传质习题(4)

2018-12-19 20:57

7、双膜理论的基本论点是什么? 答:双膜理论要点:

(1)相互接触的气液两相存在一固定的相界面。界面两侧分别存在气膜和液膜,膜内流体呈滞流流动,物质传递以分子扩散方式进行,膜外流体成湍流流动。膜层取决于流动状态,湍流程度愈强烈,膜层厚度愈薄。

(2)气、液相界面上无传质阻力,即在界面上气、液两相组成呈平衡关系。

(3)膜外湍流主体内传质阻力可忽略,气、液两相间的传质阻力取决于界面两侧的膜层传质阻力。

根据双膜理论,将整个气、液两相间的传质过程简化为通过气、液两个滞流膜层的分子扩散过程,从而简化了吸收过程的计算。 8、何谓最小液气比?怎样确定?

答:在极限的情况下,操作线和平衡线相交(有特殊平衡线时为相切),此点传质推动力为零,所需的填料层为无限高,对应的吸收剂用量为最小用量,该操作线的斜率为最小液气比。若气液平衡关系服从亨利定律,则由亨利定律算得,否则可由平衡曲线读出。 9、吸收剂用量对吸收操作有何影响?如何确定适宜液气比?

答:吸收剂用量的大小与吸收的操作费用及设备的投资费用密切相关。在L>前提下,若L愈大,塔高可降低,设备费用 较底,但操作费用较高;反之,若L愈小,则操作费用减低,而设备费用增高。故应选择适宜的吸收剂用量,使两者之和最底。为此需通过经济衡算确定适宜吸收剂用量和适宜液气比。但是一般计算中可取经验值 10、吸收操作的全塔物料衡算有何应用?何谓回收率?

答:对逆流操作的填料吸收塔,作全塔溶质组成的物料衡算,可得

吸收塔的分离效果通常用溶质的回收率来衡量。回收率(又称吸收率)定义为

通常,进塔混合气流量和组成是吸收任务规定的,若吸收剂的流量和组成被选定,则V、L、均为已知;又根据吸收任务规定的溶质回收率,可求得出塔气体的组成;然后求得出塔的吸收液组成。

11、何谓传质单元高度和传质单元数?它们的物理意义如何?

答:通常将填料层高度基本计算式的右端分为两部分来处理,该式右端的数组V/是由过程条件所决定的,具有高度的单位,称为气相总传质单元高度。式中积分项内的分子与分母具有相同的单位,整个积分为一个无因次的数值,称为气相总传质单元数。由此可见,计算填料层高度的通式为:填料层高度=传质单元高度×传质单元数

传质单元高度反映传质阻力及填料性能。若吸收阻力愈大,填料的有效表面积愈小,则每个传质单元所相当的填料层高度愈高。

传质单元数反映吸收过程的难易程度。若任务所要求的气体浓度变化愈大,过程的推动力愈小,则吸收过程愈难,所需的传质单元数愈大。

若等于1,即气体经一段填料层高度的组成变恰等于此段填料层内推动力的平均值,那么这段填料高度就是一个气相传质单元高度 12、试述填料塔的结构?

答:填料塔为连续接触式的气液传质设备,可应用于吸收、蒸馏等分离过程。塔体为圆筒形,两端装有封头,并有气、液体进、出口接管。塔下部装有支撑板,板上充填一定高度的填料。操作时液体自塔顶经分布器均匀喷洒至塔截面上,沿填料表面下流经塔底出口管排出;气体从支撑板下方入口管进入塔内,在压强差的作用下自下而是地通过填料层的空隙而由塔的顶部气体出口管排出。填料层内气液两相呈逆流流动,在填料表面的气液界面上进行传质(或传热),因此两相组成沿塔高连续变化。由于液体在填料中有倾向于塔壁流动,故当填料层较高时,常将其分成若干段,在两段之间设置液体再分布装置,以有利于流体的重新均匀分

布。填料塔结构简单,且有阻力小用便于用耐腐蚀材料制造等优点,对于直径较小的塔,处理有腐蚀性的物料或要求压强降较小的真空蒸馏系统,更宜采用填料。 15、填料有哪些主要特性?如何选择?

答:填料是填料塔的核心,填料性能的优劣是填料塔能否正常操作的关键。 表示填料特性的参数主要有以下几项。

1.比表面积2.空隙率3.填料因子/,湿填料因子,

在选择填料时,一般要求填料的比表面积大,空隙率大,填料润湿性好,单位体积填料的质量轻,造价低及具有足够的力学强度和化学稳定性。 16、填料塔有哪些附件?各自有何作用?

答:填料塔的附件主要有填料支承装置、液体分布装置、液体再分布装置和除沫装置等。合理选择和设计填料塔的附件,可保证填料塔的正常操作和良好的性能。 填料支承装置

填料支承装置的作用是支承填料及其所持有液体的质量,帮支承装置应有足够的力学强度。同时,应使气体和液体可顺利通过,避免在支承装置处发生液泛现象,保证填料塔的正常操作。 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。 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。 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、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

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。


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