氣體吸收習(xí)題答案

第五章吸取氣液平衡1、向盛有一定量水的鼓泡吸取器中通入純的CO2氣體，經(jīng)充足接觸后，測(cè)得水中的CO2平衡濃度為2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器內(nèi)總壓為101.3kPa，水溫30℃，溶液密度為1000kg/m3。試求亨利系數(shù)E、溶解度系數(shù)H及相平衡常數(shù)m。解：查得30℃，水的稀溶液：2、在壓力為101.3kPa的吸取器內(nèi)用水吸取混合氣中的氨，設(shè)混合氣中氨的濃度為0.02（摩爾分?jǐn)?shù)），試求所得氨水的最大物質(zhì)的量濃度。已知操作溫度20℃下的相平衡關(guān)系為。解：混合氣中氨的分壓為與混合氣體中氨相平衡的液相濃度為3、在壓力為101.3kPa，溫度30℃下，含CO220％（體積分?jǐn)?shù)）空氣-CO2混合氣與水充足接觸，試求液相中CO2的物質(zhì)的量濃度。解：查得30℃下CO2在水中的亨利系數(shù)E為1.88×105kPaCO2為難溶于水的氣體，故溶液為稀溶液4、含CO230％（體積分?jǐn)?shù)）空氣－CO2混合氣，在壓力為505kPa，溫度25℃下，通入盛有1m3水的2m3密閉貯槽，當(dāng)混合氣通入量為1m3時(shí)停止進(jìn)氣。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間后，將全部水溶液移至膨脹床中，并減壓至20kPa，設(shè)CO2大部分放出，求能最多獲得CO2多少kg？。設(shè)操作溫度為25℃，CO2在水中的平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)E為1.66×105kPa。解：（1）氣相失去的CO2物質(zhì)的量＝液相獲得的CO2物質(zhì)的量（2）（1）與（2）解得：減壓后：稀溶液：5、用清水逆流吸取混合氣中的氨，進(jìn)入常壓吸取塔的氣體含氨6％（體積），吸取后氣體出口中含氨0.4％（體積），溶液出口濃度為0.012（摩爾比），操作條件下相平衡關(guān)系為。試用氣相摩爾比表達(dá)塔頂和塔底處吸取的推動(dòng)力。解：塔頂：塔底：6、在操作條件25℃、101.3kPa下，用CO2含量為0.0001（摩爾分?jǐn)?shù)）的水溶液與含CO210％（體積分?jǐn)?shù)）的CO2－空氣混合氣在一容器充足接觸，試:（1）判斷CO2的傳質(zhì)方向,且用氣相摩爾分?jǐn)?shù)表達(dá)過程的推動(dòng)力；（2））設(shè)壓力增加到506.5kPa，CO2的傳質(zhì)方向如何，并用液相分?jǐn)?shù)表達(dá)過程的推動(dòng)力。解：（1）查得25℃、101.3kPa下CO2－水系統(tǒng)的E＝166MPa因此CO2的傳質(zhì)方向由液相向氣相傳遞，解吸過程。解吸過程的推動(dòng)力為（2）壓力增加到506.5kPa時(shí)，因此CO2的傳質(zhì)方向由氣相向液相傳遞，吸取過程。吸取過程的推動(dòng)力為由上述計(jì)算成果能夠看出：當(dāng)壓力不太高時(shí)，提高操作壓力，由于相平衡常數(shù)明顯地提高，造成溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，故有助于吸取。擴(kuò)散與單相傳質(zhì)7、某容器內(nèi)裝有2mm四氯化碳，在20℃的恒定溫度下逐步蒸發(fā)，通過近似不變的2mm靜止空氣層擴(kuò)散到大氣中，設(shè)靜止的空氣層以外的四氯化碳蒸氣壓為零，已知20℃、大氣壓為101.3kPa下，四氯化碳通過空氣層的擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10－5m2/s。求容器內(nèi)四氯化碳蒸干所需時(shí)間為多少小時(shí)？解：查得20℃下四氯化碳飽和蒸氣壓為32.1kPa；密度為1540kg/m3；四氯化碳分子量MA＝154kg/kmol；氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓四氯化碳的氣化速率為擴(kuò)散速率為定態(tài)傳質(zhì)時(shí)，四氯化碳的氣化速率等于其在空氣中的擴(kuò)散速率，即＝8、在填料吸取塔內(nèi)用水吸取混合于空氣中的甲醇，已知某截面上的氣、液兩相構(gòu)成為pA=5kPa，cA=2kmol/m3，設(shè)在一定的操作溫度、壓力下，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H為0.5kmol/(m3·kPa)，液相傳質(zhì)分系數(shù)為kL＝2×10－5m/s，氣相傳質(zhì)分系數(shù)為kG＝1.55×10－5kmol/(m2·s·kPa)。試求以分壓表達(dá)吸取總推動(dòng)力、總阻力、總傳質(zhì)速率、及液相阻力的分派。解：以分壓表達(dá)吸取總推動(dòng)力總阻力總傳質(zhì)速率液相阻力的分派由計(jì)算成果能夠看出此吸取過程為液相傳質(zhì)阻力控制過程。9、對(duì)習(xí)題8的過程，若吸取溫度減少，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H變?yōu)?.8kmol/(m3·kPa)，設(shè)氣、液相傳質(zhì)分系數(shù)與兩相濃度近似不變，試求液相阻力分派為多少？并分析其成果。吸取溫度減少時(shí)總傳質(zhì)阻力液相阻力的分派由液相阻力占吸取過程總阻力的11.76%，可知此吸取過程為氣相傳質(zhì)阻力控制過程。吸取過程設(shè)計(jì)型計(jì)算10、用20℃的清水逆流吸取氨－空氣混合氣中的氨，已知混合氣體溫度為20℃，總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.0133kPa，規(guī)定混合氣體解決量為773m3/h，水吸取混合氣中氨的吸取率為99％。在操作條件下物系的平衡關(guān)系為，若吸取劑用量為最小用的2倍，試求（1）塔內(nèi)每小時(shí)所需清水的量為多少kg？（2）塔底液相濃度（用摩爾分?jǐn)?shù)表達(dá)）。解：（1）實(shí)際吸取劑用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h＝856.8kg/h（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+11、在一填料吸取塔內(nèi)，用清水逆流吸取混合氣體中的有害組分A，已知進(jìn)塔混合氣體中組分A的濃度為0.04（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），出塔尾氣中A的濃度為0.005，出塔水溶液中組分A的濃度為0.012，操作條件下氣液平衡關(guān)系為。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)？解：12、用SO2含量為1.1×10-3(摩爾分?jǐn)?shù))的水溶液吸取含SO2為0.09（摩爾分?jǐn)?shù)）的混合氣中的SO2。已知進(jìn)塔吸取劑流量為37800kg/h，混合氣流量為100kmol/h，規(guī)定SO2的吸取率為80%。在吸取操作條件下，系統(tǒng)的平衡關(guān)系為，求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。解：吸取劑流量惰性氣體流量13、用清水逆流吸取混合氣體中的CO2，已知混合氣體的流量為300原則m3/h，進(jìn)塔氣體中CO2含量為0.06（摩爾分?jǐn)?shù)），操作液氣比為最小液氣比的1.6倍，傳質(zhì)單元高度為0.8m。操作條件下物系的平衡關(guān)系為Y＊＝1200X。規(guī)定CO2吸取率為95％，試求：（1）吸取液構(gòu)成及吸取劑流量；（2）寫出操作線方程；（3）填料層高度。解：（1）由已知可知惰性氣體流量X2=0，最小液氣比操作液氣比吸取劑流量L＝＝1824×12.59＝22963kmol/h吸取液構(gòu)成(2)操作線方程整頓得Y=1824X+3.26×10-3(3)脫吸因數(shù)14、在逆流吸取的填料吸取塔中，用清水吸取空氣～氨混合氣中的氨，氣相流率為0.65kg/(m2·S)。操作液氣比為最小液氣比的1.6倍，平衡關(guān)系為，氣相總傳質(zhì)系數(shù)為0.043kmol/(m3·S)。試求：(1)吸取率由95％提高到99％，填料層高度的變化。（2）吸取率由95％提高到99％，吸取劑用量之比為多少？解：（1）吸取率為95％時(shí)：V＝0.65／29＝0.0224kmol/(m2·S)L＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)吸取率為99％時(shí)：L‘＝0.0224×1.457＝0.0326kmol/(m2·S)(2)L＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)L‘＝0.0224×1.457＝0.0326kmol/(m2·S)15、用純?nèi)軇┰谔盍纤?nèi)逆流吸取混合氣體中的某溶質(zhì)組分，已知吸取操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù)為β，溶質(zhì)A的吸取率為η，氣液相平衡常數(shù)m。試推導(dǎo)出：（1）吸取操作液氣比與η、β及m之間的關(guān)系；（2）當(dāng)傳質(zhì)單元高度HOG及吸取因數(shù)A一定時(shí)，填料層高度Z與吸取率η之間的關(guān)系?解：（1）（2）吸取過程的操作型計(jì)算16、用清水在一塔高為13m的填料塔內(nèi)吸取空氣中的丙酮蒸氣，已知混合氣體質(zhì)量流速為0.668kg/(m2·s)，混合氣中含丙酮0.02（摩爾分?jǐn)?shù)），水的質(zhì)量流速為0.065kmol/(m2·s)，在操作條件下，相平衡常數(shù)為1.77，氣相總體積吸取系數(shù)為。問丙酮的吸取率為98.8％時(shí)，該塔與否合用？解：已知由于實(shí)際吸取塔，因此該吸取塔合用，能夠完畢分離任務(wù)。17、某逆流吸取塔，入塔混合氣體中含溶質(zhì)濃度為0.05（摩爾比，下同），吸取劑進(jìn)口濃度為0.001，實(shí)際液氣比為4，此時(shí)出口氣體中溶質(zhì)為0.005，操作條件下氣液相平衡關(guān)系為。若實(shí)際液氣比下降為2.5，其它條件不變，計(jì)算時(shí)無視傳質(zhì)單元高度的變化，試求此時(shí)出塔氣體溶質(zhì)的濃度及出塔液體溶質(zhì)的濃度各為多少？解：原工況新工況因傳質(zhì)單元高度不變，即，又因因此傳質(zhì)單元數(shù)不變，即解得18、在一逆流操作的吸取塔中，如果脫吸因數(shù)為0.75，氣液相平衡關(guān)系為，吸取劑進(jìn)塔濃度為0.001（摩爾比，下同），入塔混合氣體中溶質(zhì)的濃度為0.05時(shí)，溶質(zhì)的吸取率為90%。試求入塔氣體中溶質(zhì)濃度為0.04時(shí)，其吸取率為多少？若吸取劑進(jìn)口濃度為零，其它條件不變，則其吸取率又如何？此成果闡明了什么？解：時(shí)：原工況新工況解得時(shí)：原工況新工況解得從計(jì)算成果看，塔高一定，當(dāng)用純?nèi)軇┪』旌蠚怏w中的溶質(zhì)時(shí)，入塔氣體構(gòu)成變化，其它條件不變，其吸取率不變。19、在一逆流操作的填料塔中，用純?nèi)軇┪』旌蠚怏w中溶質(zhì)組分，當(dāng)液氣比為1.5時(shí)，溶質(zhì)的吸取率為90％，在操作條件下氣液平衡關(guān)系為。如果改換新的填料時(shí)，在相似的條件下，溶質(zhì)的吸取率提高到98％，求新填料的氣相總體積吸取系數(shù)為原填料的多少倍？解：原工況：新工況：20、在一填料吸取塔內(nèi)用洗油逆流吸取煤氣中含苯蒸汽。進(jìn)塔煤氣中苯的初始濃度為0.02（摩爾比，下同），操作條件下氣液平衡關(guān)系為，操作液氣比為0.18，進(jìn)塔洗油中苯的濃度為0.003，出塔煤氣中苯濃度降至0.002。因脫吸不良造成進(jìn)塔洗油中苯的濃度為0.006，試求此狀況下（1）出塔氣體中苯的濃度；（2）吸取推動(dòng)力減少的百分?jǐn)?shù)？解：原工況：新工況：解得21、在一塔徑為880m的常壓填料吸取塔內(nèi)用清水吸取混合氣體中的丙酮，已知填料層高度為6m,在操作溫度為25℃時(shí)，混合氣體解決量為m3/h，其中含丙酮5％。若出塔混合物氣體中丙酮含量達(dá)成0.263％，每1kg出塔吸取液中含61.2kg丙酮。操作條件下氣液平衡關(guān)系為，試求：（1）氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)及每小時(shí)回收丙酮的kg數(shù)；（2）若將填料層加高3m，可多回收多少kg丙酮？解：(2)解得22、用純?nèi)軇┰谝惶盍衔∷?nèi)，逆流吸取某混合氣體中的可溶組分?；旌蠚怏w解決量為1.25Nm3/s，規(guī)定溶質(zhì)的回收率為99.2%。操作液氣比為1.71，吸取過程為氣膜控制。已知10℃下，相平衡關(guān)系，氣相總傳質(zhì)單元高度為0.8m。試求：（1）吸取溫度升為30℃時(shí)，溶質(zhì)的吸取率減少到多少？（30℃時(shí)，相平衡關(guān)系）（2）若維持原吸取率，應(yīng)采用什么方法（定量計(jì)算其中的2個(gè)方法）。解：（1）原工況：新工況：解得（2）溫度升高，平衡線上移，推動(dòng)力減小，保持吸取率不變，可采用方法：1）L/V增加，即增加溶劑量；2）增加填料層高度L/V不變，溫度升高，，推動(dòng)力減小靠增加塔高彌補(bǔ)。溫度變化，對(duì)氣膜控制吸取過程，傳質(zhì)單元高度不變，23、在一塔高為4m填料塔內(nèi)，用清水逆流吸取混合氣中的氨，入塔氣體中含氨0.03（摩爾比），混合氣體流率為0.028kmol/(m2·s),清水流率為0.0573kmol/(m2·s)規(guī)定吸取率為98％，氣相總體積吸取系數(shù)與混合氣體流率的0.7次方成正比。已知操作條件下物系的平衡關(guān)系為，試求：（1）當(dāng)混合氣體量增加20％時(shí)，吸取率不變，所需塔高？（2）壓力增加1倍時(shí)，吸取率不變，所需塔高？（設(shè)壓力變化氣相總體積吸取系數(shù)不變）解：原工況：（1）氣體流量增加20％因水吸取氨為氣膜控制，因此V增加，傳質(zhì)單元高度變化（2）壓力加1倍24、在一吸?。馕?lián)合流程中，吸取塔內(nèi)用洗油逆流吸取煤氣中含苯