吸收練習(xí)題解答

1、第五章  例題例51：含有30%（體積） 的某種混合氣體與水接觸，系統(tǒng)溫度為30，總壓為101.3 。試求液相中 的平衡濃度 為若干 。解：令 代表 在氣相中的分壓，則由分壓定律可知：在本題的濃度范圍內(nèi)亨利定律適用。        依式 可知：其中H為30時(shí) 在水中的溶解度系數(shù)。由 得： 30時(shí) 在水中的亨利系數(shù) 。又因?yàn)?為難溶于水的氣體，故知溶液濃度甚低，所以溶液密度可按純水計(jì)算，即取 ，則：   例52：已知在101.3 及20時(shí)，氨在水中的溶解度數(shù)據(jù)本例附表1所示。試按以上數(shù)據(jù)標(biāo)繪出 曲

2、線及 曲線，并據(jù)以計(jì)算亨利系數(shù) 及相平衡常數(shù)m值，再指出該溶液服從亨利定律的濃度范圍。解：以第三組數(shù)據(jù) ， 為例，計(jì)算如下：各組數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果列于附表2中。根據(jù)表中數(shù)據(jù)標(biāo)繪的 曲線及 曲線如本例附圖1，2所示。由附圖1可見(jiàn)，從原點(diǎn)作平衡曲線的切線OE，其斜率為：由附圖2可見(jiàn)，從原點(diǎn)作平衡曲線的切線OM，其斜率為：由圖可見(jiàn)，當(dāng) （及X）值在0.04以下時(shí)，平衡曲線與切線的偏差不超過(guò)5%，即對(duì)應(yīng)于同一 （及X）值的 （及 ）值相對(duì)偏差約在5%以內(nèi)，可以認(rèn)為亨利定律適用。因而，在此濃度范圍內(nèi)平衡關(guān)系可寫(xiě)為： 及 例53：在圖26所示的左、右兩個(gè)大容器內(nèi)分別裝有濃度不同的 和 兩種氣體的混合

3、物。聯(lián)通管長(zhǎng)0.61m，內(nèi)徑24.4mm，系統(tǒng)溫度為25，壓強(qiáng)為101.3 。左側(cè)容器內(nèi)的分壓 為20 ，右側(cè)容器的分壓 為6.67 。已知在25， 101.3 的條件下 的擴(kuò)散系數(shù)為 。試求：（1）單位時(shí)間內(nèi)自容器1向容器2傳遞的 量， ；（2）聯(lián)通管中與截面1相距0.305m處的 分壓， 。解：（1）根據(jù)題意可知，應(yīng)按等分子反向擴(kuò)散計(jì)算傳質(zhì)速率 。依式 ，單位截面積上單位時(shí)間內(nèi)傳遞的 量為：又知聯(lián)通管截面積為：所以單位時(shí)間內(nèi)由截面1向截面2傳遞的 量為：（2）因傳遞過(guò)程處于穩(wěn)定狀態(tài)下，故聯(lián)通管各截面上在單位時(shí)間內(nèi)傳遞的 量應(yīng)相等，即 ，又知 ，故 。若以 代表與截面1的距離為 處的 分壓，

4、則依式 可寫(xiě)出下式：因此 例54：若設(shè)法改變條件，使圖26所示的聯(lián)通管中發(fā)生 通過(guò)停滯的 而向截面2穩(wěn)定擴(kuò)散的過(guò)程，且維持1、2兩截面上 的分壓及系統(tǒng)的溫度、壓強(qiáng)與例53中的數(shù)值相同，再求：（1）單位時(shí)間內(nèi)傳遞的 量， ；（2）聯(lián)通管中與截面1相距0.305m處的 分壓， 。解：（1）按式 計(jì)算聯(lián)通管中的 的傳遞速率：則       在例53中已算出：   故  單位時(shí)間內(nèi)傳遞的氨量為：（2）以 、 、及 分別代表與截面1的距離為 處的 分壓、 分壓及1、 兩截面上 分壓的對(duì)數(shù)平均值，則依式 可知：則 &

5、#160; 將上式左端化簡(jiǎn)得：則   又知 所以 則   例55：用溫克爾曼法（Winkelmans  Method）測(cè)定 蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)，其裝置示意于本例附圖1。在恒溫的豎直細(xì)管中盛有 液體，令空氣在橫管中快速流過(guò)，以保證豎管管口處空氣中的 分壓接近于零。可以認(rèn)為 由液面至豎管管口的傳遞是靠擴(kuò)散。實(shí)驗(yàn)在321K及101.3 下進(jìn)行，測(cè)得的數(shù)據(jù)于本例附表1中。321K溫度下 的飽和蒸氣壓 ，液體 的密度 。計(jì)算321K、101.3 下 蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)。解：因豎管中的氣體并不受外水平氣流的干擾，故 蒸氣由液面向管口的傳遞可看作是

6、通過(guò)停滯的空氣層的擴(kuò)散，液面上隨時(shí)處于平衡狀態(tài)， 液體汽化的速率即等于豎管內(nèi) 蒸氣向管口傳遞的速率。     的傳遞速率可按 計(jì)算，即：                                  （1）式中 的平衡分壓，

7、；管口與液面兩處空氣分壓的對(duì)數(shù)均值， 。                                （2）則               

8、0;                             （3）隨著 液體的汽化，液面下降而擴(kuò)散距離z逐漸增大。液面下降的速度 與豎管中 的傳遞速率有如下關(guān)系：             

9、                                     （4）式中 的分子量， 。  比較（3）、（4）兩式可知：   則      

10、;                                    （5）式（5）等號(hào)左端除 外，所余各因子皆為常數(shù)。對(duì)式（5）進(jìn)行積分，積分限為： ，     ，    得 

11、0;                                  （6）必須指出：對(duì)于擴(kuò)散的有效距離z及 ，很難測(cè)量得準(zhǔn)確可靠，但對(duì)液面降落的高度 則可讀出足夠精確的數(shù)值。為此作如下處理：將此關(guān)系代入式（6），整理后可得：   

12、60;    （7）由式（7）可以看出，如根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將 對(duì) 在普通直角坐標(biāo)紙上進(jìn)行標(biāo)繪，理應(yīng)得到一條直線，此直線的斜率為：                                     &

13、#160;  （8）依據(jù)斜率 的數(shù)值便可計(jì)算出擴(kuò)散系數(shù)D。按此方法處理附表中列出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，各計(jì)算值列于本例附表2中。將 對(duì) 進(jìn)行標(biāo)繪，所得的直線如本例附圖2所示。由本例附圖2中求得直線的斜率為：則根據(jù)式（8）可算出擴(kuò)散系數(shù)為：321K、101.3 下 蒸氣在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為 。例56：已知某低濃度氣體溶質(zhì)被吸收時(shí)，平衡關(guān)系服從亨利定律，氣膜吸收系數(shù) ，液膜吸收系數(shù) ，溶解度系數(shù) 。試求氣相吸收總系數(shù) ，并分析該吸收過(guò)程的控制因素。：解：因系統(tǒng)符合亨利系數(shù)，故可按 計(jì)算總系數(shù) 由計(jì)算過(guò)程可知：氣膜阻力 ，而  液膜阻力 ，液膜阻力遠(yuǎn)小于氣膜阻力，該吸收過(guò)程為氣膜控制。例5

14、7：用洗油吸收焦?fàn)t氣中的芳烴。吸收塔內(nèi)的溫度為27、壓強(qiáng)為 。焦?fàn)t氣流量為 ，其中所含芳烴的摩爾分率為0.02，要求芳烴回收率不低于95%。進(jìn)入吸收塔頂?shù)南从椭兴紵N的摩爾分率為0.005。若取溶劑用量為理論最小用量的1.5倍，求每小時(shí)送入吸收塔頂?shù)南从土考八琢鞒龅奈找簼舛取?操作條件下的平衡關(guān)系可用下式表達(dá)，即：解：進(jìn)入吸收塔的惰性氣體摩爾流量為：進(jìn)塔氣體中芳烴的濃度為：出塔氣體中芳烴的濃度為：進(jìn)塔洗油中芳烴濃度為：按照已知的平衡關(guān)系 ，在Y-X直角坐標(biāo)系中標(biāo)繪出平衡曲線OE，如本題附圖所示。再按 、 之值在圖上確定操作線端點(diǎn)T。過(guò)點(diǎn)T作平衡曲線OE的切線，交水平線 于點(diǎn) ，讀出點(diǎn) 的

15、橫坐標(biāo)值為： 則 L是每小時(shí)送入吸收塔頂?shù)募內(nèi)軇┝??？紤]到入塔洗油中含有芳烴，則每小時(shí)送入吸收塔頂?shù)南从土繎?yīng)為：吸收液濃度可依全塔物料衡算式求出，即：例58：在填料塔中進(jìn)行例57所述的吸收操作。已知?dú)庀嗫倐髻|(zhì)單元高度 為0.875m，求所需填料層高度。解：求得填料層高度的關(guān)鍵在于算出氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 。由例57中給出的平衡關(guān)系式可知平衡線為曲線，故應(yīng)采用圖解法積分法。（1）圖解法   由例57附圖中的操作線BT與平衡線OE可讀出對(duì)應(yīng)于一系列 值的 和 值，隨之可計(jì)算出一系列 值。今在 至 區(qū)間內(nèi)取若干 值進(jìn)行上述計(jì)算，其結(jié)果列于本例附表。在普通坐標(biāo)紙上標(biāo)繪表中各組

16、 與 的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，并將所得各點(diǎn)聯(lián)成一條曲線，見(jiàn)本例附圖。圖中曲線與 、 及 三條直線所包圍的面積總計(jì)為23.0個(gè)小方格，而每一小方格所相當(dāng)?shù)臄?shù)值為 ，所以則知所需填料層高度為 （2）計(jì)算法  本例附表中已注明，從 到 逐個(gè) 值的選取是等差的，n=10， 。依照辛普森公式：例59：用 含量為 的水吸收混合氣中的 。進(jìn)塔吸收劑流量為 ，混合氣流量為 ，其中 的摩爾分率為0.09，要求 的吸收率為85%。在該吸收操作條件下 系統(tǒng)的平衡數(shù)據(jù)如下：+求氣相總傳質(zhì)單元數(shù) 。解：吸收劑進(jìn)塔組成  吸收劑進(jìn)塔流量 氣相進(jìn)塔組成 氣相出塔組成 進(jìn)塔惰性氣流量 出塔液相組成由 與 的數(shù)值得知，

17、在此吸收過(guò)程所涉及的濃度范圍內(nèi)的平衡關(guān)系可用后六組平衡數(shù)據(jù)回歸而得的直線方程表達(dá)?；貧w方程為：      即 ， 與此式相應(yīng)的平衡線見(jiàn)本例附圖中的直線 。操作線斜率為 與此式相應(yīng)的操作線見(jiàn)附圖中的直線 。脫吸因數(shù) 依式 計(jì)算 ：                             &#

18、160;                                                 或依式 計(jì)算 ：例510：用梯級(jí)圖解法求例57所述條