NA?DRTZ?ppBm??pA1?pA2??4
??3.2895?0??3.45?10?7
?0.256?108.314?298?0.1?101.32599.8kmol/?m?s?2
【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为101.325kPa条件下，测定CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。48℃时，CCl4的饱和蒸气压为37.6kPa，液体密度为1540kg/m3。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm，终了为3cm，CCl4的蒸发
时间为1.556?104s。试求48℃时，CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。
解 计算48℃时CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为
D?RT??Z?Z022??2pM?lnpp?pA
已知CCl4液体密度??1540 kg/m3
48℃时CCl4的饱和蒸气压p?A?37.6kPa总压p?101.325kPa，T?273?48?321K 开始Z0?2cm，终了ZCCl4的蒸发时间??3cm
4?1.556?10s
CCl4的摩尔质量M?154 kg/kmol 摩尔气体常数R?8.314 kJ／(kmol?K) 已知数据代入计算式，得扩散系数D?0.0912cm/s2
【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A，吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5kPa，液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数kY传质系数kX?2.5?10kmol/(m?s)?52，液膜。总压
?32?3.5?10kmol/(m?s)。气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数m?0.7为101.325kPa。
试求：(1)气相总传质系数KY，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质A的传质速率NA。
解 (1)气相总传质系数KY
1KY?1kY?mkX?12.5?10?5?0.73.5?10?3?4?10?2?1042
KY?2.488?10?5?4.0?241 0kmol/?m?s?
2气膜阻力1/kY?4?10(m?s)/kmol42，液膜阻为m／kx?2?10(m?s)/kmol22。
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气膜阻力与总阻力的比值为(2)传质速率NA
Y?pAp?pA?5101.325?51/kY1/KY?4?10444.02?10?0.995，为气膜控制。
?0.0519
X?xx?1?0.0151?0.015?0．0152，Y*?mX?0.7?0．0152?0．0106?5
kmol/?m.s?2NA?KY?Y?Y*??2.488?10??0.0519?0.0106??1.03?10?6
【5-13】根据pA?py，pi?pyi及cA?cx，ci?cxi，试将传质速率方程
NA?kG(pA?pi)?kL?ci?cA?变换成NA?ky?y?yi??kx?xi?x?的形式。ky与kG、kx与kL有何关系。
解 NA?kG?pA?pi??kG?py?pyi?=pkG?y?yi??ky?y?yi? 式中
ky?pkG
NA?kL?ci?cA??kL?cxi?cx??ckL?xi?x??kx(xi?x)式中 kx?ckL
吸收塔的计算
【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的SO2，其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO2的95%。吸收塔的操作温度为30℃，压力为100kPa，每小时处理
330℃、100kPa时的体积流量）的炉气量为1000m（，所用液-气比为最小值的1.2倍。求每小时的用水
量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为
液相中SO2溶解度／kg?SO2???100kg(H2O)? 气相中SO2平衡分压/kPa ?17.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1 91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63 解 ①最小液一-比?y1?0.09, Y1?Y?Y2?L??1?*X1?X2?G?min=0.091?0.09的计算
y11?y1=0.0989
??0.95,Y2?(1??)Y1??1?0.95??0.0989?0.00495
吸收剂为水，X2?0，总压p?100kPa
09?9kPa 原料气中SO2分压PSO?py1?100?0．2868从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0．kgSO2100kgH2O?3
换算为摩尔比
X1?*0.868/64100/18?2.44?10
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最小液-气比 ②用水量计算
?L????G?m?inY1 ?Y2X?X2*1?0.0989?0.004950.00244?38.5
?L?L/G?1.2???1.2?38.5?46.2?G?min
k1P0 0a)已知炉气流量
1000m /h( ℃3，03标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4 m3/kmol(273.15K，101.325kPa) 炉气的摩尔流量为
1000?273.15303.15?100101.325?122.4?39.7kmol/h
惰性气体流量 G?39.（71?．）009?吸收用水量
L?46.2?3.6?1.3k6m1ol /16k6m8ol /h
?18?166?8?3k1g0/ h4③出塔水溶液的组成
X1?Y1?Y2L/G?0.0989?0.0049546.2?2.03?10?3
【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20℃时CO2水溶液的亨利系数EX1。
?144MPa。吸收剂用量为
最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比L/G及溶液出口组成X1。(2)试求总压改为1MPa时的L/G及
解 (1)总压p?0.1MPa时L/G及X1
Y1?y11?y1?0.021?0.02?0.02041, Y2?0.001，X2?0
m?E/p?144/0.1?1440
Y1?Y20.02041?0.001?L????1369??Y1/m?X20.02041/1440?0?G?min?L??1.2???1.2?1369?1643 G?G?minL
X1?X2?GL?Y1?Y2??0?0.02041?0.0011643?1.18?10-5
(2) 总压p?1MPa时的L/G及X1
m?E/p?144／1?144 (L/G)min?0.02041?0.0010.02041/144?136.9
L/G?1.2(L/G)min?1.2?136.9?164.3 X1?0.02041?0.001164.3?1.18?10?4
从上述计算结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa，溶液出口组成从1.18?10?5增加到
70
1.18?10?4。
【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为Y*?0.36X，气相总传质系数KYa?0.015kmol／(m?s)3。入
2塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol／(m?s)。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单
元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。
解 (1)气相总传质单元高度HOG计算 入塔混合气的流量
G'2Ω=?0.015 kmol／(m?s)
y0.02,K?0.015 kmol／?m31?Ya?s?
惰性气体流量
GΩ?G'Ω?1?y1??0．015??1?0．02??0.0147kmol／(m2?s)
HG0.0147OG?K?
YaΩ0.015?0．98 m(2) 气相总传质单元数HOG计算
Yy10.021?1?y???0．99
10.98?0．0204，回收率Y?Y1???= 0.0204?1?0.99?= 2.04?10?421?
x2?0.0002,X2?x2?0.0002
①吸收因数法计算NOG
X*1?Y1／m?0.0204／0.36?0.0567
LY?Y20.0204?G?1.5?L??.5?10.000204?G??1?X*?1.5??0.536
min1?X20.0567?0.0002mG.36L?00.536?0.672
N1OG?ln??mG??1?Y1?mX2mG?
1?mG???L???YL?2?mX2?L1?.?
?1?0.67l2n7??0020?4.0?36.00?002??1?0.66??2?.0000?20.4?0.36??.0?000?072? 2?12② 对数平均推动力法计算NOG
L1?Y2G?YX1?X
2X1?Y21?X2?YL/G
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*?0.0002?0.0204?0.0002040.536?0.0379
Y1?mX1?0.36?0.0379?0.0136*
?3Y2?mX2?0.36?0.0002?0.000072*?Y1?Y1?Y1?0.0204?0.0136?6.8?10*?3?3
?3?Y2?Y2?Y2?0.204?10?0.072?10?0.132?10
?Ym??Y1??Y2ln?Y1?Y2??6.8?10?3?0.132?106.80.132?12?3?1.69?10?3lnNOG?Y1?Y2?Ym0.0204?0.0002041.69?10?3
(3)填料层高度Z计算
Z?HOGNOG?0.98?12?11.8m
【5-17】混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2
的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成X1?6?10?4（摩尔比）。混合气体处理量为2240m3?188MPa/h（按
标准状态，273.15K, 101325Pa），塔径为1.5m。亨利系数EKL?a?50kmol，(m?h?kmol/m)33，液相体积总传质系数
。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。
解 (1)用水量计算
y1?0.1，Y1?0.10.9?0.111，Y2?0．005,Y2 ?224022.4?100kmol／h0.0050.995?5.03?10?3，X1?6?10?4，X2?0
混合气流量
G'?
9k0／mo lh惰性气体流量 G?G?'1?1y??10?01??0.1?用水量
L?G(Y?12Y)90(0111.?000503.)?4??159.?10kmol /h?4X1?X26?1045
?1.59?10?18?286.?10kgh/
(2) 填料层高度Z计算 水溶液的总浓度 体积传质系数
c??s/Ms?995.7/18?55.3kmol/m5?03
3KXa?cKLa?55.3?27kmol65 /m(?h )液相总传质单元高度
HOL?LKXaΩ?1.59?276?51024?4
?(.1)5
?3.26m
72