题目
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5.3(kPa),液相中溶质A的摩尔分数为0.02。气膜传质系数k_Y=2.5times10^-5(kmol/(m)^2cdot(s)),液膜传质系数k_X=4.0times10^-3(kmol/(m)^2cdot(s))。气液平衡关系可用亨利定律表示,相平衡常数m=0.8。总压为101.3(kPa)。试求:(1) 气相总传质系数K_Y,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N_A。
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$5.3\text{kPa}$,液相中溶质A的摩尔分数为0.02。气膜传质系数$k_Y=2.5\times10^{-5}\text{kmol/(m}^2\cdot\text{s)}$,液膜传质系数$k_X=4.0\times10^{-3}\text{kmol/(m}^2\cdot\text{s)}$。气液平衡关系可用亨利定律表示,相平衡常数$m=0.8$。总压为$101.3\text{kPa}$。
试求:
(1) 气相总传质系数$K_Y$,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$N_A$。
题目解答
答案
1. 根据公式 $ \frac{1}{K_y} = \frac{1}{k_y} + \frac{m}{k_x} $,得:
\[
\frac{1}{K_y} = 40000 + 200 = 40200 \implies K_y = \frac{1}{40200} \approx 2.49 \times 10^{-5} \, \text{kmol/(m}^2 \cdot \text{s)}
\]
由于 $ \frac{1}{k_y} \gg \frac{m}{k_x} $,吸收过程为气膜控制。
2. 计算 $ Y $ 和 $ Y^* $:
\[
y = \frac{5.3}{101.3} \approx 0.0523, \quad Y = \frac{0.0523}{0.9477} \approx 0.0552
\]
\[
y^* = 0.8 \times 0.02 = 0.016, \quad Y^* = \frac{0.016}{0.984} \approx 0.0163
\]
\[
N_A = K_y (Y - Y^*) = 2.49 \times 10^{-5} \times (0.0552 - 0.0163) \approx 9.7 \times 10^{-7} \, \text{kmol/(m}^2 \cdot \text{s)}
\]
答案:
(1) $ K_y \approx 2.49 \times 10^{-5} \, \text{kmol/(m}^2 \cdot \text{s)} $,吸收过程为气膜控制。
(2) $ N_A \approx 9.7 \times 10^{-7} \, \text{kmol/(m}^2 \cdot \text{s)} $。