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1、第二部分 计算题示例与分析5-57 用水吸收气相混合物中的氨，氨的摩尔分数，气相总压为101.33kpa(1atm),相平衡关系满足享利定律，其中，气膜传质阻力为总传质阻力的，总传质系数。试求：（1） 液相浓度为时的吸收速率；（2） 气膜及液膜传质分系数及。 解：（1）由题中所给条件可写出对应的传质速率方程： （2） 5-58 一直径为25mm的萘球悬挂于静止空气中，进行分子扩散。系统温度为20，已知该温度下萘的蒸气压为1.3,萘在空气中的扩散系数，距萘球足够远处萘的浓度为零。求萘球单位表面、单位时间的挥发量。 分析：萘球的挥发属单向扩散，但因萘球的蒸气压很小，气相浓度较低，故漂流因子可取为1
2、。 解：设萘的半径为R，距球心r处萘浓度为c（）。则萘球表面单位时间的挥发量为 单位时间通过半径为r球面的扩散量可根据费克定律计算，即 因萘球挥发速度很慢，可作为拟定态处理，故 积分上式 式中C萘球表面空气中的萘的浓度，。 *5-59 如图5-2所示在一垂直管中装有水，水面与管口距离为。水靠分子扩散逐渐蒸发到大气中，压力为的空气经过管口缓慢流过。水完全蒸干需，试求管内水的深度。已知系统温度为，水在空气中的扩散系数为，时水的饱和蒸气压为。 空气 101.33 kpa Z1 Z2 Z 图5-2 5-59附图分析：本扩散过程属于一组分通过另一停滞组分的扩散。扩散开始时通过一层厚度为、温度为的静止空气
3、层，该空气以外水蒸气分压可视为零。图中为扩散距离，因为管中水蒸发后要通过液面与管口之间的空气层才能扩散到空气主流中去 ，所以这层空气的厚度就是扩散距离， 是一变化的量，建立起扩散距离随时间的变化关系是解决本题的关键。 解：对定态单向扩散 式中 设时间内水面变化了，则有 式中 、分别为水的密度和相对分子质量。 所以 移项、积分: 将时代入，得 管内水的深度 氨气通过静止的空气薄层进行定态单向扩散，系统总压101.33kP, 静止气层两边的氨气分压各为20kP及13.33kP,实验测得的传质系数为。如果在相同的操作条件和组分浓度下，氨和空气进行等分子反向扩散，试求：（1） 此时的传质系数（2） 此
4、时的传质速率 分析：单向扩散速率 等分子反向扩散速率 可知在同样操作条件和组分浓度下，单向扩散速率和传质系数较之等分子反向扩散的和分别大倍。解：（1） 由有 5-61 一直径为0.5m的开口皿，放置于常温、常压空气中，盛有20kg温度为80的水，水向大气蒸发。101.33K的空气经过皿口缓慢流过致使生成的水蒸气能及时被空气带走。已测得空气的传质阻力相当于2mm厚气层的分子扩散阻力，水蒸汽的扩散系数D=0.2,比热容为试求刚开始蒸发时水温的瞬时降温速率。 分析：因水温高于周围大气温度，故水蒸气需要的热量来自水本身，使水温不断降低，因此为求水温降低速率，应先弄清楚单位时间的蒸发量及所需的热量。 解
5、：第一步先求水的蒸发速率 本题属定态传质，单向扩散，水的蒸发速率等于水在空气中的扩散速率，按下式计算 p=101.33kP 则 单位时间总蒸发为 单位时间所需热量为 第二步 计算降温速率水温降低速率应满足水所放出的显热恰好等于蒸发所需热量，故有 所以水在80时的瞬时降温速率为 5-62 在直径为1m的填料吸收塔内，用清水作溶剂，入塔混合气流量为100kmol/h,其中溶质含量为6%（体），要求溶质回收率为95%，取实际液气比为最小液气比的1.5倍，已知在操作条件下的平衡关系为，总体积传质系数，试求：（1）出塔液体组成； （2）所需填料层高； （3）若其他条件不变（如G、L、等不变）将填料层在原
6、有基础上，加高，吸收率可增加到多少？ 注：本题可视为低浓度气体的吸收，逆流操作。 解：（1）利用液气比与组成的关系可求出塔液体组成 填料层高可由传质单元数法计算 (3)其他条件不变仅增加填料层高度实际就是不改变传质单元高度而增加传质单元数。故可通过传质单元数与组成的关系计算出塔高增加后的出塔气相组成，进而求出吸收率。 N= 5-63 在填料塔内用清水吸收空气中的丙酮蒸气，丙酮初始含量为（体），若在该塔中将其吸收掉，混合气入塔流率，操作压力，温度，此时平衡关系可用表示，体积总传质系数，若出塔水溶液的丙酮溶度为平衡浓度的，求所需水量和填料层高。该塔逆流操作。 解：所需水量可由全塔物料衡算求出 填料
7、层高度可由传质单元数法计算。在计算传质单元高度时应注意体积总传质系数的表达方式要符合要求。 5-64 一板式吸收塔，理论板数15层，塔径.8m，采用的液气比为.2 (流量比)，在吸收率、液气比和塔径不改变的条件下将此塔改为填料塔，求填料层的高度。 已知原料气处理量为50kmol/h ,含溶质组分0.02 （摩尔分数），相平衡关系为Y=0.8X , 体积总传质系数K,逆流操作。 分析：此题虽没给出气液组成及分离要求，但给出了理论板数，故可通过理论板层数与传质单元数的关系求出传质单元数，进而计算填料层高。解： 5-65 有一填料吸收塔，填料层高m，塔径m，处理丙酮的空气混合气，其中空气的流量为km
8、ol/h，入塔气浓度(摩尔比，下同)，操作条件为101.33kP，25C，用清水逆流吸收，出塔水浓度，出塔气浓度Y=0.0026，平衡关系，试求： （）； （）目前情况下每小时可回收多少丙酮？ （）若把填料层增加3m, 每小时可回收多少丙酮？解：（） (2) 每小时可回收丙酮 （3）填料层的增加实际是增加了传质单元数，提高了分离效果。 每小时可回收丙酮 *5-66 如图画5-3所示的吸收塔，已知入塔气 X 中含溶质3%，出塔气含溶质%，气相流 量，液相流量 ，入塔吸收剂中不含溶质组分， 试求 (1) 试计算出塔液体组成；(2) 画出操作线示意图，并标明操作斜率（题中浓度均以摩尔比表示，流量以惰性组分计）。 Y 图5-3 5-66 附图 解：（1）此塔下部液体作部分循环， 斜率=1.5为求塔液相组成，可对全塔作物料 斜率=1衡算，并注意将部分循环包括进去。 图5-4 5-66 附图2 =0.0275 (2) 如图5-4所示。 5-67 试证明低浓度逆流吸收系统，若气液平衡关系在操作范围内为一直线，以下关系成立： 式中A 吸收因数, ； 下标1和2分别表示塔底和塔顶。 证：由传质单元数的定义 操作线 平衡关系 代入，得 (a) 由 得 代入（a） （b） 由（b）式有 由（a）有 试证明低浓度吸收系统，若平衡关系在操作范围内为一直线，以下关系成立： 证：
