题目
用吸收塔吸收空气中的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4.1kPa,液相中SO2浓度为0.05kmol/m³,气相传质系数为kG=1.5× 10-2kmol/ (m2·h·kPa),液相传质系数为k1=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。
用吸收塔吸收空气中的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4.1kPa,液相中SO2浓度为0.05kmol/m³,气相传质系数为kG=1.5× 10-2kmol/ (m2·h·kPa),液相传质系数为k1=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。
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。
题目解答
答案
参考答案：
解析
步骤 1：计算溶解度系数
根据题目条件，吸收液的摩尔浓度为 ${c}_{0}=1000/18=55.6kmol/{m}^{3}$，相平衡常数为 $m=26.7$，常压为 $p_{0}=101.325kPa$。溶解度系数 $H$ 可以通过以下公式计算：
$$H=\dfrac {{C}_{0}}{m{p}_{0}}=\dfrac {55.6}{26.7\times 101.325}=0.0206kmol(kpa\cdot {m}^{3})$$
步骤 2：计算气液相界面上的浓度和分压
在相界面上，气液两相平衡，所以 ${c}_{i}=0.0206{p}_{i}$。又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以 ${k}_{G}(p-{p}_{i})={k}_{L}({c}_{i}-c)$。将已知条件代入，可以求得 ${P}_{i}=3.52kPa$，${c}_{1}=0.0724kmol/{m}^{3}$。
步骤 3：计算总传质系数、传质推动力和传质速率
总气相传质系数 ${K}_{G}=\dfrac {1}{\dfrac {1}{k_{G}}+\dfrac {H}{k_{L}}}$，总液相传质系数 ${K}_{L}={K}_{c}lH$。与水溶液平衡的气相平衡分压为 $p'=c/H$，与气相组成平衡的溶液平衡浓度为 ${c}^{*}=Hp$。传质速率 ${N}_{A}={K}_{G}\Delta P={K}_{L}\Delta c$。
根据题目条件，吸收液的摩尔浓度为 ${c}_{0}=1000/18=55.6kmol/{m}^{3}$，相平衡常数为 $m=26.7$，常压为 $p_{0}=101.325kPa$。溶解度系数 $H$ 可以通过以下公式计算：
$$H=\dfrac {{C}_{0}}{m{p}_{0}}=\dfrac {55.6}{26.7\times 101.325}=0.0206kmol(kpa\cdot {m}^{3})$$
步骤 2：计算气液相界面上的浓度和分压
在相界面上，气液两相平衡，所以 ${c}_{i}=0.0206{p}_{i}$。又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以 ${k}_{G}(p-{p}_{i})={k}_{L}({c}_{i}-c)$。将已知条件代入，可以求得 ${P}_{i}=3.52kPa$，${c}_{1}=0.0724kmol/{m}^{3}$。
步骤 3：计算总传质系数、传质推动力和传质速率
总气相传质系数 ${K}_{G}=\dfrac {1}{\dfrac {1}{k_{G}}+\dfrac {H}{k_{L}}}$，总液相传质系数 ${K}_{L}={K}_{c}lH$。与水溶液平衡的气相平衡分压为 $p'=c/H$，与气相组成平衡的溶液平衡浓度为 ${c}^{*}=Hp$。传质速率 ${N}_{A}={K}_{G}\Delta P={K}_{L}\Delta c$。