化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析.docx

《化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析.docx（16页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、6-1已知在101.3kPa,10Og水中含氨1g的溶液上方的平衡氨气分压为987Pa。试求：溶解度系数H:亨利系数E;相平衡常数m；总压提高到200kPa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1OOOkgZm3解：（1根据已知条件定义（2根据己知条件可知根据定义式可得（3根据已知条件可知于是得到（4由于H和E仅是温度的函数,故H和E不变；而NH3NP.r）ExE1myx_，与T和P相关,故m-0.9280.309。pxpxPNH,J分析（1注意一些近似处理并分析其误差。（2注意E,H和m的影响因素,这是本题练习的主要内容之一。6-2在25下,CO2分压为

2、50kPa的混合气分别与下述溶液接触：含CO2为。1mol/L的水溶液；含Cc）2为。5mol/L的水溶液。试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力。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,c0.0067kmolm?0(2为解吸过程,c0.0333kmolm3。分析11推动力的表示方法可以有不少种,比如,用压力差表示时:0.013.347 10429.9kPa推动力p20.IkPa（吸收cCoH*推动力P994kpa(解吸肃以用摩尔分数差表示时或者,由X8、-JSJt1.8104,判断出将发生吸收过程,推动力21)X1.201104；由X9

3、104,判断出将发生解吸过程,推动力X5.9914co2(2推动力均用正值表示。6-3指出下列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。vl含SO2为0.0OlV摩尔分数的水溶液与含SO2为003v摩尔分数的混合气接触,总压为101.3kPa,t=3oC5;2气液组成及总压同1,t=l；3气液组成及温度同1,总压为300kPa绝对压力解1根据化工原理教材中表8-1知T=35C时,SO2的E0.567ISkPa,故根据相平衡关系，得由于yy,所以将发生解吸过程。传质推动力为AAv2T=15时，SO2的E0.294ISkPa,故根据相平衡关系，得由于yy,所以将发生吸收过程。传

4、质推动力为AA3同理可知，当丁=35中=30012时，0.5671。41、，故11118.9EP由于yy,所以将发生吸收过程。推动力为AA示意图见题d3图。题63图分析体味通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变，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行。进气量为I(X)Om3,出口气体中含氨0.01摩尔分数。试求被吸收的氨量vkg和出口气体的体积m3o解惰性气体量V10000.88880m3,进口中NH3之量为120m3,出口中NH3之量为120黑3,于是总出气量=880+98=89m3,被吸收的NH3量为0

5、.12O.oo0.1210101325.00秒91013254544mol77.3kgo8.3142988.314298分析1进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,普通不以体积为基准。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本题是并流还是逆流？有区别吗？3如何才干不断移走热量？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20的恒定温度下靠份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26*05m2s大,气压强为L013*05Pa0求

6、蒸干水层所需时间。解：本题中水层Z的变化是时间的函数,且与扩散速率有关。查教材附录水的物理性质得,20时水的蒸汽压为23346kPao已知条件为：代入上式得：水的摩尔质量M18kgkmol,设垂直管截面积为Ajtd时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量,即.,一）1idZNM5.0310618C*/in,NAdAdZ则一A9.05410smsAMd1000在0,ZO到0,Z2103m之间积分,得&6含组分A为0.1的混合气,用含A为0.01（均为摩尔分数的液体吸收其中的Ao己知A在气、液两相中的平衡关系为丫A液气比为0.8,求：1.V逆流操作时,吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若

7、G二各量又是多少？分别在y-x图上表示；若改为并流操作,液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？解vl逆流操作V题6-6图时,已知题6-6图X0010.01,Y0,0.1121001I10.1当L/V0.8m1,以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡题8-9图,XX*Ym0.11O根据物料衡算可知Imaxii/此时，吸收率为当L/V1.5m1,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡题8-9图,YY;mX0.01。仍可以根据物料衡算LXX,V工工.，求出2min221212mn并流操作且L/V0.8时题8-9图,因为H,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

8、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，但吸收率不是最局。6-7用水吸收气体中的SO2,气体中SO2的平均组成为002,水中SO2的平均浓度为lg1000go塔中操作压力为10.13kPa,现已知气相传质分系数k=0.3X02kmol/向211d也液相传质分系数1=0.4而。h操作条件下平GL衡关系y50x。求总传质系数KY(kmol(m2ho解根据NkVI/yy*Vyy*KPyy*IKPPHAYY1-y-1y-Py1y*PIyly*和得1A4现已知p111.4kPa,y0.02,y*mx5

9、0L2.811。4,因此要a64I(XX)18先根据下式求出K才干求出K:GY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。&8在1.013X05Pa、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,平衡关系服从亨利定律。已知H=OSlkPamsZkmoL气膜吸收分系数4=1.55*05kmol,液膜吸收分系数k1=2.08X05o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NKpp*Kc*C和p*二,可知AGaalaaAH所以只要求出K即可。又G所以因为IL为气咱阻力,为总阻力,故GG分析此题应

10、和题&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27C,压强为1.013105Pao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2.1IkmOl/m3。试根据题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NKrpp求出。其中AG于是可得分析1此时,根据NKpp1.5510-55.07-p5.68IOs,还可以计AGii算出气液界面气相侧中的甲醇分压(p1.405kPa以及液相侧中的甲醇浓度i(cHp2.748kmolm3,此值远高于主体溶液中的甲醇浓度。ii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

11、此2molm3应是出塔液体的浓度,而此液体的浓度也太低了V质量分数仅为0.0064%,这些水又有何用呢？(3)若将题目中甲醇浓度改为2kmol/m3,则质量分数为6.4%,便可以用精储法回收其中的甲醇。6-10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&10附图（d6-11在某逆流吸收塔内,于10L3kPa.24下用清水吸收混合气体中的H?S,将其浓度由2%降至0.1%（体积分数。系统符合亨利定律,E=545xlO1.3kPa0若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。E 5.52

12、104 KPaP=IOl. 33KPa解：已知y=0.02y=0.00112i 00204 2 00,则YIVY-Y又据全塔物料衡算lxi-即操作液气比上为776.25出口液相组成X为2.“05V6J2用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2,SO2的初始浓度为5%（体积分数,操作条件下的相平衡关系为y=5.0x,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L/G4,LGm50时,操作线与与平衡线交于塔底,由相平衡关系可以计算液体出口的最大浓度为由物料衡算关

13、系可以求得气体的极限出口浓度为：当L/G6,LGm5.0,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L/Gm时,气体的极限残存浓度随L/G增大而减小；当L/Gm时,气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度,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SO2为0.08摩尔分数,其余为惰性气体。混合气的平均相对份子质量取28。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SO2o已知操作条件下气、液平衡关系为y26.7x0计算每小时用水量为多少立方米

14、。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Y4.35IOs20.0874.351050.087/26.7L 1.65L 1.6526.7359 375 1.581 OkmolZh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。倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以小P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yy1x=o212由上题证明的结果：Nyymxy6-15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的85%,进塔气体中溶质浓度为0.09L操作

15、液气比为0.9,已知操作条件下系统的平衡关系为y0.86x,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,已知y=0.091,X=0.0099所以y2yl1-0.09110.850.01365改为并流吸收后,设出塔气、液相组成为丫,、X进塔气。11物米璃算：将物料衡算式代入N中整理得：OG逆流改为并流后,因K不变,即传质单元高度H不变,故N不变YaOGoG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相同的情况下,逆流操作可获得较高的吸收液浓度

16、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。已知处理气量为1000m3h(标准状况,原料气中含甲醇Ioog/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y1.15x,甲醇的回收率为98%,Ky=O.5kmol(m2h,塔内填料的有效比表面积为190m4m3,塔内气体的空塔流速为0.5m/s试求：vl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。根据已知操作条件,有X67%X*0.0408,Xx1-0.0425III1XI(1)根据全塔的甲醇物料衡算式LXXVYY可以得出用水量I21

17、2(2)塔径DT41000300.814m,可圆整到0.84m。(3)由于是低浓度吸收,故可以将y1.15x近似为Y1.15X,并存在KK,则yy可进行以下计算：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H6.7m分析1这是一个典型的设计型问题,即己知工艺要求,希冀设计出用水量、塔径和塔高。若不进行以上近似,则可按下述方法求解：式中：V-气体总流量。于是对上式进行积分得(固然此时K也会随着流量变化而变化,求解时还需要做此外的近似y(3)或者做以下近似处理得其中,Y可取Y和Y的平均值；Y*可取Y和Y的平均值。1212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

18、收塔内用清水逆流吸收空气中的NH3,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的条件下进行,吸收率达95%,吸收液中NH3含量为0.01。操作条件下的平衡关系为y0.5x,试计算清水流量增加1倍时,吸收率、吸收推动力和阻力如何变化,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。

19、操作在10L3kPa.25下进行,物系的平衡关系为y=2x。试求（1该塔的传质单元高数HOG及体积吸收系数K）田（2每小时回收的丙酮量,kgh解：（IM=58内般60/5860/58 1000/180.01828LG 由全塔物料衡算：0.05 0.00260.018282.5950.695OG7.19OGKy_/0.6950.0469kmolm3SO-123600(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y=05x.现改用另一种性能较好的填料,在相同的操作条件下,溶质回

20、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：本题为操作型计算,NOG宜用脱吸因数法求算。原工况下：因X2=0,则：新工况（即新型填料下：KH1.466则Ya-OG-1.38KH1.063YaOG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K,、减小传质阻力,从而提高分离效果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,清水的喷淋密度0.018kmolo进口气体中含氮体积分数为2%,已知气相总体积吸收系数Kya=（HkmoV,操作条件下亨利系数为

21、60kPa0试求排出气体中氮的浓度。解：mE/p6l0130.6L/G0.018/0.030.6m即操作线与平衡线平行,此时故NOG君9.0Ny/yyy所以9.002X0.3OGmJ2Jy_解得y0.00226-21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y=0.001,回收率可达90%.已知物系的平衡关系为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：(y/1n)o.oix(i-o.9)o.oo当X上升时,由于H不变,H不变2OGNHH

22、,也不变,即OG巾(3)物料衡算6-22用一填料塔逆流吸收空气中的氨。单位塔截而上的混合气体流率为0.036kmoVm2s,含氨2%摩尔分率,下同,新鲜吸收剂为含氨0.0003的水溶液,从塔顶加入。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=1.2xo已知气相总传系数Kya为0.0483kmolm3s过,程为气膜控制。试求：所需塔高.若采用部份吸收剂再循环从塔顶加入,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,达到同样的回收率,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物料衡算其中：XyX(X0.0003

23、0.01289LG21.446全塔的传质单元数所需塔高为(2)当有部份吸收剂再循环后,吸收剂的入塔含量为XLXL0.1XLXL0.1x0.0003x2l2l(11TLn-吸收塔内液气比全塔物料衡算联立、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K丫Q)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S所示,由于所以,为了测出Ka,需要知道物系的平衡关系,于是需要测定温度

24、,以便于从手册Y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K期步骤如下：(1)在稳定操作条件下测出L,v,XX以及耐电匕工(2)依据平衡关系求出平均推动力；Ay(3)量出塔径巴取域料岸高度H；(4)将以上各量代入式,及求得j若加入大气体流量,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条件下的数据以便总结出规律。(2试分析增大气体流量后X1会如何改变？(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Im2,用清水吸收混合气中的氨气,混合气量为0.06kmols其,中氨的浓度为0.01(摩尔分率,要求氨的回收率至少为9

25、5%。己知吸收剂用量为最小用量的1.5倍,气相总体积吸收系数为0.06kmol,且K8G0.8。操作压力I01.33kPa,操作温度30,在此条件下,气液平衡关系为yay1.2x,试求：(1)填料层高度(m；(2若混合气体量增大,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若混合气体量增大,且保证溶质吸收率不下降,可采取哪些措施？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F.95又因为L与V按比例增大,所以一:；，贝V72，YY,则N不变22OGV-又因为HOG言 YVD2 H /H V V 1 H H则假设不成立,不能满足要

26、求在H不变时,HT则,N。又因为与m均不变,需要LT或者换用更加OGog高效的填料思量题6-1吸收的目的和基本依据是什么？吸收的主要操作费用花费在哪里？答：目的是分离气体混合物,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。&3E、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基本上与总压无关,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：NNJ

27、J,NJNCC。Jj海度梯度引起,N微压力差MABAAMAMB,M引起,N溶质传递。A6-5飘流因子有什么含义？等份子反向扩散时有无飘流因子？为什么？答：表示了主体流动对传质的贡献无飘流因子,因为没有主体流动&6气体份子扩散系数与温度、压力有何关系？液体份子扩散系数与温度、黏度有何关系？答：气体份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、mK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ymK、1/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。X6-8低

28、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：分离任务难易与设备效能高低相对分开,便于分析。6-10建立操作线方程的依据是什么？答：塔段的物料衡算。&11什么是返混？返混对塔的分离结果有什么影响？答：在有降液管的塔板上,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UV称为最小液气比。6-13X2,nax与（LzGmin是如何受到技术上的限制的？答：通常,xym,kG/yyXXo因声,技术上的限制主要是2Jiux2fminI2Ie21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。6-15HOG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。0.15-1.5m06-16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：Ux2sL0t%xl,L均有利于吸收。