化工原理下册第六章吸收习题答案.docx

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1、6在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g水中含氨1 g的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pao试求：(1)溶解度系数H (kmolmPa)；(2)亨利系数E(Pa)；(3)相平衡常数m；(4)总压提高到200 kPa(表压)时的H, E, m值。(假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为lOOOZg/nP解：(1)根据条件定义(2)根据条件可知根据定义式可得(3)根据条件可知于是得到(4)由于H和E仅是温度的函数，故”必和心/不变；而m= y*/x =-,与7和 p相关，故“丽=x0.928 = 0.309 opx px p33分析(1)注意一些近似处理并分析其误差。(

2、2)注意, ”和小的影响因素，这是此题练习的主要内容之一。6-2在25下，CO2分压为50 kPa的混合气分别与下述溶液接触：(1)含C02为0.01 mol/L的水溶液；(2)含CO2为0.05 mol/L的水溶液。试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力。 的85%,进塔气体中溶质浓度为0.091,操作液气比为0.9,操作条件下系统的平 衡关系为y = 0.86%,假设总体积传质系数与流动方式无关。试求：(1)逆流操 作改为并流操作后所得吸收液的浓度；(2逆流操作与并流操作平均吸收推动 力之比。解：逆流吸收时,yi=0. 091, x2=0. 0099所以 y2=yi(l-7)=0-091

3、(1 -0.85)=0.01365改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为Y；、X；,进塔气。物料衡算：将物料衡算式代入心中整理得：逆流改为并流后，因人不变，即传质单元高度h不变，故Ng不变所以由物料衡算式得：将此两式联立得：由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件一样 的情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。6-16今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。处理气量为 1000m3/h 1标准状况，原料气中含甲醇100g/m3,吸收后的水中含甲醇量等于 与进料气体相平衡时组成的67%o设在标准状况下操作，吸收平衡关系为 y = lA5x,甲

4、醇的回收率为98%, Ky=0.5kmol/ (m2-h),塔内填料的有效比外 表积为190 m2/m3,塔内气体的空塔流速为0.5 m/s。试求：(1)水的用量；(2)塔径;（3）填料层高度。解下面计算中下标1表示塔底，2表示塔顶。根据操作条件，有%=67% x； =0.0408 , X1= = 0.04251 一 X1（1）根据全塔的甲醇物料衡算式X2）= V（X-右）可以得出用水量（2）塔径口1= 昌=1X1000/3回=0 814人,可圆整到0.84m。V 7iuV % x0.5（3）由于是低浓度吸收，故可以将y = L15x近似为y = 1.15X,并存在KKy, 则可进展以下计算：

5、填料层高度先计算气相总传质单元数：再计算气相总传质单元高度最终解得H= 6.7m分析（1）这是一个典型的设计型问题，即工艺要求，希望设计出用水量、塔径和 塔高。（2）假设不进展以上近似，则可按下述方法求解：式中：V-气体总流量。于是对上式进展积分得（当然此时Ky也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似）（3）或者做以下近似处理其中，y可取匕和八的平均值；丫*可取x*和丫；的平均值。取则以上两种方法的计算结果具有可比性。6-17在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收空气中的N%,入塔混合气中NH3的 含量为0.01 （摩尔分率，下同），吸收在常压、温度为10的条件下进展，吸 收率达95%,吸收

6、液中NH3含量为0.01。操作条件下的平衡关系为y = 0.5x,试 计算清水流量增加1倍时，吸收率、吸收推动力和阻力假设何变化，并定性画出 吸收操作线的变化。解：吸收率增加，吸收推动力增加2是清水增加一倍时的操作线，斜率增加，推动力增大。6-18某吸收塔用25mmx25mm的瓷环作填料，充填高度5m,塔径1m,用清水 逆流吸收流量为2250m3/h的混合气。混合其中含有丙酮体积分数为5%,塔顶逸 出废气含丙酮体积分数将为0.26%,塔底液体中每千克水带有60g丙酮。操作在 101.3kPa、25下进展，物系的平衡关系为y=2x。试求该塔的传质单元高 数Hog及体积吸收系数Kya；（2）每小时

7、回收的丙酮量，kg/h。解：（1） M丙酮=58X二60/5860/58 + 1000/18= 0.01828L_ 由全塔物料衡算：G2601828 -0/. KYa = -=”/ 0.695 = 0.046%加。（加 Hog -x12x36004(2)每小时回收的丙酮量为：6-19在一填料层高度为5m的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分。 当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为尸0.5%。 现改用另一种性能较好的填料，在一样的操作条件下,溶质回收率可提高到95%, 试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍解：此题为操作型计算，N0G宜用脱吸因数法求算。原

8、工况下：因X2=0,则:新工况即新型填料)下：KYa _ Hog _ 1.466- r -KYa Hog 1.063即新型填料的体积传质系数为原填料的1. 38倍。讨论：对一定高度的填料塔。在其他条件不变下，采用新型填料，即可提高La，减小传质阻力，从而提高别离效果620某填料吸收塔高2.7m,在常压下用清水逆流吸收混合气中的氮。混合气入 塔的摩尔流率为0.03kmol/(m2.s),清水的喷淋密度0.018 kmol/(m2-s)o进口气体中 含氮体积分数为2%,气相总体积吸收系数Kya=0.1 kmol/(m3.s),操作条件下亨利 系数为60kPa。试求排出气体中氮的浓度。解：m = E

9、/p =60/101.3 = 0.6 L/G= 0.018 / 0.03 = 0.6 =m即操作线与平衡线平行，此时故 Ng =卫=9.0所以9.0 =2f03笫， %解得 = 0.0026-21某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采 用液气比是3,气体入口摩尔分数yi=0.001,回收率可达90%.物系的平衡关系为 y=2xo今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数X2升至0.00035,试求：（1）可溶组 分的回收率下降至多少（2）液相出塔摩尔分数升高至多少解： % = x（i - n） =。1双1-o.9）=o.ooi当2上升时，由于H不变，Hog不变.Nog

10、 = /og也不变，即（3）物料衡算6-22用一填料塔逆流吸收空气中的氨。单位塔截面上的混合气体流率为0.036 kmol/m2.s,含氨2% （摩尔分率,下同），新鲜吸收剂为含氨0.0003的水溶液, 从塔顶参加。要求氨的回收率不低于91%,设计采用液气比为最小液气比的1.3 倍。氨-水-空气物系的相平衡关系为y=L2x。气相总传系数Kya为0.0483 kmol/ m3-s ，过程为气膜控制。试求：所需塔高.(2)假设采用局部吸收剂再循环从塔顶参加，新鲜吸收剂用量不变，循环量与 新鲜吸收剂量之比为1:10,为到达同样的回收率，所需塔高为多少？解：(1)对吸收塔作物料衡算吸收塔内液气比为全塔

11、物料衡算其中X, = . % +0.91x0% + 0 0003 = 0 012891 L/G -1.446全塔的传质单元数所需塔高为(2)当有局部吸收剂再循环后，吸收剂的入塔含量为X, - L + x2 - L _ 0.1%1 - L + x2 - L _ 0.1% + 0.0003L + L0.1L + L-1.1吸收塔内液气比全塔物料衡算必一必L/G0.91x0,02k59+工2联立、两式可解得全塔的传质单元数所需塔高6-23为测定填料层的体积吸收系数Kya,在填料塔内以清水为溶剂，吸收空气中 低浓度的溶质组分A。试画出流程示意图，指出需要知道哪些条件和测取哪些参 数；写出计算Kya的步

12、骤；在液体流量和入塔气体中组分A浓度不变的情况下, 加大气体流量，试问尾气中组分A的浓度是增大还是减小题6-23图解流程如图(a)所示，由于所以，为了测出K4,需要知道物系的平衡关系，因而需要测定温度，以便于从 手册中查找有关数据，还需测量进、出口的气、液流量及组成、塔径和填料层的 高度。求Kya的步骤如下：(1)在稳定操作条件下测出L, V, Xi，X2(=0),匕匕 以及温度；(2)依据平衡关系求出平均推动力(3)量出塔径仙=*闻 及填料层高度H；(4)将以上各量代入式，及求得捣鬼假设参加大气体流量，尾气中组分A的浓度将增高。其分析如图b所示。分析(1)实验时要多测一些L和V条件下的数据以

13、便总结出规律。2)试分析增大气体流量后XI会假设何改变?(3)测水流量L有何用途？6-24某逆流操作的填料吸收塔，塔截面积In?,用清水吸收混合气中的氨气，混合气量为0.06kmol/s,其中氨的浓度为0.01摩尔分率)，要求氨的回收率至少为95%。吸收剂用量为最小用量的L5倍，气相总体积吸收系数为0.06kmol/(m3-s),且K、%操作压力ioi.33kPa,操作温度30,在此条件下，气液平衡关系为y = 1.2%,试求：(1)填料层高度(m)；(2)假设混合气体量增大，则按比例增大吸收剂的流量，能否保证溶质吸收率 不下降简述其原因；(3)假设混合气体量增大，且保证溶质吸收率不下降，可采

14、取哪些措施解：(1)根据题意得全塔的传质单元数全塔的传质单元高度(2)假设能保证吸收率不下降，则有=0.95又因为L与V按比例增大，所以-则*0.702Y2=Y2,则 Ng不变乂因为Hog =V V V10.2 Hog /心=仅/V产 1 A H H则假设不成立，不能满足要求(3)在H不变时，Hog,则Ng1，又因为与m均不变，.需要Lf或者换 用更加高效的填料思考题6-1吸收的目的和 根本依据是什么吸收的主要操作费用花费在哪里答：目的是别离气体混合物，依据是气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同; 操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。6-2选择吸收剂的主要依据是什么什么是溶剂的选择性答：溶

15、解度大，选择性高，再生方便，蒸气压低，损失小。溶剂对溶质溶解度大, 对其他组分溶解度小。6-3 E m、H三者各自与温度、总压有何关系答：m、E、H均随温度上升而增大，E、H 根本上与总压无关，m反比于总压。6-4扩散流JA,净物流N,传质速率NA相互之间有什么联系和区别答：N = Nm+Ja + Jb, Na = Ja + NmCa/Cm o（，4浓度梯度引起，Nm微压力差引起，Na溶质传递。6-5漂流因子有什么含义等分子反向扩散时有无漂流因子为什么答：表示了主体流动对传质的奉献无漂流因子，因为没有主体流动6-6气体分子扩散系数与温度、压力有何关系液体分子扩散系数与温度、黏度有 何关系答：气

16、体分子扩散系数与温度的1.5次方成正比，总压力成反比；液体扩散系数 与温度成正比，与粘度成反比。6-7传质过程中，何种情况是气相阻力控制何种情况是液相阻力控制答：当1/KV m/Kx时，此时传质阻力主要集中于气相，称为气相阻力控制过程;当1/（加Kv）l/K,时，此时传质阻力主要集中于液相，称为液相阻力控制过程。6-8低含量气体吸收有哪些特点答：G、L为常量，等温过程，传质系数沿塔高不变6-9吸收塔高度计算中，将Nog与Hog分开有什么优点答：别离任务难易与设备效能上下相对分开，便于分析。6-10建设操作线方程的依据是什么答：塔段的物料衡算。6-11什么是返混返混对塔的别离结果有什么影响答：在

17、有降液管的塔板上，液体横流过塔板与气体呈错流状态，液体中易挥发组 分的浓度将沿着流动的方向逐渐下降，但是当上升气体在塔板上使液体形成涡流 时，浓度高的液体和浓度低的液体就混在一起，破坏了液体沿流动方向的浓度变 化，这种现象叫返混现象。6-12何谓最小液气比答：操作先于平衡线相交或者相切时对应的L/V称为最小液气比。6-13X2,max与(L/G)min是假设何受到技术上的限制的答：通常，X2 max=y2/m, (G)min=(y-%)/(%ie-%2)。因此，技术上的限制主 要是指相平衡和物料衡算。6-14有哪几种Nog的计算方法用对数平均推动力法和吸收因数求NOG的条件 各是什么答：对数平

18、均推动力法，吸收因数法，数值积分法。相平衡分别为直线和过原 点直线。6-15 Hog的物理含义是什么常用吸收设备的HOG约为多少答：气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。0.151.5 m。6-16吸收剂的进塔条件有哪三个要素操作中调节这三要素，分别对吸收结果有 何影响 答：t、X2、Lo t, X2, L均有利于吸收。解：由亨利定律得到根据化工原理教材中表8-1查出所以可以得到又因为所以得于是：（1）为吸收过程，。= 0.0067%加。加3。 为解吸过程，Ac = 00333切1。加3。分析 1推动力的表示方法可以有很多种，比方，用压力差表示时: Pco2 =29.9k

19、PaCco2_0 01Hg 3.347x10-4推动力A=20.1ZPa（吸收）0.05- 3.347x1 O-4= 149AkPa推动力Ap = 99.4左夕。（解吸）或者，用摩尔分数差表示时由9=4M = L8x1t，判断出将发生吸收过程，推动力wAx=l.ZOlxlO-4；由%。=9*10; 判断出将发生解吸过程，推动力以=5.99、1（）7（2）推动力均用正值表示。6-3指出以下过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y图上表示。(1)含SO2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO2为0.03(摩尔分数)的混合气接触, 总压为 101.3 kPa, t=35；(2)气液组成

20、及总压同(1) , t=15；(3)气液组成及温度同(1),总压为300 kPa(绝对压力)。解根据化工原理教材中表8-1知T = 35时，SO2的 E = 0.561 xlO4kPa,故根据相平衡关系，得由于*力，所以将发生解吸过程。传质推动力为(2 )T=15 时，SO2 的 E = 0.29M04kPa,故根据相平衡关系，得由于因力，所以将发生吸收过程。传质推动力为F(3)同理可知，当 T=35, = 300kPa 时， = 0.567x10以故旭=一 = 18.9 P由于力，所以将发生吸收过程。推动力为不意图见题6-3图。题6-3图分析体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变

21、，即吸收和解 吸。64氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25c下用水吸收，过程中 不断移走热量以使吸收在等温下进展。进气量为1000 m3,出口气体中含氨 0.01 (摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(n?)。解 惰性气体量V = 1000x0.88 = 880m3,进口中NH3之量为120/7?,出口中Nh3之量为120 x。01 99 =9疝，于是总出气量=880 + 9 =889加，被吸收的NH3量为 0.12/0.881000x101325 八889x101325 0yl0.12xO.Olx= 4544帆o/,为 77.3kg。8.314x2988.

22、314x298分析(1)进展物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准，一般不以体积为基准。此 处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化，所以以体积作为衡 算的基准。(2)此题是并流还是逆流?有区别吗？(3)假设何才能不断移走热量？该用填料塔还是板式塔？(4)不移走热量对吸收有什么影响？6-5 一浅盘内存有2mm厚的水层，在20c的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到 大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气膜层，此空气膜层以 外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.6l(y5m2/s,大气压强为1.013xl()5pa。求蒸 干水层所需时间。解：此题中水层Z的变化是时间。的函数，且与扩

23、散速率有关。查教材附录水的物理性质得，20时水的蒸汽压为2.3346kPa。条件为：代入上式得：水的摩尔质量M =18左g/Zmo/,设垂直管截面积为A,在d。时间内汽化的水量 应等于水扩散出管口的量，即AT . p . uni Z NaM 5.03 x 10-6 x 18in_8/NAAdO = AdZ则= 9.054x10 mlsA Mde p 1000在夕=0, Z = o至lj9 = o, Z = 2xl(y3”之间积分，得6-6含组分A为0.1的混合气，用含A为。.01 (均为摩尔分数)的液体吸收其中的A。A在气、液两相中的平衡关系为液气比为0.8,求： = 1.5(1)逆流操作时，

24、吸收液出口最高组成是多少此时的吸收率是多少假设G , 各量又是多少分别在y-x图上表示；(2)假设改为并流操作，液体出口最高组成是多少此时的吸收率又是多少解(1)逆流操作(题6-6图(a)时，题6-6图X?= ON B0.O1, K =_2J_ = o.ll - 1-0.011-0.1 当V = 0.8 根=1 ,以及塔高无穷高时,在塔底到达两相平衡(题8-9图(b),X|max = X；=X/m = 0.U。根据物料衡算可知此时，吸收率为 当V = L5根=1,以及塔高无穷高时,在塔顶到达吸收平衡(题8-9图(b),4山=以=用2=。1。仍可以根据物料衡算乂乂-*2)=N匕-43 求出(2)

25、并流操作且V = 0.8时(题8-9图(c),因为H = oo,所以有根据操作线关系，有式，联立，求得：于是分析逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡； 此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的, 但吸收率不是最高。6-7用水吸收气体中的SO2 ，气体中SO2的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中 SO2的平均浓度为lg/1000g。塔中操作压力为1013kPa(表压)，现气相传质分系 数七二0.3x104moi/ (m2-h-kPa),液相传质分系数的=0.4 m/h。操作条件下平衡关系y = 50x。求

26、总传质系数Ky (kmol/ (m2-h)。解根据na = ky(y-y)=kyyy* = ky二y*二后一(仁.*)吊 y;i-y 1-/J r (1-yX1-/) p (i-iX1-/) p (i-yX1-/)和得现 p = 111.4ZPa, y = 0.02, y =/wcA=50x口= 2.81 x IO-4,因此要先1/64 + 1000/18根据下式求出Kg才能求出给： 因此还要求出H：于是便可求出和分析此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量 级。6-8在1.013xl()5pa、27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相 中的浓度很低，平衡关

27、系服从亨利定律。H=0.511 kPa m3/kmol,气膜吸收分系 G=1.55xl05kmol/(m2-s-kPa),液膜吸收分系数上l=2.08x1()5(m/s)。试求吸收总 系数Kg并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。解根据定义式刈=儿伉-;)=勺卜;-力和；=誓 可知L1所以只要求出Kg即可。又 所以因为为气相阻力，一匚为总阻力，故kGKg分析 此题应和题6-9 一起综合考虑。6-9在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27,压强为 1.013xl05Pao稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg,液 相中甲醇浓度为2.11kmol/m3o试根据

28、题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速 率。解吸收速率可以用公式*)求出。其中于是可得分析 此时，根据刈=弓( p,) = L55xK)-5(5.07-pJ = 5.68xl(r5,还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压(p,=L405女尸)以及液相侧中的甲醇浓度(Ci = Hpi=2.748kmol/心，此值远高于主体溶液中的甲醇浓度。(2)是不是题目有些问题含5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此加应 是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了(质量分数仅为0.0064%),这些水 又有何用呢假设将题目中甲醇浓度改为24襁加3,则质量分数为6.4 %,便可以用精编 法回收其中的甲醇。6-10

29、附图为几种双塔吸收流程，试在y-x图上定性画出每种吸收流程中A、B 两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。题6-10附图d) 611在某逆流吸收塔内，于10L3kPa、24c下用清水吸收混合气体中的H2S,将 其浓度由2%降至0.1% (体积分数)。系统符合亨利定律，E=545xlO1.3kPa。假设吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。解：yO. 02 y2=0. 001 E = 5.52x104KPa P =101. 33KPa贝ij Yl = 0L = 0.0204 Y2 = 0,001 = 0.0011-0.021-0.001又据全塔物

30、料衡算L(XI-X2) = v(y,- y2)即操作液气比上为776. 25出口液相组成X为2.5x10-5V6U2用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2, SO2的初始浓度为5% 本积分数， 操作条件下的相平衡关系为y=5.(k,分别计算液气比为4和6时气体的极限出 口浓度。解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对 于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m的相对大 小。当 G = 4, Gm = 5.0,操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气 体极限出口浓度为：由物料衡算关系可求得液体出口浓度为：从以上计算结果可知，当G用时，气体的极限浓度

31、只取次于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用 量无关。6-13在某填料吸收塔中，用清水处理含SO2的混合气体。逆流操作，进塔气体中含S02为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相对分子质量取28o 水的用量比最小用量大65%,要求每小时从混合气中吸收2000kg的SO2。操作 条件下气、液平衡关系为y = 26.7%。计算每小时用水量为多少立方米。解：根据题意得根据吸收的SO2质量求得混合气中惰性气体的流量根据物料衡算解得为=4.35 x IO=26.672)_ X匕 _。.087-4.35x10-5【歹X =0.087/26.7贝 ijL = 1.65 Lmin= L65 x 26.7 x 359.375 =1.58 x 10, kmol/h则每小时的用水量为6-14用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为，采用的液气 比是最小液气比的B倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以八仅两个参数列出 计算Nog的表达式。解：令进塔气体浓度为yl,则出塔气体浓度为丫2=%(1-) X2=0由上题证明的结果：Nog丫21 GI -m- L6-15在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质