环境工程原理-环境工程原理课后思考题解答4吸收

第四章吸收1、什么是分子扩散和涡流扩散？答：分子扩散是凭籍流体分子无规则热运动而传递物质的。发生在静止或滞流流体里的扩散就是分子扩散。在流动的流体中不仅有分子扩散，而且流体宏观流动也将导致物质的传递。涡流扩散是凭籍流体质点的湍动和漩涡传递物质的。2、简述菲克定律的物理意义和适用条件。菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述，表示物质A在介质B中发生分子扩散时，任一点处物质A的分子扩散速率JA与该位置上组分A的浓度梯度成正比。3、简述温度、压力对气体和液体分子扩散速率的影响。答：由于分子扩散速率与分子扩散系数相关，而分子扩散系数是物质的物性常数之一。通常气体中的扩散系数与扩散系统温度T的1.5次方成正比，与其分压p成反比。吸收质在液体中的扩散系数与物质的种类、温度有关，同时与溶液的浓度密切相关。通常，液体中的扩散系数与温度T成正比，与液体的粘度成反比。4、对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散速率将如何变化？答：对于气体扩散系数，但温度和压强改变时，可用下式估算：5.1000))((TTPPDD故，当温度和压强均增大一倍的时候，扩散速率应增大21.5/2=20.5。5、分析湍流流动中组分的传质机理。答：对于湍流流动来说，在流动的流体中不仅有分子扩散，而且流体宏观流动也将导致物质的传递。dzdcDJAABA6、什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。答：在吸收过程中，当气液界面上组分A被溶剂S溶解后，在界面上将留下空位，因溶剂S不能逆向通过，只能由气相主体的混合气体来填补空位，因而产生趋向于相界面的“总体流动”。总体流动是由于分子扩散本身所引起的，而不是由于外力（例如压强差）作用的结果。7、在A、B双组分混合气体的单向分子扩散中，组分A的宏观运动速度和扩散速度的关系？答：NA:传质速率，JA，JB:扩散速率8、简述对流传质的机理和传质阻力的分布。答：对流传质是指发生在运动着的流体与相界面之间的传质过程，此时的对流传质就是湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用的总和。9、试比较对流传质速率方程和菲克定律的异同点。答：菲克定律由于对流传质就是湍流主体与相界面之间的涡流扩散与分子扩散两种传质作用的总和，故对流传质速率方程D:分子扩散系数，m2/s;DE:涡流扩散系数，m2/s;dcA/dz:沿z方向的浓度梯度10、比较对流传热速率方程和对流传质速率方程的区别。答：共同点：(1)速率方程都可写成通式ccNJNAAAABBJJccNNccNccNNABAdzdcDJAAdzdcDDJAEA)(推动力＝系数阻力推动力速率＝推动力分别为浓度差和温度差；阻力分别为吸收系数的倒数和传热系数的倒数(2)对流传质和对流传热都发生在界面(或壁面)一侧的流体中，传递机理相似。传热方式是热传导和热对流，传质方式是分子扩散和涡流扩散。(3)吸收分系数kG和kL与对流传热中的对流传热系数αi和αo相当，分别表示一相内的对流传质和一侧流体中的对流传热情况，都代表影响传递过程的因素，可用经验关联式计算得到(4)吸收总系数KG和KL与传热过程中总传热系数K相当，其值反映两相间传质总阻力和间壁两侧流体间总传热阻力。在使用总系数进行吸收计算时，可避开界面的平衡浓度；而在传热计算中可避开壁温，因此采用以总系数表示的速率方程，计算较为简便。不同点：(1)在传热过程中，由于过程推动力为温度差，单位℃或K，故传热方程表达式数目少。在吸收过程中，推动力为浓度差，由于气、液相组成有多种表示方法，用于不同浓度表示的推动力，就有对应的吸收速率方程，故吸收速率方程表达式数目多。故在吸收计算中应注意推动力和阻力间的对应关系。(2)在传热计算中，平均推动力是根据两流体的始、终温度(T1,T2和t1,t2)直接计算获得的。在吸收计算中，不仅相组成表示方法多，而且推动力中的p*,c*,Y*,X*等不是气液相的实际组成，需通过平衡关系求出的平衡组成，吸收速率的计算要复杂得多。11、简述影响对流传质速率的因素和强化传质的措施。答：强化吸收过程即提高吸收速率。吸收速率为吸收推动力与吸收阻力之比，故强化吸收过程应从以下两个方面考虑。(1)提高吸收过程的推动力a.逆流操作；b.提高吸收剂的流量；c.降低吸收剂入口温度；d.降低吸收剂入口吸收质的浓度(2)降低吸收过程的传质阻力a.提高流体流动的湍动程度：吸收的总阻力包括气相与界面的对流传质阻力。吸收质组分在界面处的溶解阻力；液相与界面的对流传质阻力。通常界面处溶解阻力很小，故总吸收阻力由两相传质阻力的大小决定。若一相阻力远远大于另一相阻力，这阻力大的一相传质过程为整个吸收过程的控制步骤。12、简述双膜理论的内涵，吸收的基本原理和过程。答：流动部分：(1)相互接触的气液两相存在一固定的相界面；(2)界面两侧分别存在气膜和液膜，膜内流体呈滞流流动，膜外流体呈湍流流动。膜层厚度取决于流动状态，湍流程度愈剧烈，膜层厚度愈薄传质部分：(1)传质过程为定态过程，因此沿传质方向上的溶质传递速率为常量；(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)在界面两侧的膜内，物质传递以分子扩散方式进行；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13、吸收的主要类型有哪些？答：吸收根据不同的分类方法可分为：(1)物理吸收和化学吸收；(2)单组分吸收和多组分吸收；(3)等温吸收和非等温吸收；(4)低浓度吸收和高浓度吸收。14、环境工程领域有哪些吸收过程。答：吸收操作是一种重要的分离均相气体混合物的方法。在环境工程领域中，吸收过程常用来净化气态污染物和给被处理废水的曝气充氧等。在生产过程中排出的废气往往都含有足以污染环境的物质，如废气中含有SO2、CO2、HCN等有害气体。所以在废气排放之前均要进行净化处理。15、利用吸收法净化气态污染物的特点有哪些？污染物的回收作为某种资源；吸收剂的再生16、吸收速率与传质推动力和传质阻力的关系有哪些表达形式？17、化学吸收与物理吸收的主要区别是什么？答：(1)气体中各组分因在溶剂中物理溶解度的不同而被分离的吸收操作成为物理吸收。(2)利用化学反应，来提高溶剂对气体的吸收能力，从而实现吸收操作成为化学吸收。18、化学反应对吸收过程有哪些影响？答：对于化学吸收过程，是气、液相际传质和液相内的化学反应同时进行的传质过程。由于吸收质在液相中发生反应，化学吸收过程能加快吸收质的传质速率，增加吸收剂的吸收容量。一方面，吸收质的气相分压一定时，化学吸收可以使吸收剂吸收更多的吸收质；另一方面，吸收质在液相扩散中途即发生反应而消耗，这使得扩散的有效膜厚度减小，液相的传质阻力减小，而且界面液相浓度的降低还增加了传质推动力，这使得化学吸收的传质速率增大。19、如何联系化学吸收的气－液平衡和化学反应平衡？答：若化学反应式为：mMbBaA化学平衡关系为bamBAMK则abmBKMA1)(带入亨利定律则为HHApA1*abmBKM1)(20、如何解释化学吸收中传质速率的增加，化学反应速率的不同如何影响化学吸收？答：HHApA1*abmBKM1)(由上式可知，当H一定时，化学吸收时气相中A物质的平衡分压(PA*)化低于仅有物理吸附时气相中A物质的平衡分压(PA*)物，因此，对于同种吸收剂，含化学反应物质的吸收剂的吸收能力大于不含化学反应物质的吸收剂的吸收能力，即通常所说的化学吸收速率大于物理吸收速率。21、吸收塔中气液两相的流动方式有几种，各有什么优缺点？答：吸收塔中气液两相的流动方式主要有两种，逆流与并流。逆流平均推动力大，节省传质面积和吸收剂用量。22、写出气、液并流的吸收塔操作线方程，并在X-Y图上示意画出相应的操作线。答：见教材，斜率为负。23、最小吸收剂用量如何确定，吸收剂用量的确定应遵循什么原则？答：此时，传质推动力为零，所需的填料层为无限高，相应的吸收剂用量为最小。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LLmin前提下，若L愈大，塔高可降低，设备费用较低，但操作费用较高，反之，若L愈小，则操作费用降低，而设备费用增高。故适宜的吸收剂用量，应是两者的费用之和最低。一般计算中可取经验值24、总体积传质系数的物理意义是什么？答：相平衡的液相组成为与气相组成1*12*121min)(YXXXYYVLminmin)0.2~1.1())(0.2~1.1(LLVLVLLGGHkkK111总体积传质系数的倒数代表的为跨过气膜的总阻力25、如何求传质单元数？说明它们的关系和适用场合。答：求传质单元数常用的有两种方法：对数平均推动力法与脱吸因数法。对数平均推动力法适用于设计型的计算，脱吸因素法适用于操作型的计算。26、对一定的填料吸收塔，分析影响吸收操作的主要因素。答：对一定的填料吸收塔，影响吸收操作的主要因素为气液比L/V，也即操作线的斜率。操作线与平衡线偏离越远，表明吸收推动力越大，越有利于吸收，反之亦然。27、传质单元的意义是什么，传质单元数和传质单元高度与哪些因素有关？答：其中HOG为传质单元高度，NOG为传质单元数。也即：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好愈大，过程的推动力愈小，则吸收过程愈难，所需的传质单元数愈多。28、吸收过程计算的基本关系式有哪些？答：(1)亨利定律的表达形式(2)气膜吸收速率方程及液膜吸收速率方程12*YYYYYdYaKVZ12*YYOGYOGYYdYNaKVHExP*Hcp*mxy*AiABmGApppPRTzDNccCzDCNiBmLA011XVLYXVLY