课后答案

为

y??2x，如果两相的传质系数分别为

ky?1.25?10?5kmol/(m·s)，

2

kx?1.25?10?5kmol/(m2·s)，试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻

力和传质速率。

解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为y??2x?2?0.01?0.02

所以，以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为

?y?y?y*?0.05?0.02?0.03

同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为x*?0.05/2?0.025

所以，以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为

?x?x*?x?0.025?0.01?0.015

以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Kx?11?5??0.83?101/kx?1/mky1/?1.25?10?5??1/?2?1.25?10?5?

kmol/(m2·s)

以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Ky?Kx/m?0.83?10?5/2?0.42?10?5 kmol/(m2·s) 传质速率

NA?Kx?x?0.83?10?5?0.015?1.25?10?7 kmol/(m·s)

2

或者NA?Ky?y?0.42?10?5?0.03?1.26?10?7 kmol/(m2·s) 以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数分析传质阻力 总传质阻力1/Kx?1/?0.83?10?5??1.20?105 (m2·s)/kmol 其中液相传质阻力为1/kx?1/?1.25?10?5??0.8?105(m2·s)/kmol 占总阻力的%

气膜传质阻力为1/mky?1/?2?1.25?10?5??0.4?105(m2·s)/kmol 占总阻力的%

用吸收塔吸收废气中的SO2，条件为常压，30℃，相平衡常数为m?26.7，在

塔内某一截面上，气相中SO2分压为，液相中SO2浓度为m3，气相传质系数为

kG?1.5?10?2kmol/(m2·h·kPa)，液相传质系数为kL?0.39m/h，吸收液密度近似水

的密度。试求：

（1）截面上气液相界面上的浓度和分压； （2）总传质系数、传质推动力和传质速率。 解：（1）设气液相界面上的压力为pi，浓度为ci

忽略SO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为c0?1000/18?55.6kmol/m3 溶解度系数H?c055.6??0.0206 kmol/(kPa·m3) mp026.7?101.325在相界面上，气液两相平衡，所以ci?0.0206pi

又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以kG?p?pi??kL?ci?c? 所以1.5?10?2??4.1?pi??0.39??ci?0.05?

由以上两个方程，可以求得pi?3.52kPa，ci?0.0724kmol/m3 （2）总气相传质系数

KG?11??0.005231/kG?1/HkL1/0.015?1/?0.0206?0.39?

kmol/(m2·h·kPa)

总液相传质系数KL?KG/H?0.00523/0.0206?0.254m/h 与水溶液平衡的气相平衡分压为p*?c/H?0.05/0.0206?2.43kPa 所以用分压差表示的总传质推动力为?p?p?p*?4.1?2.43?1.67kPa 与气相组成平衡的溶液平衡浓度为c*?Hp?0.0206?4.1?0.084kmol/m3 用浓度差表示的总传质推动力为?c?c*?c?0.084?0.05?0.034kmol/m3 传质速率NA?KG?p?0.00523?1.67?0.0087 kmol/(m2·h) 或者NA?KL?c?0.254?0.034?0.0086 kmol/(m2·h)

利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为310kPa，气、液相分传质系数分别为

ky?3.77?10?3kmol/(m·s)、

2

kx?3.06?10?4kmol/(m2·s)，气、液两相平

?4衡符合亨利定律，关系式为p?1.067?10x（p*的单位为kPa），计算：

（1）总传质系数； （2）传质过程的阻力分析；

（3）根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应，传质速率会提高多少倍？

E1.067?104?34.4 解：（1）相平衡系数m??p310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Kx?11?4??3.05?10kmol/(

1/kx?1/mky1/3.06?10?4?1/34.4?3.77?10?3????m2·s)

以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Ky?Kx/m?3.05?10?4/34.4?0.89?10?5kmol/(m2·s) （2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为

其中液膜传质阻力为1/kx?1/?3.06?10?4??3.27?103，占总传质阻力的% 气膜传质阻力为1/mky?1/34.4?3.77?10?3?7.71，占传质阻力的% 所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。

（3）因为传质过程为液膜控制，所以适合采用化学吸收。如题设条件，在化学吸收过程中，假如发生的是快速不可逆化学反应，并且假设扩散速率足够快，在相界面上即可完全反应，在这种情况下，可等同于忽略液膜阻力的物理吸收过程，此时

??Kx?mky?34.4?3.77?10?3?0.13kmol/(m2·s) 与原来相比增大了426倍

在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合废气中的氨气。已知气体流量为1000m3/h（标准状态），氨气的摩尔分数为，塔内为常温常压，此条件下氨的

*相平衡关系为Y?0.93X，求：

（1）用5 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率； （2）用10 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；

（3）用5 m3/h的含氨%（质量分数）的水吸收，氨气的最高吸收率。

1000?10?解：（1）气体的流量为5?10?10?液体的流量为

333/22.4?3600?12.4mol/s

/18?3600?77.2mol/s

假设吸收在塔底达到平衡

则77.2??Y*/0.93??12.4??0.01-Y*?，所以Y*?0.0013 所以最大吸收率为??0.01?0.0013?0.87

0.0131000?10?（2）气体的流量为

/22.4?36003?12.4mol/s

?10?10?10液体的流量为

3/18?3600?154.4mol/s

假设吸收在塔底达到平衡

则154.4??Y*/0.93??12.4??0.01-Y*?，所以Y*?0.0007 所以最大吸收率为??0.01?0.0007?0.93

0.01（3）吸收剂中氨的摩尔分数为 假设吸收在塔底达到平衡

则77.2??Y*/0.93?0.0053??12.4??0.01-Y*?，所以Y*?0.0056 所以最大吸收率为??0.01?0.0056?0.44

0.01 用一个吸收塔吸收混合气体中的气态污染物A，已知A在气液两相中的平衡关系为y*?x，气体入口浓度为y1?0.1，液体入口浓度为x2?0.01，

（1）如果要求吸收率达到80%，求最小气液比；

（2）溶质的最大吸收率可以达到多少，此时液体出口的最大浓度为多少？