化工原理吸收課后答案解析

1、第二章吸收習(xí)題解答1從手冊中查得、25c時,假設(shè)100g水中含氨1g,那么此溶液上方的氨氣平衡分壓為.在此組成范圍內(nèi)溶液服從亨利定律,試求溶解度系數(shù)H(kmol/(m3kPa)及相平衡常數(shù)R1解：求H由RH3C.求算.3H：Pnh30.987kR.相應(yīng)的溶液濃度Cnh3可用如下方法算出：以100g水為基準(zhǔn),由于溶液很稀.故可近似認(rèn)為其密度與水相同.并取其值為31000kg/m.那么:13Cnh3100710.582kmol/m1000Cnh30.5823H-0.590kmol/(mkPa)Pnh30.987yNH3yNH3(2).求m.由XNH3mNH3XNH3Pnh30.9870.00974

2、P101.3317-0.01051001718yNH3m-Xnh30.009740.01050.9282:、10c時,氧氣在水中的溶解度可用p02=x106X表示.式中：Po2為氧在氣相中的分壓,kPa、x為氧在液相中的摩爾分?jǐn)?shù).試求在此溫度及壓強(qiáng)下與空氣充分接觸后的水中,每立方米溶有多少克氧.解：氧在空氣中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.21.故PO2PyO2101.330.2121.28kPP0221.28XO623.311063.311066.43106因XO2值甚小,故可以認(rèn)為XX即：XOxO6.431066.43106325kg(O9)所以：浴解度1.141052)11.4g(02)118kg(H2

3、.)m3(H2.)3.某混合氣體中含有2%體積CQ,其余為空氣.混合氣體的溫度為30C,總壓強(qiáng)為.從手冊中查得30c時C02在水中的亨利系數(shù)E=,試求溶解度系數(shù)Hkmol/m-kPa及相平衡常數(shù)m,并計算每100克與該氣體相平衡的水中溶有多少克CO.解：1.求H由H求算EMh2oHEMH2O10004352.95510kmol/(mkP)1.8810518(2)求m1.88506.6出371(2)當(dāng)y0.02時.100g水溶解的CO2PCO2X506.60.0210.13kPa足.210.13555.3910E1.8810因x很小,故可近似認(rèn)為Xx5kmol(CO2)5X5.39105-5.3

4、9105kmol(H2O)(44)C0118kg(H2.)4kg(CO2)1.31810kg(H2O)故100克水中溶有CO2091318gCO24一在、0c下的Q與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過程.相距0.2cm的兩截面上Q的分壓分別為和,又知擴(kuò)散系數(shù)為0.185cm2/s,試計算以下兩種情況下Q的傳遞速率,kmol/(m2-s):(1) O2與CO兩種氣體作等分子反向擴(kuò)散；(2) CO氣體為停滯組分.解：(1)等分子反向擴(kuò)散時O2的傳遞速率Na-(Pm%)RTZD0.185cm2/s1.8510一淺盤內(nèi)存有2mnB的水層,在20c的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴(kuò)散到大氣中假定擴(kuò)散始終是通過一層

5、厚度為5mm勺靜止空氣膜層,此空氣膜層以外的水蒸氣分壓為零.擴(kuò)散系數(shù)為x10-5m/s,大氣壓強(qiáng)為.求蒸干水層所需的時間.解：這是屬于組分(A)通過停滯組分的擴(kuò)散擴(kuò)散距離(靜止空氣膜厚度)為Z5103m.水層外表的水蒸氣分壓(20oC)的飽和水蒸氣壓力為PA12.3346kPa靜止空氣膜層以外；水蒸氣分壓為Pa20D2.6105m2/s,P101.33kPa.T27320293Km2/s.T273KP101.325kPa.Z0.2cm2103mPA113.33kPa.PA26.67kRNa1.85108.3142732103_52(13.336.67)2.71105(kmol/m2s)DPNa

6、(PaiPA2)RTZPBmA2,523.01105kmol/m2s里ln曳RTZPbiNaDPRTZPBm巳2)一_5_一一2.6105101.338.314293510-ln3101.33101.332.3346(2)O2通過停滯CO的擴(kuò)散速率51.8510101.33,101.336.67ln8.3142732103101.3313.335.0310單位面積上單位時間的水分蒸發(fā)量為kmol/(m2s)故液面下降速度NaMaL5.0310618998.29.07108m/s水層蒸干的時間5103dh/d9.071082.205104s6.125h6.試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0C

7、、時氨和氯化氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D(m2/s),并將計算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比擬.解：(1):氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù).查表2.4知道,空氣的分子體積：3,Vb29.9cm/mol氨的分子體積：3.VA25.8cm/mol又知MB29g/mol.MA17g/molMaxwea:Gilliland式計算.那么0oC.101.33kR時,氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可由Dnh35210614105m2/s4.36105卬步吊虻101.33(25.8)1/3(29.9)1/3同理求得_52DHCl1.32310m/s7.在、27c下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣.甲醇在氣、液兩相中的組成都很低,平衡關(guān)系服從亨

8、利定律.溶解度系數(shù)H=(mkPa),氣膜吸收系數(shù)kc=x10-5kmol/(m2s-kPa),液膜吸收系數(shù)kL=x10-5kmol/(m2kmol/m3).試求總吸收系數(shù)KG,并算出氣膜阻力在總阻力中所占百分?jǐn)?shù).解：總吸收系數(shù)1152KG-1.12210kmol/(mskPa)1111_5_5kGHkC1.55101.9552.0810氣膜P助在點(diǎn)P助中所占百分?jǐn)?shù).1/kG1/%1/HkC1.1221.5572.3oo8.在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇,操作溫度27c,壓強(qiáng).穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5kPa,液相中甲醇組成為m3.試根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速

9、率.解：吸收速率NaKg巳Pa由上題已求出kG1.122105kmol/(m2skPa)又知：H1.955kmol/m3kPa那么該截面上氣相甲醇的平衡分壓為PAC/H2.11/1.9551.08kPa.PA5kPa._5_52那么NA1.122105(51.08)4.4105kmol/(m2s)、0.1583kmol/(m2h)9:在逆流操作的吸收塔中,于、25c下用清水吸收混合氣中的HS,將其組成由2%竄至體積.該系統(tǒng)符合亨利定律.亨利系數(shù)E=x16kPa.假設(shè)取吸收劑用量為理論最小用量的12倍,試計算操作液氣比L及出口液相組成Xi假設(shè)壓強(qiáng)改為V1013kPa,其他條件不變,再求L手及Xi

10、.V解：1求101.33kPa下,操作液氣比及出口液相組成545E5.52104mP101.33Y1小1Vi0.0210.020.02040.02040.001_5180.0204/5451.2518622、,y20.001Y220.0011y210.001X20最小液氣比m操作液氣比為V1.2缶所出口液相濃度VXiX2L(丫,)1 50(0.02040,001)3,12105622(2):求1013kB下的操作液氣比及出口液組成5.521041013545那么：51.8LYY20.02040.0001()minqVXX0.0204/545m-1.251.862.2V出口液相組成：V14X1X

11、2(Y1Y2)0(0.02040,001)3,12104L62.211,在下用水吸收據(jù)于空氣中的氨.氨的摩爾分?jǐn)?shù)為,混合氣體于40c下進(jìn)入塔底,體積流量為0.556m3/s,空塔氣速為1.2m/s.吸收劑用量為理論最小用量的倍,氨的吸收率為95%,且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)KYa的平均值為kmol/(m3s).在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y*2.6X,試求塔徑及填料層高度.解:-0.1丫0.11111 0.1Y2Y(1)0.1111(10.95)0.005555X20.minL0.11110.005555X20.11112.62.471.12.472.72X1V(YY2)X22.72(0

12、.11110.005555)00.0388mV2.62.720.956Nogln(1S)HS10.956ln(10.956)0.11110.0055550.95613.8塔截面積:一-一20.556/1.20.463m塔徑:4八“八0.4630.77m又知:0.55627322.4273400.90.0195kmol/s那么:Hog0.0195Kya0.11120.4630.38m塔上填料層高度:ZHoGNoG0.3813.85.23m12.在吸收塔中用清水吸收混合氣中的SO,氣體流量為5000m(標(biāo)準(zhǔn))/h,其中SO占10%,要求SO回收率為95%氣、液逆流接觸,在塔的操彳條件下SO在兩相問

13、的平衡關(guān)系近似為Y26.7X0試求：(1)假設(shè)取用水量為最小用量的15倍,用水量應(yīng)為多少在上述條件下,用圖解法求所需理論塔板數(shù)；(3)如仍用(2)中求出的理論板數(shù),而要求回收率從95%高到98%用水量應(yīng)增加到多少解：(1)求用水量：Y10.100.111110.10Y20.1111(10.95)0.005565000V(10.10)201kmol/h22.4V(Y丫2)201(O.1110.00556)5100kmol/hX1X20.1111026.7L1.5Lmin1.551007650kmolK)/h(2):求理論板數(shù)(a)梯級圖解法V201X1(YY2)X2(0.11110.00556)

14、0.00277L7650在YX直角坐標(biāo)圖中給出平衡線oE.CY26.77及操作線BT由圖中B點(diǎn)開始在操作線與平衡線之間畫梯級得理論板層數(shù)Nt5.5(b)用克列姆塞爾算圖0.11110.005560.950.1111,J據(jù)此查圖221得:95oo.X20那么相對回收率*丫2YmX2在理論最小用水量下,NtAmin0.95而-0.95mVL1.5Lmin1.50.95mV1.50.9526.72017650kmol(水)/h查圖221(或由式277c計算)可知當(dāng)：A1.43.0.95時mVNt5.5兩種方法解得的結(jié)果相同.(3)求98%時所需增加的水量用克列姆塞爾法估算,：0.98.Nt5.5據(jù)此

15、查圖221得A1.75貝卜L1.75mV1.7526.72019390kmol/h故需要增加的用水量LL939076501740kmol/h3.13104kg體)/h13.在一個接觸效能相當(dāng)于8層理論塔板的篩板塔內(nèi),用一種摩爾質(zhì)量為250、密度為那么900kg/m3的不揮發(fā)油吸收捏于空氣中的丁燒.塔內(nèi)操作壓強(qiáng)為,溫度為15C,進(jìn)塔氣體含丁烷5%體積),要求回收率為95%丁烷在15c時的蒸氣壓強(qiáng)為,液相密度為58Okg/n3假定拉烏爾定律及道爾頓定律適用,求：(1)回收每1吊丁烷需用溶劑油多少(m3)(2)假設(shè)操作壓強(qiáng)改為,而其他條件不變,那么上述溶劑油耗量將是多少(m3)解：（1） .由拉烏爾

16、定律Po194.5.ccyoxx1.92xp101.33由于為低組成吸收,可以認(rèn)為Y1.92X0.05Y10.0526.X20.Y201 0.05Y2Y(1)0.0526(10.95)0.00263由克列姆塞爾方程得到Ntln3Y2Y2lnUYY2,0.0526丫ln一0.02630,0.05260.00263lnYi0解得:丫0.042“工吧20.0221.921.921X1X2由此可知,每回收Ikmol丁烷所需純?nèi)軇┯蛿?shù)量為45.5kmol油/kmol丁烷0.0220丁烷的摩爾質(zhì)量為58.08.那么回收每1m3液體丁烷所需溶劑油的體積為45.5250/90058.08/58033126.2

17、m油/m丁烷（2） .假設(shè)p304.0kPa.貝上1945y-x0.6398XY0.6398X304.0由于X20故丫20丫10.042.條件未變,仍用上法求得m0.6398110.0420.0656KX20.0656015.24kmol油/kmol丁烷15.24250190058.08/5803342.28m油/m液體丁烷HS,進(jìn)塔氣相含14.在一逆流吸收塔中用三乙醇膠水溶液吸收混于氣態(tài)姓中的HS%體積,要求吸收率不低于99%操作溫度300K,壓強(qiáng)為,平衡關(guān)系為Y*2X,進(jìn)塔液體為新鮮溶劑,出塔液體中HS組成為H2S/kmol溶劑.單位塔截面上單位時間流過的惰性氣體量為kmol/m2-s,氣

18、相體積吸收總系數(shù)為m3s-kPa,求所需填料層高度.解：ZHog%V丫1丫2KYaVYm:0.02910.03VYm那么：(0.030.026)0.0003in.03.0260.00030.0014310.0291,丫(1)0.03(10.99)0.0003X10.013丫mX120.0130.026X20Y20_2_KYaKcap0.000395101.330.04kmol/(mS)又知:V2一0.015kmol/(ms)0.015HoG-0.375m0.04Nog0.030.0003討o20.80.00143Z0.37520.87.8m15.有一吸收塔,填料層高度為3m,操作壓強(qiáng)為,溫度為

19、20C,用清水吸收棍于空氣中的氨.混合氣質(zhì)量流速G=58Okg/(mh),含氨6%體積),吸收率為99%水的質(zhì)量流速W=770kg/(mh).該塔在等溫下逆流操作,平衡關(guān)系為Y*0.9X.Kca與氣相質(zhì)量流速的次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無關(guān).試計算當(dāng)操作條件分別作以下改變時,填料層高度應(yīng)如何改變才能保持原來的吸收率(塔徑不變):(1)操作壓強(qiáng)增大一倍；(2)液體流量增大一倍;(3)氣體流量增大一倍.解：Z3m,p101.325kFa,T293k0.06Y1-0.0638X2010.06KY(1)0.0638(10.99)0.000638混合氣體的平均摩爾質(zhì)量M29O,94170.0628.

20、28kg/kmolnV5802-(10.06)19.28kmol/(mh)28.28L7701842.78kmol/(m2h)NogmvL0.919.2842.780.4056ln(1S)(mX2mX2)S10.06380ln(10.4056)0.405610.40560.0006386.884HoG-0.4358mNog6.884(1)p2pmp/p10.90.452oG故:HogHogHogHoGPmV0.4519.280.202842.781YmXzrr1n(古京)(1S)Sln10.20285.496QHog0.43580.06380(10.2028)0.0006380Lap10.21

21、79m20.2028H0GN0G0.21795.4961.198m填料層高度比原來減少了31.1981.802mL2L/c、,mVmV1(2):S0.40560.2028L2LVNog5.496(計算過程同(1).液體流速的增加對KGa無顯著影響.HogHog0.4358mWJ:ZNoGH0G5.4960.43582.395m即所需填料層高度較原來減少了32.3950.605m2VmVm(2V)20.40560.8112Nog10.8112ln100(10.8112)0.811215.8氣體質(zhì)量流速增大時,總吸收系數(shù)a相應(yīng)增大.%V0.8V0.890.8,KGaKGaV2KGaV2V-0.20

22、.2HoG-:-012HoG20.43580.501mKGaP2.KGaPZHoGNoG15.80.5017.92m即所需填料層高度較原來增加7.9234.92m16.要在一個板式塔中用清水吸收混于空氣中的丙醇蒸氣.混合氣體流量為30kmol/h,其中含丙醇1%體積.要求吸收率到達(dá)90%,用水量為9Okmol/h.該塔在、27c下等溫操作,丙醇在氣、液兩相中的平衡關(guān)系為Y*2.53X,求所需理論板數(shù).解：V30(10.01)29.7kmol/hY10.010.010110.01Y2Y(1a)0.0101(10.90)0.00101L90kmol/hxyV(Y1Y2)29.7(0.01010.0

23、0101)入1X200.003L90由題意知m2.53那么:LmV902.5329.71.1977又由于X20.那么:A0.90A1.19770.90ln1lnNt10015.05lnAln1.1977第三章2.聚氯乙烯生產(chǎn)過程中,需要將乙快發(fā)生器送出來的粗乙快氣體凈化,方法是在填料塔中用次氯酸鈉稀溶液除去其中的硫、磷等雜質(zhì).粗乙快氣體通入填料塔的體積流量為78曠/h,密度為1.16kg/m3;次氯酸鈉水洛液的用量為4000kg/h,密度為105Okg/m,黏度為So所用填料為陶瓷拉西環(huán),其尺寸有50m佛皿n及25mnx25mm兩種.大填料在下層,小填料在上層,各高5m,亂堆.假設(shè)取空塔氣速為液泛氣速的80%試求此填料吸收塔的直徑及流動阻力.解：1塔徑兩種填料的值如下:50mm50mm4.5mm陶瓷拉西環(huán)亂堆：2051/m25mm25mm2.5mm陶瓷拉西環(huán)亂堆：4501/m比擬兩種填料的值可知,小填料的泛點(diǎn)氣速應(yīng)比大填料的低,故應(yīng)接小填料計算塔徑.Wv、0.5(一)WvL4000(化產(chǎn)7001.1610500.163由圖318中的亂堆填料泛點(diǎn)線查得24VF0.2L0.12故:100010500.9520.12gl0.2VL0.129.811050:021.568m/s,4