(3.1.7)--吸收 第7次课 习题课化工原理.pdf

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1、传质与分离工程习题课习题课2通过习题、锻炼计算能力，熟悉设计型、操作型问题的分析方法和计算过程，建立工程计算的思想，树立严谨、认真、不畏困难的工匠精神。学习目的与学习目的与要求要求习题课习题课习习 题题 课课指吸收设备和流程已给定，考察操作条件指吸收设备和流程已给定，考察操作条件的变化对吸收效果的影响的变化对吸收效果的影响操作型设计型操作型设计型 y2 x2 G y1 L x1 操作条件：操作条件：气液流量气液流量、气液进口浓度气液进口浓度、操作温度操作温度、压力等压力等操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析法快速分析法作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【例例2 2】在逆流操作的

2、填料吸收塔中在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质组分进行对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收吸收，现因故现因故(1 1)吸收剂入塔浓度变大；吸收剂入塔浓度变大；(2 2)吸收剂用量变小；吸收剂用量变小；而其它操作条件均不变而其它操作条件均不变，试分析出试分析出塔气体塔气体、液体浓度如何变化液体浓度如何变化？y2?x2 G y1 L x1?y2?L x2 G y1 L x1?【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大快速分析法：快速分析法：依据：依据：阻力推动力=阻力推动力=ANx2变大，变大，x1也将变大。也将变大。x2变大，将使全塔液相浓度均变大，故全塔传质推动力变大，将使

3、全塔液相浓度均变大，故全塔传质推动力将变小，不利于吸收，因此，将变小，不利于吸收，因此，y2变大。变大。对照对照：传：传热章的操热章的操作型问题作型问题分析方法分析方法操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+排除法排除法 y y1 B 原 E Y2 A O x 当当 x2变大时，原、新状况下操作线变大时，原、新状况下操作线 Y1不变、不变、x2变大变大 Kya 不变，不变，aKGHyOG=不变不变。L/G不变不变影响因素：影响因素：流动状况流动状况、物系物系、填料特性和操作条件填料

4、特性和操作条件与与Z0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。a假设假设y2不变不变b假设假设y2变小变小作图知此作图知此时操作线时操作线为红线，为红线，可见可见NOG Z0 1 y-y*0 y2 y1 y 传质单元数传质单元数 y2?x2 G y1 L x1?操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+排除法排除法Kya 不变，不变，aKGHyOG=不变不变。与与Z0不变相矛盾，故假设不变相矛盾，故假设不成立。不成立。b假设假设y2变小变小作图知此时操作线为作图知此时操作

5、线为红线，可见红线，可见NOG Z0 y y1 B 原 E Y2 A O x 当 x2变大时，原、新状况下操作因此，因此，y2只能只能 1 y-y*0 y2 y1 y 传质单元数传质单元数 y2?x2 G y1 L x1?操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大作图作图+排除法排除法 y2?x2 G y1 L x1?y y1 B 原 E Y2 A O x 当 x2变大时，原、新状况下操作线 关于关于x1：与与y2的分析类似的分析类似假设假设x1不变、变小，作不变、变小，作图可知图可知NOG将

6、变小，故将变小，故Z0将变小，与将变小，与Z0一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此，x1 1 y-y*0 y2 y1 y 传质单元数传质单元数 操作型定性分析举例操作型定性分析举例【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂入塔浓度变大吸收因数法：吸收因数法：NOG（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大增大由题意可知：由题意可知：不变不变LmGS=不变不变aKGHyOG=NOGZ0/HOG不变不变1 22 2不变由右图可知，由右图可知，又又x2变大，故变大，故y2变大变大快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法 y2?x2 G y1 L x1?【解解】(1)吸收剂入塔浓度变大吸收剂

7、入塔浓度变大至于至于x1：仍需用排除法判定（略）。仍需用排除法判定（略）。操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法建议：建议：上述三种方法中，首先推荐使用“快速分析法”上述三种方法中，首先推荐使用“快速分析法”；如果此法不行，建议使用“吸收因数法”；如果还不；如果此法不行，建议使用“吸收因数法”；如果还不行，再使用“作图排除法”。行，再使用“作图排除法”。【解解】(2)(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时 y2?L x2 G y1 L x1?快速分析法：快速分析法：L L，导致液相侧湍动程度变差，假想液膜变导致液相侧湍动程度变差，假想

8、液膜变厚，液相侧流动阻力厚，液相侧流动阻力 ，故传质总阻力，故传质总阻力 ，不利于吸收。因此，不利于吸收。因此，y y2 2 L L，虽然导致，虽然导致A A的吸收量变小，但不如的吸收量变小，但不如L L的减小幅度大，故全塔液相浓度将变大，的减小幅度大，故全塔液相浓度将变大，即即x x1 1。阻力推动力=阻力推动力=AN操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【解解】(2)(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时吸收因数法：吸收因数法：由题意可知：由题意可知：变大变大LmGS=变大或不变变大或不变aKGHyOG=NOGh0/HOG变小或不

9、变变小或不变 变小由右图可知，由右图可知，y2 NOG（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大增大Kya变小或不变变小或不变操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法 y2?L x2 G y1 L x1?【解解】(2)(2)当吸收剂用量变小时当吸收剂用量变小时至于至于x1：仍需用排除法判定仍需用排除法判定 y y1 B 原 E y2 A O x =作图知，作图知，NOG，NOL=a假设假设x1不变不变b假设假设x1变小变小L 变小，变小，=mxOLLaKLH（0m1）1 x*-x 0 x2 x1 x 传质单元数传质单元数，NOL 作图知，作图

10、知，NOG 与与Z0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。与与Z0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【练习练习】在逆流操作的填料吸收塔中在逆流操作的填料吸收塔中，对某一低浓气体中的溶质对某一低浓气体中的溶质组分进行吸收组分进行吸收，现因故现因故（1 1）气体入塔浓度气体入塔浓度y y1 1变小变小，（2 2）G G变小变小，而其它操作条件均不变而其它操作条件均不变，试分析出塔气体浓度试分析出塔气体浓度y y2 2、液体浓液体浓度度x x1 1如何变化如何变化？操作型定性

11、分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法【练习练习】（1 1）气体入塔浓度）气体入塔浓度y y1 1变小变小快速分析法：快速分析法：阻力推动力=阻力推动力=ANy y1 1变小，变小，y y2 2也将变小。也将变小。y y1 1变小，将使全塔气相浓度均变小，故全塔传质推动力将变小，将使全塔气相浓度均变小，故全塔传质推动力将变小，不利于吸收，因此，变小，不利于吸收，因此，x x1 1变小。变小。操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法吸收因数法：吸收因数法：不变不变SL/G 不变不变不变不变mKya

12、 不变，不变，aKGHyOG=不变不变。=不变查图可知：查图可知：不变至于至于x1的变化仍需用作图的变化仍需用作图+排除法排除法【练习练习】（1 1）气体入塔浓度）气体入塔浓度y y1 1变小变小操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法 y y1 B 原 E y2 A O x 关于关于x x1 1：排除法：排除法假设假设x x1 1不变、变大，作图不变、变大，作图可知可知N NOGOG将变大，故将变大，故Z Z0 0将变将变大，与大，与Z Z0 0一定相矛盾，一定相矛盾，因此，因此，x x1 1将变小。将变小。吸收因数法：吸收因数法：【练习

13、练习】（1 1）气体入塔浓度）气体入塔浓度y y1 1变小变小操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法（2 2）G G变小变小快速分析法：快速分析法：G G，导致气相侧湍动程度变差，假想气膜变厚，气相侧流导致气相侧湍动程度变差，假想气膜变厚，气相侧流动阻力动阻力 ，故传质总阻力，故传质总阻力 ，不利于吸收，不利于吸收，A A的吸收量变小，的吸收量变小，但不如但不如G G的减小幅度大，故吸收率变大，因此的减小幅度大，故吸收率变大，因此y y2 2 。A A的吸收量变小，故的吸收量变小，故x x1 1。阻力推动力=阻力推动力=AN操作型定性分析

14、举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法吸收因数法：吸收因数法：由题意可知：由题意可知：=LmGS()()=10mGaKGHmyOGNOGZ0/HOG变大变大 变大由右图可知，由右图可知，y2 NOG（y1-mx2）/（y2-mx2）S增大增大至于至于x x1 1的变化仍需用作图的变化仍需用作图+排除法排除法（2 2）G G变小变小操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法 1 x*-x 0 x2 x1 x 传质单元数传质单元数 y y1 B 原 E y2 A O x =a a假设假设x x1 1不变不

15、变、G 变小，变小，Kxa 或不变，或不变，aKLHxOL=或不变或不变，NOL 作图知，作图知，NOG 与与Z0不变相矛盾，故假设不成立。不变相矛盾，故假设不成立。假设假设x x1 1变大变大（2 2）G G变小变小操作型定性分析举例操作型定性分析举例快速分析快速分析作图作图+排除法排除法吸收因数法吸收因数法操作型问题计算操作型问题计算 y2 x2=0 =95%?G L y1 x1 1.2=GLy=1.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%【例例3 3】某吸收塔在某吸收塔在101101.3 3kPakPa、293293K K下用清水逆流吸收丙下用清水逆流吸收丙酮酮空气混合气体空

16、气混合气体（可视为低浓气体可视为低浓气体）中的丙酮中的丙酮。当操作当操作液气比为液气比为2 2.1 1时时，丙酮回收率可达丙酮回收率可达9595%。已知物系平衡关系已知物系平衡关系为为y=y=1 1.1818x x，吸收过程大致为气膜控制吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数气相总传质系数K Ky ya a G G0 0.8 8。今气体流量增加今气体流量增加2020%，而液量及气液进口浓度而液量及气液进口浓度不变不变，试求：试求：（1 1）回收率变为多少回收率变为多少？（2 2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？气膜控制气膜控制【解解】（1 1）回收率变为多

17、少？）回收率变为多少？分析：分析：气体流量增加，则导致被吸收的丙酮量增气体流量增加，则导致被吸收的丙酮量增加，加，y y2 2，故回收率将变小。，故回收率将变小。y2 x2=0 =95%?G L y1 x1 1.2=GLy=1.18xKya G0.8气体气体流量流量增加增加20%气膜控制气膜控制56.01.218.1=GLmS()()+=+=SSSNOG 111ln11()()1.556.095.01156.01ln56.011=+=+=04.12.12.0=96.004.11=原工况下：原工况下：2.0=GGHHOGOGOGOGOGOGHHNN=9.4=OGN672.056.02.12.1=

18、GLmGLmS()()+=+=SSSNOG 111ln11=1 219.4=%4.92=新工况下：新工况下：操作型问题计算操作型问题计算（2 2）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？）单位时间内被吸收的丙酮量增加多少倍？=.=.=.倍可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了可见，单位时间内被吸收的丙酮量增加了171720%20%，即，即被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量增大幅度。被吸收的丙酮量增大幅度小于气体流量增大幅度。操作型问题计算操作型问题计算23在逆流操作的吸收塔中在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收氨空气混合用清水吸收氨空气混合气中的氨气中的氨，混合气进塔时氨的浓度混合气进塔时氨的浓度Y Y

19、1 1=0 0.0101（摩尔摩尔比比），吸收率吸收率9090，操作压力操作压力760760mmHg,mmHg,溶液为稀溶溶液为稀溶液液，系统平衡关系服从拉乌尔定律系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下操作温度下，氨在水溶液的饱和蒸汽压力为氨在水溶液的饱和蒸汽压力为684684mmHgmmHg，传质单元高传质单元高度为度为0 0.5 5米米。求：最小单位吸收剂用量求：最小单位吸收剂用量当吸收剂用量为最小用量的当吸收剂用量为最小用量的2 2倍时倍时，填料层的高度为填料层的高度为多少米多少米？设计型习题示例设计型习题示例241 1）系统服从拉乌尔定律系统服从拉乌尔定律Y=(PY=(P0 0/P)/

20、P)x=x=0 0.9 9x xm=m=0 0.9 92 2）L/V=L/V=2 20 0.8181=1 1.6262S=mV/L=S=mV/L=0 0.9 9/1 1.6262=0 0.55655681.0)(1212*121min=mmYYYXXYYVL101121=YY62.3)1ln(1121=+=SYYSSNOGZ=HOGNOG1.81m25【例 3-1】在填料塔中用清水吸收氨与空气的混合气中的氨。混合气流量为 1500 标13hm，氨所占体积分率为 5%，要求氨的回收率达 95%。已知塔内径为 0.8m，填料单位体积有效传质面积3293=mma，吸收系数1121.1=atmhmkm

21、olKG。取吸收剂用量为最少用量的 1.5 倍。该塔在 30和23.101mkN压力下操作，在操作条件下的平衡关系为2 78.5=mkNCpe，试求：（1）出塔溶液浓度 x1；（2）用平均推动力法求填料层高度 Z；（3）用吸收因数法求 Z。（已知吸收为逆流吸收过程。）设计型习题示例设计型习题示例26首先列出已知条件，并用公式符号和标准单位表达出来。78.5/1 ,m93 ,95.0 6722.41500 ,0.05 ,0 13-2112=kmolkNmHmahkmolVyx此题中：思路就是由所求目标推至已知条件。（1）求 x1 2121xxyyVL=()121211 yyyyy=或 2121m

22、in/5.15.1xmyyyVLVL=PHMPEmss=解题过程是由已知到未知。即求出12xyVLm（2）求 Z（平均推动力法）myyyyaKVZ=21 PaKaKGy=221,yVmyy（3）求 Z（吸收因数法）+=LmVxxyyLmVLmVaKVZy21211ln11 按前述计算结果代入即可。y2 x2 y1 x1 V L 27()()mmhmkmolhkmolyyyaKVZymxyyyymxyyyyhmkmolatmmmatmhmkmolPaKaKmymeeGy29.800748.00025.005.08.043.10267 00748.00025.00167.0ln0025.00167

23、.0 0025.0 0167.00105.017.305.0 3.102 1931.1 2221312122222111111332112=28点评：点评：此题是对吸收章节的此题是对吸收章节的全面复习全面复习，涉及到下面涉及到下面五个重要的知识点五个重要的知识点。1 1吸收平衡关系吸收平衡关系亨利定律亨利定律，涉及了涉及了m m与与H H的换算公式的换算公式，H H的的单位单位，也复习到了也复习到了。2 2操作线方程和最小液气比的计算操作线方程和最小液气比的计算。3 3传质系数及其关系的换算传质系数及其关系的换算，4 4平均推动力法求算填料层高度平均推动力法求算填料层高度。5 5吸收因数法求算

24、填料层高度吸收因数法求算填料层高度。还有吸收率和理想气体状态方还有吸收率和理想气体状态方程等均有涉及程等均有涉及。29有一吸收塔有一吸收塔，填料层高度为填料层高度为3 3m m，在常压在常压、2020用清水来吸收氨用清水来吸收氨和空气混合气体中的氨和空气混合气体中的氨。吸收率为吸收率为9999%，进口气体中含氨进口气体中含氨6 6%（体积体积%），进口气体速率为进口气体速率为580580kgkg.m m-2 2.h h-1 1，进口清水速率为进口清水速率为770770kgkg.m m-2 2.h h-1 1，假设在等温条件下逆流吸收操作假设在等温条件下逆流吸收操作，平衡关系平衡关系Y=Y=0

25、0.9 9X X，且与气体质量流速的且与气体质量流速的0 0.8 8次方成正比次方成正比，分别计算改分别计算改变下列操作条件后变下列操作条件后，达到相同分离程度所需填料层高度达到相同分离程度所需填料层高度。（1 1）将操作压强增加一倍将操作压强增加一倍（P=P=202202.6 6kPakPa），其他条件不变其他条件不变。（2 2）将进口清水量增加一倍将进口清水量增加一倍，其他条件不变其他条件不变。（3 3）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。）将进口气体流量增加一倍，其他条件不变。操作型习题示例操作型习题示例30首先通过已知首先通过已知Z=Z=3 3m m，以及未改变条件时的数据以及未改变

26、条件时的数据，和和Z Z的计算的计算公式公式，求出求出K KG G，然后通过改变条件然后通过改变条件，对对Z Z计算式各种参数计算式各种参数的影响的影响，分别计算新的分别计算新的Z Z。从上式看出：从上式看出：（1 1）总压总压P P对对m m有影响有影响，对对Z Z有影响有影响。（2 2）液体流量液体流量L L，对对Z Z有明显影响有明显影响。（3 3）气体流量气体流量V V，对对Z Z有影响有影响。+=LmVmxymxyLmVLmVPaKVZG22211ln11解题思路解题思路31解题过程：解题过程：一一、求现有条件下的求现有条件下的 KG()()()1131222211212212146

27、15.0 42.00006.006.042.01ln8.42209.0113.1013201ln118.4218/7702029/5803.101 ,3 ,0 ,9.00006.006.099.011 ,06.0=+=+=kPahmkmolkPamhmkmolaKLmVmxymxyLmVLmVPaKVZhmkmolVhmkmolVkPaPmZxmyyyGG32二二分别计算：分别计算：(1 1)P P=202202.6 6kPa,kPa,由于亨利定律由于亨利定律E E与与P P无关无关E=E=mPmP=m mP P()mLVmxmyxmyLVmLVmPaKVZPmPmG184.1 21.0000

28、6.006.021.01ln8.422045.0116.2024615.020 1ln11 45.06.202/3.1019.0/2221=+=+=33()()mZLLLmVmxymxyLmVLmVPaKVZG37.2 21.00006.006.021.01ln6.85209.0113.1014615.020 6.858.4222 1ln11 22221=+=+=()()()hmk m o lVVaKVVaKGG 4 02 8 0 3 5.04 6 1 5.07 4 1.14 6 1 5.02 3128.08.0=34()mLVmyyLVmLVmPaKVZG67.864.174914.0 84

29、.00006.006.084.01ln8.42409.0113.1018035.040 1ln11)(21=+=+=此题复习了以下此题复习了以下几点内容：几点内容：1、总压对相平衡常数的影响总压对相平衡常数的影响，P增加，增加，m减小，平衡线远减小，平衡线远离操作线，推动力增大，离操作线，推动力增大，Z减小，由减小，由3m减少至减少至1.184m2、液体流量增大液体流量增大，斜率增大，推动力增大，斜率增大，推动力增大，Z减小减小3、气体流量增大，斜率气体流量增大，斜率L/V减小减小，推动力减少，推动力减少，NOG增大增大气体流量增大，总传质系数气体流量增大，总传质系数KGa也增大也增大20.8,HOG增大增大 20.2