化工单元操作吸收习题与答案

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常操作。

(2) 液体分布装置

若液体分布不匀,填料表面不能被液体润湿,塔的传质效率就会降低。因此要求塔顶填料层上应有良好的液体初始分布,保证有足够数目且分布均匀的喷淋点,以防止塔内的壁流和沟流现象发生。

(3) 流体再分布装置

当液体在乱堆填料层内向下流动时,有偏向塔壁流动的倾向。为将流到塔壁处的液体重新汇集并引入塔中央区域,应在填料层中每隔一段高度设置液体再分布装置。

(4)除沫装置

除沫装置安装在塔顶液体分布器上方,用于除去出口气体中夹带的液滴。常用的除沫装置有丝网除沫器,折流板除沫器及旋流板除尘器等。

此外,在填料层顶部应设置填料压板或挡网,以免因气速波动而将填料吹出或损坏。

17、吸收过程的相组成用什么来表示?为什么?

答:在吸收过程中,随着吸收过程的不断进行,吸收中气相和液相的总的质量和总的摩尔数不断地发生着变化, 惰形气体和吸收剂不变,为此,为了计算上的方便,分别以惰形气体和吸收剂为基准的质量比和摩尔比来表示吸收过程的相组成。

18、吸收剂、吸收质、惰性气体和吸收液?

答:吸收质: 混合气体中能够溶解的组份。用“A”来表示。

惰性气体: 不能被吸收(溶解)的组份。用“B”来表示。 吸收液 : 吸收操作所得到的溶液。

吸收剂 : 吸收过程中所用的溶剂. 用“S”来表示。

19、吸收过程为什么常常采用逆流操作? 答:降至塔底的液体恰与刚刚进塔的气体相接触,有利于提高出塔吸收液的浓度从而减少吸收剂的消耗量;升至塔顶的气体恰与刚刚进塔的吸收剂相接触,有利于降低出塔气体的浓度,从而提高溶质的吸收率。

20、何谓吸收速率?写出任意一个气膜、液膜及总的吸收速率方程式?(标出其吸收系数的单位)

答:单位时间内单位相际传质面积上吸收的溶质量。

kG—气膜吸收糸数 KmolNA?kG.?P?Pi?

m.s.atm2

NA?kL?Ci?C?NA?KG.P?P?kL—液膜吸收糸数 ms

Kmol

??

KG—吸收总糸数

??m2.s.?KN2?m??21、填料可分哪几类?对填料有何要求?

答:填料可分为:实体填料和网体填料。

填料的要求:要有较大的比表面积;要有较高的空隙率;要求单位体积填料的重量轻、

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造价低、坚固耐用、不易堵塞、有足够的机械强度和良好的化学稳定性。

22、什么是享利定律?其数学表达式怎样?

答:当总压不太高时,在一定的温度下,稀溶液上方的气体溶质组份的平衡分压与该溶质在液相中的浓度之间的关系

亨利定律的其实表达形式

??P??E.x P??CH y?mx Y?mX。

23、H、E、m、分别表示什么?随温度的变化情况如何? 答:H指溶解度系数;E指享利系数;m指相平衡常数。

H随着温度的升高而减少;E和m随着温度的升高而增加。

24、什么是气膜控制?什么是液膜控制?

答: 对于易溶气体,液膜阻力可以忽略不计,气膜阻力控制着整个吸收过程的速率,吸收总推动力的绝大部分用于克服气膜阻力。称为“气膜控制”。

对于难溶气体,气膜阻力可以忽略不计,液膜阻力控制着整个吸收过程的速率,吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力。称为“液膜控制”。

25、何谓溶解度?溶解度与哪些因素有关?溶解度曲线有何规律? 答:平衡时,气体在液相中的饱和浓度即为气体在液体中的溶解度。

气体溶质在一定溶剂中的溶解度与物系的压强、温度及该溶质在气相中的组成相关。 由溶解度曲线可知:

①同一溶剂中,相同的条件下不同气体的溶解度差别很大; ②同一溶质,在相同的气相分压下,溶解度随温度降低而增大; ③同一溶质,在相同温度下,溶解度随气相分压增高而增大。

五、计算题

1、二氧化碳的体积分数为30%的某种混合气体与水充分接触,系统温度为30℃,总压为101.33 kPa。试求液相中二氧化碳的平衡组成,分别以摩尔分数和物质的量浓度表示。

在操作范围内亨利定律可使用。

解:混合气体按理想气体处理,则由分压定律可知,二氧化碳在气相中的分压为

101.33?0.?3 p?P?y?3Pa0 k

5 在30℃时二氧化碳以摩尔分数在水中的亨利系数E为1.88?10 kPa。 液相中二氧化碳以摩尔分数表示的平衡组成为

xc??P30.4??1.617?10?4 5E188?10 以物质的量浓度表示的平衡组成为

??H?p

14

其中 H??sEMs

c???sEMsp?1000?30.4?8.98?10?3kmol/m3 51.88?10?182、在总压为101.33 kPa和温度为20℃下,测得氨在水中的溶解度数据为:溶液上方

氨平衡分压为0.8 kPa时,气体在液体中的溶解度为1g(

NH3)/100g(

H2o)。试求亨利

系数E、溶解度系数H和平衡常数m。假设该溶液遵守亨利定律。 解:亨利常数E可由下式计算:

* E?p /x1.0/1.7?0.01048

1.0/1.7?100/180.8?76.3 kPa 则 E?0.01048 其中 x? 溶解度系数H可由下式计算:

H??sEMs?1000?0.728kmol/(m3? kPa)

76.3?18 相平衡常数m可由下式求得

y? m?

xp?0.8 其中 y???0.0079

p101.33? 则 m?0.0079?0.754

0.01048 m也可由下式求得 m?E76.3??0.753 P101.33

3、在常压101.33kPa、温度下,溶质组成为0.05(摩尔分数)的CO2-空气混合物

与浓度为1.1?10kmol/m的25水溶液接触,试判断传质过程方向。 已知常压、25℃下CO2在水中的亨利系数E为1.660?10kPa。 解:将亨利系数E换算为相平衡常数m,即

5?33E1.66?105?103m???1.638

P1.0133?105

15

将实际溶液的物质的量浓度换算为摩尔分数,即

1.1?10?3x???1.98?10?5

?s1000/18Msc判断过程方向时,由液相分析:

x??y0.05??3.05?10?5?x?1.98?10?5 m1.638故CO2由气相传递到液相,进行吸收。 由气相分析:

y??mx?1.638?1.98?10?5?0.0324?y?0.05

结论同上,该过程为吸收。

4、在压强为101.33kPa下,用清水吸收含溶质A的混合气体,平衡关系服从亨利定律。在吸收塔某截面上,气相主体溶质A的分压为4.0kPa,液相中溶质A的摩尔分数为0.01,相平衡常数m为0.84,气膜吸收系数KY为2.776?10kmol/(m?s);液膜吸收系数

?52Kx为3.86?10?3kmol/(m2?s),试求:

(1)气相总吸收系数KY,并分析该吸收过程控制因素; (2)吸收塔截面上的吸收速率NA 解:(1)气相总吸收系数KY 由下式求得:

11m10.84424?????3.602?10?2.76?10?3.629?10KYKYKX2.776?10?53.86?10?3故KY?1?2.756?10?5kmol/(m2?s)43.629?1042

由计算结果可知,气膜阻力1/KY为3.602?10(m?s)/kmol,液膜阻力

2m/Kx为2.716?10(m2?s)/kmol,,液膜阻力约占总阻力的0.7%,故该吸收过程为气膜阻

力控制。

(2)吸收速率NA

Y?

p4.0??0.0411; P-p101.33?4.016


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