化工原理吸收课后答案.doc

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1、第二章吸收习题解答1从手册中查得101.33KPa 25C时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平 衡分压为0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H(kmol/ (m3 kPa)及相平衡常数 m。解：由 FNh3已知：PNH3”=0.987kPa.相应的溶液浓度Cnh3可用如下方法算出：.并取其值为以100g水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同31000kg / m .则:CNH苗582kmol/m3PNH3yNH-mNH3XNH3yNH竝二皿00974P 101.33XNH170.01051 1001718m=74=0.9280.0105X

2、NH31000CNH30.582 =0.590kmol/(m3 kPa)0.9872: 101.33kpa 1OC时，氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31 X0 x表示。式中:Po2为氧在气相中的分压，kPa x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21 .故PO =PyO =101.33 0.21 = 21.28kPaP023.31 10621 28亦厂64310_6因Xo2值甚小，故可以认为X :- x即:XO 七=6.43 10-66.43 10-6 32kg) 一 g(O2)所以:溶解度1.14 10

3、-11.43 _ _1x18kg(H2O) 怙(出0)3.某混合气体中含有2%（体积）CO2,其余为空气。混合气体的温度为30C,总压强5为506.6kPa。从手册中查得30C时C02在水中的亨利系数 E=1.88x10 KPa,试求溶解度系数H（kmol/ （m3kPa、）及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO2。解：（1）.求 H 由 H 二EM h 2o求算PHEM h2o10001.88 1 05 1 8= 2.955 10，kmol/(m3 kPa)求m1.88 105506.6= 371当y =0.02时.100g水溶解的CO2FCO/ -506.6 0

4、.02 =10.13kFa-5.39 10*FCO2 10.13_5E 1.88 10因x很小,故可近似认为X xX =5.39“0沁型=5.39“0入(兰)段kmolgO)18 kggO)=1.318灯0 kg(C O2通过停滞CO的扩散速率) kgMO) 一故100克水中溶有CO20.01318gCO24.在101.33kPa 0C下的02与CO混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距0.2cm的两截面上O2的分压分别为13.33kPa和6.67kPa又知扩散系数为0.185cm2/s，试计算下列两种情况下 O2的传递速率，kmol/(m2 s):(1) O2与CO两种气体作等分子反向扩

5、散(2) CO气体为停滞组分解：(1)等分子反向扩散时。2的传递速率NA D (Pm -PA2)RTZA2D =0.185cm2/s =1.85 10m2/s.T =273KP =101.325kFa.Z =0.2cm =2 10mPA1 = 13.33kPa .PA2 = 6.67kPa1.85X10二2.NA3 (13.33 -6.67)=2.71 10 (kmol/m s)NADP (Pa1 -Pa2)= DP lnRTZFBmRTZlB2FB11.85 10* 101.338.314 273 2 10ln101.367101.33-13.338.314 273 2 10= 3.01 1

6、0kmol/m2 s5. 浅盘内存有2mm厚的水层，在20C的恒定温度下逐渐蒸发并扩散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2.60 X0-5m2/s大气压强为101.33KPa。求蒸干水层所需的时间 解:这是属于组分(A)通过停滞组分的扩散已知扩散距离(静止空气膜厚度)为Z=5 10-m 水层表面的水蒸气分压(20C) 的饱和水蒸气压力为卩加=2.3346kR静止空气膜层以外；水蒸气分压为Pa2 = 0D =2.6 10m2/s.P =101.33kpT =273 20=293K单位面积上单位时间的水分蒸发量为NaRTZ(PA1P

7、A2)=RTZlnRTZPBmRTZFB22.6 10-5 101.33101.333 In FB18.314 293 5 10101.33 2.3346 = 5.03 10kmol /(m2 s)故液面下降速度5.03 10” 18998.2-9.07 10 出 m/s水层蒸干的时间：h 5 10 鸟=2.205 104s = 6.125hdh/d 9.07 10$6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0C、101.33kPa时氨和氯化氢在空气 中的扩散系数D(m2/s)，并将计算结果与表2-2中的数据相比较。解：(1):氨在空气中的扩散系数 查表2.4知道，空气的分子体积:VB = 2

8、9.9cm3 / mol氨的分子体积：VA = 25.8cm3/mol又知 MB =29g/mol.MA =17g/mol则0C.101.33kFa时,氨在空气中的扩散系数可由 MaxweaL Gilliland式计算.4.36 10J (273)3/2 ( 11 )1/2DNH3祈 12910614 10-m2/s101.33(25.8)(29.9)(2)同理求得DHCl -1.323 10，m2/s7. 在101.33kPa 27C下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中 的组成都很低,平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H=1.955kmol/(m3 kPa),-52气膜吸 收

9、系数 kG=1.55 X0 kmol/(m s kPa),液膜吸 收系数 kL=2.08 X0-5kmol/(m2 kmol/m3)。试求总吸收系数Kg,并算出气膜阻力在总阻力中 所占百分数。解:总吸收系数1 1 2K-厂11 =1.122 10 kmol /(m s kPa)kGHkC1.55 101.955 2.08 10气膜P助在点P助中所占百分数.1化1/ kG 1/ HkC1.1221.55= 72.35；8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27C，压强101.33KPa。稳定 操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa,液相中甲醇组成为 2.11kmol/m3。

10、试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解:吸收速率W二心(巳-Pa”)由上题已求出 kG =1.122 10kmol/(m2 s *巳)又知：H =1.955kmol/(m3 kPa)则该截面上气相甲醇的平衡分压为巳二C/H =2.11/1.955 =1.08kFa巳=5kFa.则 NA =1.122 10吕(5-1.08) =4.4 10kmol/(m2 s)0.1583kmol/(m2 h)9:在逆流操作的吸收塔中，于101.33kpa 25C下用清水吸收混合气中的 H2S,将其组成由2%降至0.196 （体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数 E=5.52为6kPa。 若取吸收剂用

11、量为理论最小用量的 12倍，试计算操作液气比L及出口液相组成VX1若压强改为1013kPa其他条件不变，再求V手及X1。解：（1）求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成m 旦 51=545P 101.33Y10.021-0.02-0.0204丫21 - y20.0011-0.001= 0.001x2 =0最小液气比二-丫,0.0204-0.001 518 丫 y 0.0204/545_X2m操作液气比为 V =1.2 (*)min =1.2 518 =622出口液相浓度VXX2 l(Y -丫2)1_5=0(0.0204 -0.001)=3.12 10622（2）:求1013kFa下的

12、操作液气比及出口液组成4E 5.52 10m545P 1013则:Y Y20.24_.1=5i.80.0204/ 545P1*2 51622出口液相组成：V1/XX2 丫2)=0(0.0204 -0.001) =3.12 10L62.211,在101.33kPa下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1,混合气3体于40C下进入塔底，体积流量为0.556m/s,空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为理 论最小用量的1.1倍,氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYa的平均值为0.1112kmol/(m 3 s)。在操作条件下的气液平衡关系为丫兴二2.6X , 试求塔径及填

13、料层高度。解:0.1 0.11111-0.1% =丫(1半)=0.1111汉(10.95) = 0.005555X2 =0.丫 - 丫20.1111-0.0055550.11112.6丄=1.1 2.47=2.72VV1X1 =(丫 一) +X2 =x(0.11110.005555) + 0 = 0.0388 L2.72$=世=皱-0.956Ng11 -SIn (1-S)1In (1 -0.956)0.11110.956 =13.81 -0.9560.005555L 2.72塔截面积:2】=0.556/1.2 =0.463m塔径:D = , 4 0.463 二 0.77m又知：V 二05562

14、730.9 =0.0195kmol/s22.4273+40则：u V0.0195 门“H 90.38 m、 KYa10.1112 0.463塔上填料层高度：Z = H：G N：G = 0.38 13.8 =5.23m12在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2，气体流量为5000m3(标准)/h,其中SO2 占10%,要求SO2回收率为95%。气、液逆流接触，在塔的操作条件下SO2在两相 间的平衡关系近似为Y* =26.7X。试求：(1) 若取用水量为最小用量的15倍，用水量应为多少？(2) 在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数；(3) 如仍用 中求出的理论板数，而要求回收率从95%提高到98

15、%用水量应 增加到多少？解：(1)求用水量:Y10100.11111-0.10Y2 =0.1111 (1 -0.95)=0.00556V 5000 (1 -0.10) =201kmol/h22.4V(Y -丫2)X； -X2201 (0.111 -0.00556)0.1111二 5100 kmol / h26.7-0L =1.5Lmin =1.5 5100 =7650kmol(水)/h(2)：求理论板数(a)梯级图解法V201Xi (Y -丫2)X2(0.1111 -0.00556) =0.00277L7650在Y - X直角坐标图中给出平衡线oE.CY ”二26.7 7及操作线BT由图中B点

16、开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数Nt =5.5(b)用克列姆塞尔算图=95汐2 =0则相对回收率卅;0.1111 -0.005560.950.1111在理论最小用水量下，叫：，J据此查图2-21得:L总-0.95而亠=0.95mVL =1.5Lmin =1.5 0.95mV= 1.5 0.95 26.7 201 = 7650kmol（水）/h查图2-21 (或由式2-77c计算)可知当:A 二丄 1.43.=0.95 时mVNt =5.5两种方法解得的结果相同。(3)求=98时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：-0.98.Nt -5.5据此查图2 -21得A =1.75则:L

17、=1.75mV =1.75 26.7 201 =9390kmol / h故需要增加的用水量L -L 二9390-7650 二 1740kmol（水）/3.13 104kg（水）/h13.在一个接触效能相当于8层理论塔板的筛板塔内，用一种摩尔质量为250、密 度为则900kg/m3的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为101.33kPa, 温度为15C,进塔气体含丁烷5%(体积),要求回收率为95%。丁烷在15C时的蒸 气压强为194.5kPa液相密度为580kg/m3假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用，求：回收每1m3 丁烷需用溶剂油多少(m3)?(2)若操作压强改为304.OkPa而其他

18、条件不变，则上述溶剂油耗量将是多少(m3)?解：(1).由拉乌尔定律屮 p194.5 y xx=1.92xp101.33由于为低组成吸收，可以认为Y” =1.92XY1耳50.0526.X2 =0.Y/ =01-0.05Y2 二Y(1 - )= 0.0526 (1 - 0.95) = 0.00263由克列姆塞尔方程得到in Y _策0.0526 -Yln Y Yln丫2 -丫2 - 8_0.0263 -0, 一丫2 . 0.0526 -0.00263InInY -y2y； -0解得: =0.0421.920.0421.92-0.022由此可知，每回收Ikmol 丁烷所需纯溶剂油数量为1Xi -

19、X210.022 -0=45.5kmol（ 油）/kmo1（ 丁烷）丁烷的摩尔质量为58.08则回收每1m3液体丁烷所需溶剂油的体积为455 250/9叭 126亦油）58.08/580（）3（丁烷）.若 p =304.0kPa.则：.194.5yx =0.6398x二 Y =0.6398X304.0因为X2 =0故、2 =0=0.042.（条件未变,仍用上法求得）m1为X20.0420.6398-0.0656阪臥r15.24kmo（ 油）/kmo（ 丁烷）曲42501900 =42.28m（油）58.08/580（）/m3（液体丁烷）14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烃中的H

20、2S,进塔气相含H2S 2.91%（体积），要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强为101.33kPa,平衡 关系为Y* = 2X ,进塔液体为新鲜溶剂,出塔液体中H2S组成为 0.013kmol（H2S）/kmol（溶剂）。已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为230.015 kmol/（m s）气相体积吸收总系数为0.000395kmol/（m s Pa）,求所需填料层 高度。V（笔 -丫2）解:Z=H 2厂石已知：0.0291Y10.031 -0.0291丫2 =Y （1 -）=0.03 （1 - 0.99） = 0.0003X1 =0.013 ：=2 0.013=0.026

21、X2 =0.丫2二=0in0.03-。.0260.0003LY卄(0.03巴026)二0.00叭0.00143则：KYa 二 KGap =0.000395 101.33 = 0.04kmol/(m2 S)又知:V20.015kmol/(m s)0.015Hg0.375m0.04Ng0.03-0.00030.00143= 20.8Z =0.375 20.8=7.8m 15有一吸收塔，填料层高度为3m,操作压强为101.33KPa温度为20C,用清水吸 收棍于空气中的氨。混合气质量流速 G=58Okg/(m2 h),含氨6%(体积)，吸收率为 99%;水的质量流速 W=770kg/(m2 h)。该

22、塔在等温 下逆流操作，平衡关系 为 Y* =0.9X o KGa与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作下列改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸 收率(塔径 不变):(1)操作压强增大一倍；(2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大 一倍。解：已知Z =3m, p =101.325kFa,T =293k0.06Y10.0638.X2 =01-0.06Y2 = Y (1 - )= 0.0638 (1 - 0.99) = 0.000638混合气体的平均摩尔质量5802(1 -0.06) =19.28kmol/(m2 h) 28.28770242.78

23、kmol /(m h)=29 0.94 17 0.06 =28.28kg/kmoln门18mv 0.9 19.280.4056L 42.781Y -mX2Ng9ln (1 -S)(三2) S1 -SY2 -mX21 -0.4056 冋0 Z4056)。4056= 6.884Z 3H “g0.4358 mN；g6.884(1)P =2p-mp/ p -0.9 1 -0.452mV。.曽二 .2028由于二卫故pNg(澤)(1 S0.0638-0lnx (1 0.2028) + 0.20281 -0.20280.000638-0= 5.496KGap1 1故:HgHg= 0.4358 1 = 0.

24、2179m2= 0.2179 5.49 1.198m填料层高度比原来减少了 3-1.198 = 1.802mL =2L(2): S=mVmV2L= 42（计算过程同（1） 液体流速的增加对Kg a无显著影响.H ：g = H ;G = 0.4358m则：Z二 N：g Hg =5.496 0.4358 = 2.395m即所需填料层高度较原来减少了 3 - 2.395二0.605mV =2VS二 m(2V) * 0.4056 =0.8112L1L1Ng =,In 100R10.8112) +0.8112 =15.81-0.8112气体质量流速增大时，总吸收系数KGa相应增大.KGa0.8= 20.

25、8KGaI_K ()0.8叫(v)GKGa P12V20.8KGaP 门= 20.2H；g-20.2 0.4358 = 0.501mZ二 H：g N；g =15.8 0.50 7.92m即所需填料层高度较原来增加7.92 - 3 = 4.92m16.要在一个板式塔中用清水吸收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为30kmol/h,其中含丙醇1%（体积）。要求吸收率达到90%用水量为9Okmol/h。该塔在101.33KPa 27C下等温操作，丙醇在气、液两相中的平衡关系为 Y* =2.53X, 求所需理论板数。V =30 (1 -0.01) =29.7kmol/hYi0010.01011-0.0

26、1Y2 二Y(1a) =0.0101 (1 -0.90) =0.00101L =90kmol /hX1 =x2V(Y1 -Y2)029.7 (0.0101 -0.00101)L -90= 0.003由题意知m =2.53则：L90A1.1977mV 2.53 29.7又因为X0.则：=A =0.90kA-1.1977 - 0.90ln1 lnNt -1 一0.90-1=5.05ln 1.1977ln AAVV*第二早2.聚氯乙烯生产过程中，需要将乙炔发生器送出来的粗乙炔气体净化，办法是在填料塔中用次氯酸钠稀溶液除去其中的硫、磷等杂质。粗乙炔气体通入填料塔的体积流量为7旳旷/h,密度为1.16k

27、g/m3;次氯酸钠水洛液的用量为4000kg/h,密度为 105Okg/m，黏度为1.06mPas。所用填料为陶瓷拉西环，其尺寸有50mm 50mnx4.5 皿n及25mnx25m 2.5mn两种。大填料在下层，小填料在上层，各高5m,乱堆。 若取空塔气速为液泛气速的80%,试求此填料吸收塔的直径及流动阻力。解:（1）塔径两种填料的 值如下：50mm 50mm 4.5mm 陶瓷拉西环（乱堆）：=2051/m25mm 25mm 2.5mm 陶瓷拉西环（乱堆）:二=4501/ m比较两种填料的 值可知,小填料的泛点气速应比大填料的低，故应接小填料计算塔径.Wc( ;?v)0.5WV(7L0.12g

28、 几 ;:；JL0.20.12 9.81 1050450 0.952 1.16 1.060.2=1.568m/s= 0.1634000(1116)0.5700 1.161050由图(3 -18)中的乱堆填料泛点线查得2 .仁.占12 gL=二 122 = 0.952 PL 1050(W/)(：V )0.5= 0.163OS、=0.8 1.588 =1.254m/s塔径:D = , 4Vs/二u 二.4 700/(3600 3.14 1.254 0.444m.压强降因两段填料层具有不同的值，故塔内流动阻力应分两段计算 上层:25mm 25mm 2.5mm.乱堆瓷环29.81 1050叮25)赞0

29、暨216(1.0610.0767由图(3 -18)查得P =32 9.81Pa/m =314Pa/mZ则全塔压降 L p总=1373.4 5 314 5 =8437Pa 3在直径为0.8m的填料塔中 装填25mx25mK2.5m的瓷拉西环，用于常压及20C下气体吸收操作。若液、气性质分别与水和空气相同，按质量计的液、气流量比为5。核算上升气量达3000m3/h时,是否会发生液泛现象？若改用25mX25mxO.6m的金属鲍尔环，上升气量提高到多少才会液泛.解:查附录知.匚=1.205kg/m3,= 998.2kg/m3,% =1.005mFa S可查得两种填料的值为宀、卄 十 25mmx25mm

30、x2.5mm 瓷拉西环450 1/ m金属鲍尔环：25mm 25mm 0.6mm= 160 1/mWLFV 051.205 05竄忖，5 (融).174 由图（3 -18）查得对应于此横坐标数值的纵坐标值（乱堆填料泛点线）Uf2vgL-0.1叮 450 1 2059.81 998.20 2(1.005)0= 0.0554)f2= 0.1JF = 1.34m/s.液泛的气体体积流量兀 2I23VmaxD JF =0.785 0.8 1.34 3600 = 2424m /h4上升气量3000m3/h Vmax,故会发生液泛.改用鲍尔环，若鲍尔环的液泛速度为JF,填料因子为因横坐标值不变，则纵坐标仍为0.1（吕二一空 1602450JF -1.8055.08=F -2.253m/s160故改用鲍尔环后，发生液泛的上升气量为23Vmax =0.785 0.82.253 3600 = 4075m /h优秀学习资料欢迎下载