化工原理馬曉迅習(xí)題7吸收(昆工)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第七章 吸 收7-1 總壓101.3 kPa，溫度25時(shí)，1000克水中含二氧化硫50克，在此濃度范圍內(nèi)亨利定律適用，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其亨利系數(shù)E為4.13 MPa， 試求該溶液上方二氧化硫的平衡分壓和相平衡常數(shù)m。（溶液密度近似取為1000kg/m3）解：溶質(zhì)在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)： 二氧化硫的平衡分壓：相平衡常數(shù)：7-2 在逆流噴淋填料塔中用水進(jìn)行硫化氫氣體的吸收，含硫化氫的混合氣進(jìn)口濃度為5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），求填料塔出口水溶液中硫化氫的最大濃度。已知塔內(nèi)溫度為20，壓強(qiáng)為1.52×105 Pa，亨利系數(shù)E為48.9MPa。解：相平衡常數(shù)為：硫化氫的混合氣進(jìn)口摩爾

2、濃度：若填料塔出口水溶液中硫化氫達(dá)最大濃度，在出口處氣液相達(dá)平衡，即：7-3 分析下列過(guò)程是吸收過(guò)程還是解吸過(guò)程，計(jì)算其推動(dòng)力的大小，并在x - y 圖上表示。 （1）含NO2 0.003(摩爾分率)的水溶液和含NO2 0.06 (摩爾分率) 的混合氣接觸，總壓為101.3kPa，T=15，已知15時(shí)，NO2水溶液的亨利系數(shù)E=1.68×102 kPa；（2）氣液組成及溫度同（1），總壓達(dá)200kPa（絕對(duì)壓強(qiáng)）。解：（1）相平衡常數(shù)為： 由于 ，所以該過(guò)程是吸收過(guò)程。 氣相推動(dòng)力為： 液相推動(dòng)力為：（2）相平衡常數(shù)為： 由于 ，所以該過(guò)程仍是吸收過(guò)程。氣相推動(dòng)力為： 液相推動(dòng)力為：

3、7-4 在某操作條件下用填料塔清水逆流洗滌混合氣體，清水物理吸收混合氣中的某一組分，測(cè)得某截面上該組分在氣、液相中的濃度分別為 y = 0.014，x = 0.02。在該吸收系統(tǒng)中，平衡關(guān)系為y = 0.5x ，氣膜吸收分系數(shù)ky = 1.8×10-4 kmol / (m2·s)，液膜吸收分系數(shù)kx = 2.1×10-5 kmol / (m2.s)，試求：（1）界面濃度yi、xi分別為多少？（2）指出該吸收過(guò)程中的控制因素，并計(jì)算氣相推動(dòng)力在總推動(dòng)力中所占的百分?jǐn)?shù)。解：（1）對(duì)于穩(wěn)定吸收過(guò)程，氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率應(yīng)相等，有： （1） 在界面處氣液兩相達(dá)平衡，有：

4、（2）聯(lián)立方程（1）、（2）得 ，（2）氣相傳質(zhì)阻力： 以氣相為基準(zhǔn)的液相傳質(zhì)阻力：因此，吸收過(guò)程為液膜擴(kuò)散控制?？倸庀鄠髻|(zhì)推動(dòng)力為：氣相推動(dòng)力：氣相推動(dòng)力在總推動(dòng)力中所占比例：7-5 在吸收塔內(nèi)用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣，操作溫度為25，壓力為105kPa（絕對(duì)壓力）。穩(wěn)定操作狀況下，塔內(nèi)某截面上的氣相中甲醇分壓為7.5 kPa，液相中甲醇濃度為2.85kmol / m3。甲醇在水中的溶解度系數(shù)H = 2.162 kmol / (m3·kPa)，液膜吸收分系數(shù)kL = 2.0×10-5 m / s，氣膜吸收分系數(shù)kG = 1.2×10-5 kmol / (m2

5、·s·kPa.)。試求：（1）氣液界面處氣相側(cè)甲醇濃度yi；（2）計(jì)算該截面上的吸收速率。解：（1）對(duì)于穩(wěn)定吸收過(guò)程，氣、液兩相內(nèi)傳質(zhì)速率應(yīng)相等，有： （1） 在界面處氣液兩相達(dá)平衡，有： （2）聯(lián)立方程（1）、（2）得 ， 氣液界面處氣相側(cè)甲醇濃度： （2）該截面上的吸收速率： 7-6 在101.3kPa及25的條件下，用清水在填料吸收塔逆流處理含的SO2混合氣體。進(jìn)塔氣中含SO2分別為 0.04（體積分?jǐn)?shù)），其余為惰性氣體。水的用量為最小用量的1.5倍。要求每小時(shí)從混合氣體中吸收2000 kg的SO2，操作條件下亨利系數(shù)4.13 MPa，計(jì)算每小時(shí)用水量為多少（m3）和

6、出塔液中SO2的濃度（體積分?jǐn)?shù)）？ 此題的第二問(wèn)修改成“出塔氣中SO2的濃度（體積分?jǐn)?shù)）？”因條件不夠計(jì)算不出來(lái)，原題第二問(wèn)是計(jì)算出塔液中SO2的濃度（摩爾分?jǐn)?shù)）。解：，相平衡常數(shù)為：由于是低濃度吸收，有：由物料衡算得： 每小時(shí)用水量：由物料衡算得： 出塔液中SO2的濃度：7-7 用清水在吸收塔中吸收NH3-空氣混合氣體中的NH3，操作條件是：總壓101.3kPa，溫度為20。入塔時(shí)NH3的分壓為1333.2Pa，要求回收率為98%。在 101.3kPa和20時(shí)，平衡關(guān)系可近似寫(xiě)為 Y* =2.74 X。試問(wèn)：（1） 逆流操作和并流操作時(shí)最小液氣比 (L / V)min各為多少？由此可得出什么

7、結(jié)論？（2）若操作總壓增為303.9 kPa時(shí)，采用逆流操作，其最小液氣比為多少？并與常壓逆流操作的最小液氣比作比較討論。解：，（1）逆流操作時(shí)最小液氣比：并流操作時(shí)最小液氣比： 由此可知：若完成相同的吸收任務(wù)，并流操作時(shí)的用水量比逆流操作時(shí)用水量大。 （2）由于亨利常數(shù)僅是溫度的函數(shù)，若總壓增加，相平衡常數(shù)會(huì)發(fā)生變化，又因?yàn)?，該吸收為低濃度吸收，有?加壓后，逆流操作時(shí)的最小液氣比： 由此可知，完成相同的吸收任務(wù)，加壓后，逆流操作的用水量小于常壓的用水量，但是加壓會(huì)增加能耗，這是以增大能耗為代價(jià)來(lái)減少吸收操作的用水量。7-8 在一逆流吸收塔中用吸收劑吸收某混合氣體中的可溶組分。已知操作條件下

8、該系統(tǒng)的平衡關(guān)系為Y=1.15X，入塔氣體可溶組分含量為9%（體積），吸收劑入塔濃度為1%（體積）；試求液體出口的最大濃度為多少？解： 由題可得，液體出口的最大濃度是與入塔氣體濃度相平衡的液體濃度： 液體出口的最大濃度：7-9 在填料塔內(nèi)用清水逆流吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體，SO2濃度為0.08（體積分?jǐn)?shù)），其余可視為空氣。冷卻后送入吸收塔用水吸收，要求處理后的氣體中SO2濃度不超過(guò)0.004（體積分?jǐn)?shù)）。在操作條件下的平衡關(guān)系為Y* = 48X，所用液氣比為最小液氣比的1.6倍。求實(shí)際操作液氣比和出塔溶液的濃度。并在Y-X圖上畫(huà)出上述情況的操作線與平衡線的相互關(guān)系。解：，逆流操作的最

9、小液氣比： 實(shí)際操作液氣比： 由操作線方程可得： 出塔溶液的濃度：7-10 常壓（101.325kPa）用水吸收丙酮空氣混合物中的丙酮（逆流操作），入塔混合氣中含丙酮7%（體積），混合氣體流量為1500 m3 / h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），要求吸收率為97%，已知亨利系數(shù)為200kPa（低濃度吸收，可視Mm）。試計(jì)算：（1）每小時(shí)被吸收的丙酮量為多少；（2）若用水量為3200kg/h，求溶液的出口濃度？在此情況下，塔進(jìn)出口處的推動(dòng)力Y各為多少？（3）若溶液的出口濃度 x1= 0.0305，求所需用水量，此用水量為最小用水量的多少倍？解：， 混合氣體的摩爾流率： 相平衡常數(shù)為： 所以，操作條件下的平衡關(guān)系

10、為：（1）每小時(shí)被吸收的丙酮量為： （2）吸收劑的摩爾流率：由操作線方程可得： 溶液的出口濃度：塔進(jìn)口處的推動(dòng)力： 塔出口處的推動(dòng)力： （3）若溶液的出口濃度 x1= 0.0305，有： 由操作線方程可得： 最小用水量： 7-11 在逆流操作的填料塔中，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的可溶組分，若系統(tǒng)的平衡關(guān)系為Y = 0.3X。試求：（1）已知最小液氣比為0.24，求其回收率；（2）當(dāng)液氣比為最小液氣比的1.2倍，塔高不受限制時(shí)該系統(tǒng)的最大回收率；（3）如果吸收因子A = 1.25，回收率為90%，并已知該系統(tǒng)的氣、液相傳質(zhì)單元高度HL和HG都是2 m， 其填料層高度為多少？解：(1) 當(dāng)最小液

11、氣比時(shí) 回收率為：（2）L / V = 1.2（L/V）min= 1.2× 0.24= 0.288 < 0.3 若塔高不受限制時(shí)，氣液將在塔底達(dá)到平衡，此時(shí)有塔底 最大回收率： （3） 又 7-12 在一逆流填料吸收塔中，用純水吸收空氣 - 二氧化硫混合氣中的二氧化硫。入塔氣體中含二氧化硫4%（體積分?jǐn)?shù)），要求吸收率為95%，水用量為最小用量的1.45倍，操作狀態(tài)下平衡關(guān)系為Y*=34.5X，HOG=2m。試求：（1）填料層的高度；（2）若改用含二氧化硫0.08%的稀硫酸作吸收劑，Y1及其他條件不變，吸收率為多少？（3）畫(huà)出兩種情況下的操作線及平衡線的示意圖。解：（1）， （2

12、）， 其他條件不變，即L/V不變，則(L/V)min也不變， （3） 7-13 在一塔徑1.3m，逆流操作的填料塔內(nèi)用清水吸收氨空氣混合氣體中的氨，已知混合氣體流量為3400m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況）、其中氨含量為NH35%（體積分?jǐn)?shù)），吸收率為90%，液氣比為最小液氣比的1.3倍，操作條件下的平衡關(guān)系為Y=1.2X，氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KYa = 187 kmol/(m3×h)，試求：（1）吸收劑用量；（2）填料層高度；（3）在液氣比及其它操作條件不變的情況下，回收率提高到95時(shí)，填料層高度應(yīng)增加多少。解：（1）出塔氨含量：進(jìn)塔惰性氣體含量：最小液氣比：實(shí)際液氣比：吸收劑用量：（2）求塔底

13、排出水中丙酮含量塔橫截面積：傳質(zhì)單元高度：傳質(zhì)單元數(shù)：填料層高度為：（3）7-14 由礦石焙燒爐送出來(lái)的氣體含有SO2 6%（體積分?jǐn)?shù)），其余可視為空氣，冷卻送入填料塔用水吸收。該填料層高度為6米，可以將混合氣中的SO2 回收95%，氣體速率為600kg惰氣/(m2×h)，液體速率為900 kg/(m2×h)。在操作范圍內(nèi)，SO2的氣液平衡關(guān)系為，受液體速率影響很小，而是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)塔截面的氣體質(zhì)量，試計(jì)算將操作條件作下列變動(dòng)，所需填料層有何增減（假設(shè)氣、液體速率變動(dòng)后，塔內(nèi)不會(huì)發(fā)生液泛）？（1）氣體速度增加20%；（2）液體速度增加20%。解：?jiǎn)挝凰孛娣e空氣流量：?jiǎn)挝?/p>

14、塔截面積水的流量：（1）當(dāng)氣體流量增加20， 所以：（2）當(dāng)液體流量增加20， 又：氣體流量不變，也不變，所以：7-15 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1米，填料層的高度為4米的吸收塔。用純?nèi)軇┠媪魑諝怏w混合物中的某可溶組分，該組分進(jìn)口濃度為0.08（摩爾分率），混合氣流率為40kmol/h，要求回收率不低于95%。操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，相平衡關(guān)系為Y* = 2X，試計(jì)算：（1）操作條件下的液氣比為多少；（2）塔高為3米處氣相濃度；（3）若塔高不受限制，最大吸收率為多少？解：（1），（2） 當(dāng)時(shí)，設(shè)其氣液相濃度分別為、， 又由得：則：；即 （1）又由操作線方程 （2） （1）、（2）式聯(lián)解

15、得：，（3）若塔高不受限制，因?yàn)?.85>2，所以，在塔頂達(dá)到平衡，最大吸收率為100。7-16 在裝填有50mm拉西環(huán)的填料塔中用清水吸收空氣中的甲醇，直徑為880mm，填料層高6m，每小時(shí)處理2000m3甲醇-空氣混合氣，其中含甲醇5%（體積分?jǐn)?shù)）；操作條件為298.15 K，101.3 kPa。塔頂放出廢氣中含甲醇0.263%（體積分?jǐn)?shù)），塔底排出的溶液每kg含甲醇61.2g；在此操作條件下，平衡關(guān)系Y = 2.0X。根據(jù)上述測(cè)得數(shù)據(jù)試計(jì)算：（1）氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)KYa；（2）每小時(shí)回收多少甲醇；（3）若保持氣液流量V、L不變，將填料層高度加高3m，可以多回收多少甲醇。解：（1）

16、；則 （2）（3）V、L不變，則即不變，則又 7-17 現(xiàn)需用純?nèi)軇┏セ旌蠚庵械哪辰M分，所用的填料塔的高度為6m，在操作條件下的平衡關(guān)系為Y = 0.8X ，當(dāng)L / V = 1.2時(shí)， 溶質(zhì)回收率可達(dá)90%。在相同條件下，若改用另一種性能較好的填料，則其吸收率可提高到95%，請(qǐng)問(wèn)第二種填料的體積傳質(zhì)系數(shù)是第一種填料的多少倍？解：在同一吸收塔中操作，則有：7-18 用填料塔解吸某含有二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知進(jìn)、出解吸塔的液相組成分別為0.0085和0.0016（摩爾分?jǐn)?shù)）。解吸所用載氣為含二氧化碳0.0005（摩爾分?jǐn)?shù)）的空氣，解吸的操作條件為35、101.3kPa，此時(shí)平衡關(guān)系為Y

17、 = 106.03X。操作氣液比為最小氣液比的1.45倍。若取HOL=0.82m，求所需填料層的高度？解：，由平衡關(guān)系Y = 106.03X可得：，最小氣液比為：，7-19 某合成氨廠在逆流填料塔中，用NaOH溶液吸收變換氣中的CO2。已知進(jìn)塔混合氣流量為kg/h，密度為12.8kg/m3；進(jìn)塔的液體流量為kg/h，密度為1217kg/m3，粘度為0.52mPa.s。擬采用亂堆50mm×50mm×0.9mm的鋼制鮑爾環(huán)。試估算填料塔的塔徑。解：在亂堆填料泛點(diǎn)線上讀出相應(yīng)的縱坐標(biāo)值為0.023，即對(duì)于50mm×50mm×0.9mm的鋼制鮑爾環(huán)，代入上式得：泛點(diǎn)氣速：取空塔氣速為：塔徑：取塔徑為3.0m。7-20 在某逆流操作的填料塔內(nèi)，用清水回收混合氣體中的可溶組分A，混合氣體中A的初始濃度為0.02 （摩爾分?jǐn)?shù)）。為了節(jié)約成本，吸收劑為解