,X20.0051-0.005=0.005Y2=（l-7；）y1=（1-0.95）x0.02=0.0010.02-0.001%25mm=0.123-0.005L=13x0.123=0.159洗油用量:=0.159=0.159x1200=19L28kmol/h=191.28x260=497328kg/h吸收劑（洗油）出塔濃度X】=Xr+工(K-人)=0.005+(0.02-0.001)=0.1241-L10.159解吸塔=X|-X_X|-X_0.124-0.005=0304IL丿込加X-記3

18、.16x0.124-0L=1.2x0.304=0.364水蒸汽用量:V*=0.364L=0.364x191.28=69.70knx)l/h=69.70 x18=12546kg/h5-43.用一填料層高度為3m的吸收塔，從含氨6%（體積分率）的空氣中回收99%的氨。混合氣體的質量流率為620kg/m：h,吸收劑為清水，其質量流率為900kg/m2ho在操作壓力101.3kPa、溫度20C下，相平衡關系為Y0.9X。體枳傳質系數kca與氣相質量流率的0.7次方成正比。吸收過程為氣膜控制，氣液逆流流動。試計算當操作條件分別做下列改變時，填料層高度應如何改變才能保持原來的吸收率：（1）操作壓力增大一倍

19、；（2）液體流率增人一倍；（3）氣體流率增大一倍。解：原工況：亠=丄哎=0.063811一兒1-0.06Y2=(l-z/)y；=0.01x0.0638=6.38X104水的摩爾流率:900=50kinol/(m2h)62028.28混合氣體平均分子量：M=0.06xl7+0.94x29=28.28kg/kmol(1-0.06)=20.61kinol/(m2-h)s=訕二L=呼51-0.371=6.594sr=is=0.186-一ln(l-0.37l)x100+0.371壓力增人一倍因為xQocQ而KYaakya=kGap所以壓力增大一倍，Kyd不變，Hg不變1-0.186L=5.405z=/o

20、oNo=0.455x5.405=2.46m液體流率增大一倍S=5=0.186,NAn=5.405U200氣膜控制，K/不變，日。不變.-z=ogoo=0.455x5.405=2.46m氣體流率增大一倍IjjVS=25=0.742N匕=,ln(l-0.742)x100+0.742=12.708jlzt/r乙KQakQa30.00588乙=HqqNqq=7.653m（3）見圖。由此可見，吸收劑混合后進塔，操作線靠近平衡線，傳質推動力下降，故所需填料層高度較高。不同濃度的兩股吸收劑之河混合與分離的目的是背道而馳的，混合過程降低了吸收過程的推動力，對吸收分離是不利的，增加吸收塔高。5-46.逆流吸收-解吸系統，兩塔的填料層高度相同。已知吸收塔入塔的氣體組成為0.0196,要求回收率為95%,入塔液體組成為0.006（均為摩爾分率）。操作條件下吸收系統的氣液平衡關系為Y*