化工原理(下冊)吸收習題答案解析

116-1在kPa(確定壓力下)，100g水中含氨1g的溶液上方的平987Pa。試求：H(kmol·m-3·Pa-1)；E(Pa)；相平衡常數m；200kPa(H，E，m1000kg/m3〕解：〔1〕依據條件p*NH31/17c

987Pa0.5824kmol/m3NH3定義

101/1000p*NH3

c H NH3 NH HNH3

c pNH3

5.9104kmol/m3Pa〔2〕依據條件可知1/17依據定義式

xNH3

1/17100/18

0.0105p*NH3可得

ENH3

xNH3E〔3〕依據條件可知

NH3

9.42104Pa于是得到

y*NH3

p*NH3

/p987/1013250.00974mNH3

y*NH3

xNH3

0.928〔4〕HE僅是溫度的函數，故Hp* Ex E 1

ENH3

不變；而my* x ，與Tp相關，故m”

0.9280.309。px px p

NH3 3分析〔1〕留意一些近似處理并分析其誤差?！?〕EH和m的影響因素，這是此題練習的主要內容之一。25℃下，CO2

50kPaCO2CO2

試求這兩種狀況下CO2

的傳質方向與推動力。pCO2

CO2依據《化工原理》教材中表8-1查出ECO2

所以可以得到x*CO2

3.01104又由于H

H2O

1000

3.347104kmol/kPam CO2

EMH2O

1.6610518所以得c* H p 3.347104500.0167kmol/m3CO2

CO2于是：〔1〕c0.0067kmol/m3?！?〕c0.0333kmol/m3。分析〔1〕推動力的表示方法可以有很多種，比方，用壓力差表示時：① p*CO2

c CO2HCO2

0.013.347104

29.9kPa推動力 p20.1kPa〔吸取〕② p*CO2

c CO2HCO2

0.053.347104

149.4kPa推動力 p99.4kPa〔解吸〕或者,用摩爾分數差表示時①由x CO2

0.01100018

1.8104x1.201104；②由xCO2

9104，推斷出將發(fā)生解吸過程，推動力x5.99104〔2〕推動力均用正值表示。x-y表示。含SO2

為(摩爾分數)的水溶液與含SO2

為(摩爾分數)的混合氣接觸，kPa，t=35℃；氣液組成及總壓同(1)，t=15℃；氣液組成及溫度同(1)，總壓為300kPa(確定壓力)。解(1)依據《化工原理》教材中表8-1知T=35℃SO的2E0.567104kPa

E 0.567104m 56P 101.3y*mxA A

560.0010.056y*A

y ，所以將發(fā)生解吸過程。傳質推動力為Ay0.0560.030.026(2T15℃SO

的E0.294104kPa，故2E 0.294104m 29P 101.3依據相平衡關系,得y*mxA A

290.0010.029y*A

y ，所以將發(fā)生吸取過程。傳質推動力為Ay0.030.0290.001(3)同理可知,當T=35℃，p=300kPaE0.567104kPa，故mE18.9Py*mxA A

18.90.0010.0189y*A

y ，所以將發(fā)生吸取過程。推動力為Ay0.030.01890.01116-3圖。6-3圖體會通過轉變溫度和總壓來實現氣液之間傳質方向的轉變,即吸取和解吸。氨-空氣混合氣中含氨(摩爾分數)，在常壓和25℃下用水吸取，過程1000m3爾分數)。試求被吸取的氨量(kg)和出口氣體的體積(m3)。解惰性氣體量V10000.88880m3，進口中NH之量為120m3,出口中3NH之量為1203

0.120.88

9m3,于是總出氣量=880+9889m3NH0.010.010.99量為0.121000101325-0.018891013258.314298 8.314298

4544mol分析(1)進展物料衡算時應以摩爾數或者質量為基準,一般不以體積為基作為衡算的基準。此題是并流還是逆流有區(qū)分嗎？如何才能不斷移走熱量該用填料塔還是板式塔？不移走熱量對吸取有什么影響的恒定溫度下靠分子集中漸漸蒸5mm以外的水蒸氣分壓為零。集中系數為×10-5m2/s，大氣壓強為×105Pa。求蒸干水層所需時間。解：此題中水層Z的變化是時間的函數，且與集中速率有關。N DP pA1pA2lnpB2A RTZ p p pB1 B2 B1查教材附錄水的物理性質得，20℃時水的蒸汽壓為。條件為：p 101.3kPa,pA1

0kPa,pB2

101.3kPa,pB1

101.32.334698.97kPa,Pp pA2 B2

101.3kPa,代入上式得：N DP pA1pA2lnpB2

2.6010-5101.3 101.30 ln101.3ARTZp1B2 1 8314293.005 1039.97 9.97A5.0310-6kmol/m2s水的摩爾質量M18kg/kmolA，在d時間內汽化的水量應等于水集中出管口的量，即N AdAdZ

dZN

M 5.0310618A 9.054108m/sA M d 1000在0Z0到0Z2103m之間積分，得4210 2.2110s49.05410-8〕的液體吸取其中的AAyx，液氣比為，求：逆流操作時，吸取液出口最高組成是多少此時的吸取率是多少假設1.5G y-x解(1)6-6圖(a))時，6-6圖0.01 0.1X 0.01，Y2 10.01 1

10.10.11LV0.8m18-9(b)),X

X*Y

m0.11。依據物料衡算可知1max

1 1LY Y X*X 0.110.80.110.010.03L2 1 V 1 2此時,吸取率為E0.110.0372.7%0.11LV1.5m1,以及塔高無窮高時,在塔頂到達吸取平衡(題8-9圖(b))，Y2min

Y*mX2

。仍可以依據物料衡算LX1

2

Y ，2min求出X 1E0.110.0190.9%0.11(2)LV0.88-9圖(c))，H，所以有YmX1 1依據操作線關系,有YY L2 1X X2

V式①，②聯(lián)立，求得:X Y1 1

0.0655于是E0.110.065540.5%0.11分析平衡；此時吸取率最大，但吸取液濃度不是最高。但吸取率不是最高。用水吸取氣體中的SO2

SO2

的平均組成為(摩爾分數)，水中SO的平均濃度為1g/1000g。塔中操作壓力為(表壓)，現氣相傳質分系數2kG=×10-2kmol/〔m2·h·kPa〕，液相傳質分系數kL= m/h。操作條件下平衡關y50xK解依據

Y y y* yy*

pyy*

K p p*N KA Y

YY*

KY1

Y**

Y**

** y 1y 1y和

1y

p 1y

1y

p 1y

1yN KA G

p p*A A得K pK1164

1yy*p111.4kPay0.02y*mxA因此要先依據下式求出K 才能求出K :G Y

164100018

2.81104，1 1 1 K k HkG G L因此還要求出H：100018c xc 100018H Ap*A

ApmxA

111.4500.01kmol/m3kPa

K 0.0017kmol/m2h G K 0.187kmol/m2hY分析此題主要練習各種傳質系數之間的轉換關系，其次目的是了解各系數的量級。在×105Pa、27℃下用水吸取混于空氣中的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩H=kPa·m3/kmol，氣膜吸取分k=×105(m/s)。試求吸取總GKG

L并算出氣膜阻力在總阻力中所占的百分數。解依據定義式N KA G

p p*A

KL

c*cA

p*A

c*A，可知H1K KL H G所以只要求出K 即可。又G1 1 1 1 1 17637673424371K k Hk 5.6710-5 1.9810-30.075G G L K 4.110-5kmol/m2hPaGK 0.02m/hL1 1由于 為氣相阻力， 為總阻力，故k KG G總阻力176372437172.4%分析6-9在吸取塔內用水吸取混于空氣中的低濃度甲醇，操作溫度為27℃，壓強為×105Pa。穩(wěn)定操作狀況下塔內某截面上的氣相中甲醇分壓為，液相中甲醇m36-8解吸取速率可以用公式N KA G

pp*

求出。其中p5.07kPac 2103p* 1.023103kPaH 1.9551k 11k 1Hk1K 1GG L G

1.12105kmol/m2skPa 1.55105 1.955 于是可得NA

1.121055.071.023103 5.68105kmol/m2s分析(1)NA

K ppG

1.5510-55.07-pi

5.68105,還〔pi

1.405kPa以及液相側中的甲醇濃度〔ci

Hpi

2.748kmol/m3〕，此值遠高于主體溶液中的甲醇濃度。是不是題目有些問題含 5%甲醇的空氣似乎應是入口氣 體，因此/m3些水又有何用呢假設將題目中甲醇濃度改為2kmol/m3法回收其中的甲醇。y-xA、Bx2y xx22 2y2A B A Byaxxy a yx1 1 1(a)xyx2 2y1A B ya

yxaxxax1x(b)x2y y22Bxyxaxyx3(c) 1

axx1xx(d)(c)

6-10y1A y=mxByB2y30 x xx3 2 1〔d〕y3A y= mxy1 By20 x x x2 1 32度由2%降至%〔體積分數〕。系統(tǒng)符合亨利定律，E=545×。假設吸取劑用量為最小用量的倍，試計算操作液氣比及出口液相組成。解：y= y=E5.52104KPa P=1 2則 0.02

0.0204 Y2

0.001

0.0011-0.02 1-0.001mE

5.25104

544.75P 101.33L

Y1-Y20.02040.001517.5 Vmin

Y1 0.0204m 544.75 L1.5L

1.5517.5766.25V Vmin又據全塔物料衡算LX1

XVY2

Y2V-X2 1 2.510-5L

776.25LV

為 出口液相組成X1

為2.5105用純水逆流吸取氣體混合物中的SOSO5〔體積分數，2 2度。m小。LG4LGm5.0時，操作線與與平衡線交于塔底，由相平衡關系可以計算液體出口的最大濃度為yx 10.050.01y1,max m 5由物料衡算關系可以求得氣體的極限出口濃度為：y y

x0.0540.0100.012,min

1 G 1 2當L6，LGm5.0，操作線與平衡線交于塔頂，由平衡關系可以計算氣體極限出口濃度為：y mx 02,min 2由物料衡算關系可求得液體出口濃度為：xx Gyy 0.050.008331 2 L 1 2,min 6從以上計算結果可知，當LGm時，氣體的極限剩余濃度隨LG增大而減??；當LGm時，氣體的極限濃度只取決于吸取劑初始濃度，而與吸取劑的用量無關。在某填料吸取塔中，用清水處理含SO2

的混合氣體。逆流操作，進塔SO2

28。水的用量比最小用量大65%，2023kg的SO。操2y26.7x。計算每小時用水量為多少立方米。解：依據題意得yY 1y1 1y1

0.08 0.08710.08SO2

質量求得混合氣中惰性氣體的流量2023

V640.08

0.92359.375kmol/h

2023359.3750.087Y解得Y2

1 24.35105L

64 2YY 0.0874.35105又 1 2 26.67V

X X 0.087/26.7min 1e 2則 L1.65Lmin

1.6526.7359.3751.58104kmol/h則每小時的用水量為V LM1.581041810002.85105m3/h水η，承受的液氣比是最小液氣比的β倍。物系平衡關系聽從亨利定律。試以ηβ兩個N的表達式。OG解：令進塔氣體濃度為y1，則出塔氣體濃度為y2

y1 x=0212L L G

x1L yyG1 2xx1 2

yy1 1x

1

y1m1由上題證明的結果： NOG

ylny1221-mGLyy1 1又

mx1

yy11 1y y2 2

0y1

y1y2

1ln1NOG

在一填料吸取塔內，用含溶質為的吸取劑逆流吸取混合氣體中溶質的85%，進塔氣體中溶質濃度為，操作液氣比為，操作條件下系統(tǒng)的平衡關系y0.86x，假設總體積傳質系數與流淌方式無關。試求：〔1〕逆流操作改為逆流操作與并流操作平均吸取推動力之比。解：逆流吸取時，y=，x1 2所以 -0.09110.850.01365x1x2V

y1y2L

0.0099

0.9

0.09584Y*0.86X1 1

0.860.095840.08241419Y*0.86X20.860.00990.0085142YY1 1

1

0.0910.08240.0086YY2 2

Y*2

0.013650.0085140.005136Ym

1

Y2

Y

ln 0.0086 ln 1

0.005136Y2Y1Y2

0.0910.01365N OG Ym

0.00672

11.51改為并流吸取后，設出塔氣、液相組成為Y、X’，進塔氣。

1 1 1 2

LVY2

Y’1N中整理得：OG N Y”mX”O(jiān)G 2 2 1 1逆流改為并流后，因KHYa

N不變OG所以 1 10.860.911.51 ln1 1由物料衡算式得：Y’0.9X’0.09991 1將此兩式聯(lián)立得：11X’0.0568 Y’0.048811 Y-Y’ 0.00672Y 2 1m NOG

0.00366

mY 0.006721.84mY’ 0.00366m一樣的狀況下，逆流操作可獲得較高的吸取液濃度及較大的吸取推動力。今有逆流操作的填料吸取塔，用清水吸取原料氣中的甲醇。處理氣量為1000m3/h〔標準狀況〕，原料氣中含甲醇100g/m3，吸取后的水中含甲醇。設在標準狀況下操作，吸取平衡關系為y1.15x，甲醇的回收率為98%，K= kmol/〔m2·h〕，塔內填料的有效比外表y190m2/m3，塔內氣體的空塔流速為m/s。試求：水的用量；塔徑；填料層高度。解1，21000 1000100V 44.643.12541.52kmol/h22.4 321033.1251Y41.521

0.0753 Y2

1

0.00151X 02y Y 1x* 1 1 0.06091 1.15 1Y1

1.1511 0.04251x67% x*11 0.042511 1 x1依據全塔的甲醇物料衡算式LX1

2

Y可以得出用水量2L 1

Y 2 72.04kmol/hX X44100036000.5

0.04250susuT

0.814m，可圓整到。由于是低濃度吸取，故可以將 y1.15x近似為Y1.15X,并存在K Ky Y

，則可進展以下計算：填料層高度HN HOG OG先計算氣相總傳質單元數：YY YYN 1 2OG Y

Y 1 2m Ym ln 1Y2YY1 1

Y*0.07531.150.04250.02641Y Y2 2

Y*0.001512N 8.49OG再計算氣相總傳質單元高度V V 41.52H OG KaY

Kay

0.5190

40.842

0.79mH6.7m(1)塔徑和塔高。(2)假設不進展以上近似，則可按下述方法求解: -V”dyKadHyy*y式中：V”-氣體總流量。于是 dHKayy*y對上式進展積分得Hy1y2

V”dy Kay y〔固然此時K 也會隨著流量變化而變化，求解時還需要做另外的近似〕y〔3〕或者做以下近似處理

Y Y* YY*N KA Y

YY*

K yy*y

Ky1 *Ky

* Y 1Y

1Y

1Y得K KY y

1 1Y1 Y可取Y和YY*可取Y*和Y*的平均值。1 2 1 2取YYY 12 20.0384XX1X22

0.042502

0.0213Y*mX1.150.02130.0244則0.5 YK 10.038410.02130.047kmol/m2hY41.25HOG

0.835m0.47119040.84121 mVYmX mVN ln1 1 2 OG 1mV LL

YmX L2 2 1 ln11.1541.250.07531.1541.2511.1541.25 72.06

72.06

72.06 HN HOG OG

0.8358.4817.1m以上兩種方法的計算結果具有可比性。在一填料吸取塔內，用清水逆流吸取空氣中的NH，入塔混合氣中NH3 3的含量為〔摩爾分率，下同〕，吸取在常壓、溫度為10℃的條件下進展，吸取95%NHy0.5x31的變化。解：吸取率增加，吸取推動力增加y2 1 y=0.5x10 x1 x*x1225mm×25mm5m，1m，用清5%，塔頂60g25y=2x。試求〔1〕H及體OGKa；〔2〕每小時回收的丙酮量，kg/h。y

=58丙酮∴

x 60/58 0.018281 60/581000/181Lyy21

0.050.00262.591 由全塔物料衡算：G xx 0.018281 I m

2 0.772A L/G 2.591 1 ymxN ln[(1 )1

1]OG 1-1/A A y2

mx A2 1 ln[(10.772)

0.05

0.772]7.1910.772 0.0026∴H H 5 0.695∴OG N 7.19OG∵H G∵OG KayV T 2250 273G .0 × 92.0mol/h22.4T 22.4 298G 92.0 ∴KaY HOG

1236004

/0.6950.0469kmol/m3sG”G”yyM92.00.050.002658252.9kg/h1 2在一填料層高度為5m分。當液氣比為時，溶質回收率可達90%。在操作條件下氣液平衡關系為y=?，F95%，試問此填料的體積吸取總系數為原填料的多少倍解：此題為操作型計算，NOG宜用脫吸因數法求算。原工況下：1 Y-mX NOG1-Sln 1 2SY-mX2 2

SmV0.5LY-mX Y 1 1 1 2 1 10Y-mX2 2

Y 1- 10.92NOG 1

ln0.5 1 0.54.70310.5

10.95 V ZH

5 1.466OG K Ya

N 3.41OG工況〔即型填料〕下：1 N ’ ln0.5

1 0.54.703OG 0.5

10.95 H ’

V Z 5 OG K Ya

N ’ 4.703OGK ’ H 1.466則 Ya OG 1.38K H ’ 1.063Ya OG即型填料的體積傳質系數為原填料的倍。KYa某填料吸取塔高，在常壓下用清水逆流吸取混合氣中的氮。混合氣入塔的摩爾流率為(m2·s),清水的噴淋密度kmol/(m2·s)數為2%，氣相總體積吸取系數Ka=kmol/(m3·s),操作條件下亨利系數為y60kPa。試求排出氣體中氮的濃度。解：mE 60101.30.6 LG0.018/0.030.6m即操作線與平衡線平行，此時

G 0.03y yym 1 2

y mx2

H OG

0.3m HH Na 0.1 OG OGy故 N OG

2.70.3

9.0 NOG

yy1 ym

1y2yy2y

所以9.0

0.02y2y2解得y 0.0022某填料吸取塔用含溶質x2液氣比是3，氣體入口摩爾分數yy=2x。

=，回收率可達90%.物系的平衡關系為1今因解吸不良使吸取劑入口摩爾分數x2

〔1〕可溶組分的回收率下降至多少〔2〕液相出塔摩爾分數上升至多少解：〔1〕y2

1I m 20.667A L/V 31 1 ymx 1N ln[(1 )1 1 ]OG 1

1 A y mx A2 2A 1 ln[(10.667)

0.010.0002Χ2

0.667]5.3810.667 0.001-0.0002Χ.當x上升時，由于H不變，H 不變2 OG∴N HHOG OG

也不變，即5.38 1 ln[(10.667)0.010.00035X20.667]1-0.667 y2y0.00132

0.00035X2η yy 0.010.0013 1y1物料衡算

2 0.870.01V(yy)L(xx)1 2 1 2xV(yy)x1 L 1 2 21X(0.010.0013)0.000350.003253用一填料塔逆流吸取空氣中的氨。單位塔截面上的混合氣體流率為〕，穎吸取劑為含氨的水溶液，從塔y=Kyakmol/m3·s所需塔高.1:10，為到達同樣的回收率，所需塔高為多少解：〔1〕對吸取塔作物料衡算L

1y2

yyy1 y

0.020.090.021.112G

min

x1e 2

mx1

0.02/1.20003

L1.3L

1.31.11121.446

G G

min Lx1其中

xGy2

y2y 2 1

∴∴xyy121LG0.910.02x 0.00030.0128921.446全塔的傳質單元數N OG全塔的傳質單元數N OGyyymxyyy2mx y mxlnymx111lnymx1122221mGL y mx112211.21.446ln0.00181.20.00036.741m0.021.20.01289所需塔高為HH N OG OGGKayN OG0.0360.04836.745.02m〔2〕當有局部吸取劑再循環(huán)后，吸取劑的入塔含量為x” x” 1x”L”xL 0.1x”LxL 0.1x”0.000321212L”L0.1LL1.1吸取塔內液氣比LG總L”LG1.1 1.11.4461.59GL全塔物料衡算 L全塔物料衡算Lx”x” Gyy1212x”x”yy11L G總2x”20.910.021.59x”2聯(lián)立、兩式可解得x”0.0129 x”0.0014451 2全塔的傳質單元數N OG全塔的傳質單元數N OG11mGL總lnymx”y mx”11111.21.59ln0.021.20.01290.00181.217.2322所需塔高HHN”O(jiān)G OGGKayN” OG0.0360.048317.2512.84m為測定填料層的體積吸取系數Kay氣中低濃度的溶質組分A。試畫出流程示意圖，指出需要知道哪些條件和測取哪KaA濃度不變的狀況y下，加大氣體流量，試問尾氣中組分A的濃度是增大還是減小6-23解流程如圖〔a〕所示，由于Ka

1

Y2〔4〕將以上各量代入式，及求得。Y H〔4〕將以上各量代入式，及求得。m所以，為了測出Ka，需要知道物系的平衡關系，因而需要測定溫度，以便Y求的步驟如下：求的步驟如下：〔1〕L，V，以及〔1〕L，V，以及〔2〕依據平衡關系求出平均推動力；〔3〕量出塔徑及填料層高度H；b分析〔1〕試驗時要多測一些LVX1測水流量L有何用途1m2s，其中氨的濃度為〔摩爾分率〕，95%。已知吸取劑用量為最小用量的倍，氣相總體積吸取系數為(m3·s)，且K ∝。操作ya壓力，操作溫度30℃，在此條件下，氣液平衡關系為y1.2x，試求：填料層高度〔m〕；率不下降簡述其緣由；解：〔1〕依據題意得yY 1 0.0101 Y y

0.0101

5.05104