化工原理吸收課后答案

1、第二章吸收習(xí)題解答1從手冊(cè)中查得101.33KPa 25C時(shí),若100g水中含氨1g,則此溶液上方的氨氣平 衡分壓為0.987KPa。已知在此組成范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)H(kmol/ (m3 kPa)及相平衡常數(shù) m。解：由 FNh3已知：PNH3”=0.987kPa.相應(yīng)的溶液濃度Cnh3可用如下方法算出：.并取其值為以100g水為基準(zhǔn)，因?yàn)槿芤汉芟?故可近似認(rèn)為其密度與水相同31000kg / m .則:CNH苗"582kmol/m3PNH3yNH-mNH3XNH3yNH竝二皿"00974P 101.33XNH170.01051 1001718m=74=

2、0.9280.0105XNH31000CNH30.582 =0.590kmol/(m3 kPa)0.9872: 101.33kpa 1OC時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用 po2=3.31 X0 x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PO =PyO =101.33 0.21 = 21.28kPaP023.31 10621 28亦廠64310_6因Xo2值甚小，故可以認(rèn)為X :- x即:XO 七=6.43 10-66.43 10-6 32kg©) 一

3、g(O2)所以:溶解度1.14 10-11.43 _ _1x18kg(H2O) 怙(出0)3.某混合氣體中含有2%（體積）CO2,其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30C,總壓強(qiáng)5為506.6kPa。從手冊(cè)中查得30C時(shí)C02在水中的亨利系數(shù) E=1.88x10 KPa,試求溶解度系數(shù)H（kmol/ （m3kPa、）及相平衡常數(shù)m,并計(jì)算每100克與該氣體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當(dāng)y =0.02時(shí).100g水溶

4、解的CO2FCO/ -506.6 0.02 =10.13kFa-5.39 10*FCO2 10.13_5E 1.88 10因x很小,故可近似認(rèn)為X xX =5.39“0沁型=5.39“0入(蘭)段"kmolgO)18 "kggO)=1.318燈0' kg(C° O2通過停滯CO的擴(kuò)散速率) kgMO) 一故100克水中溶有CO20.01318gCO24.在101.33kPa 0C下的02與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過程。已知相距0.2cm的兩截面上O2的分壓分別為13.33kPa和6.67kPa又知擴(kuò)散系數(shù)為0.185cm2/s，試計(jì)算下列兩種情況下

5、 O2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(shí)。2的傳遞速率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 10&#

6、176;ln101.3"67101.33-13.338.314 273 2 10= 3.01 10kmol/m2 s5. 淺盤內(nèi)存有2mm厚的水層，在20°C的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴(kuò)散到大氣中假定擴(kuò)散始終是通過一層厚度為5mm的靜止空氣膜層，此空氣膜層以外的水蒸氣分壓為零。擴(kuò)散系數(shù)為2.60 X0-5m2/s大氣壓強(qiáng)為101.33KPa。求蒸干水層所需的時(shí)間 解:這是屬于組分(A)通過停滯組分的擴(kuò)散已知擴(kuò)散距離(靜止空氣膜厚度)為Z=5 10-m 水層表面的水蒸氣分壓(20C) 的飽和水蒸氣壓力為卩加=2.3346kR靜止空氣膜層以外；水蒸氣分壓為Pa2 = 0D =2.6

7、 10'm2/s.P =101.33kpT =273 20=293K單位面積上單位時(shí)間的水分蒸發(fā)量為NaRTZ(PA1PA2)=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水層蒸干的時(shí)間：h 5 10 鳥=2.205 104s = 6.125hdh/d 9.07 10$6. 試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0C、101.33kPa時(shí)氨和氯化氫在空氣 中的擴(kuò)散系數(shù)D(

8、m2/s)，并將計(jì)算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比較。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:VB = 29.9cm3 / mol氨的分子體積：VA = 25.8cm3/mol又知 MB =29g/mol.MA =17g/mol則0C.101.33kFa時(shí),氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可由 MaxweaL Gilliland式計(jì)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 27°C下用水吸收混于空氣中

9、的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中 的組成都很低,平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.955kmol/(m3 kPa),-52氣膜吸 收系數(shù) kG=1.55 X0 kmol/(m s kPa),液膜吸 收系數(shù) kL=2.08 X0-5kmol/(m2 kmol/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)1 1 2K-廠11 =1.122 10 kmol /(m s kPa)kGHkC1.55 101.955 2.08 10氣膜P助在點(diǎn)P助中所占百分?jǐn)?shù).1化1/ kG 1/ HkC1.1221.55= 72.35；8. 在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇

10、，操作溫度27C，壓強(qiáng)101.33KPa。穩(wěn)定 操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5 kPa,液相中甲醇組成為 2.11kmol/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率。解:吸收速率W二心(巳-Pa”)由上題已求出 kG =1.122 10kmol/(m2 s *巳)又知：H =1.955kmol/(m3 kPa)則該截面上氣相甲醇的平衡分壓為巳二C/H =2.11/1.955 =1.08kFa巳=5kFa.則 NA =1.122 10呂(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

11、下用清水吸收混合氣中的 H2S,將其組成由2%降至0.196 （體積）。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù) E=5.52為6kPa。 若取吸收劑用量為理論最小用量的 12倍，試計(jì)算操作液氣比L及出口液相組成VX1若壓強(qiáng)改為1013kPa其他條件不變，再求V手及X1。解：（1）求101.33kPa下，操作液氣比及出口液相組成m 旦 51=545P 101.33Y10.021-0.02-0.0204丫21 - y20.0011-0.001= 0.001x2 =0最小液氣比二-丫,0.0204-0.001 518 丫 y 0.0204/545_X2m操作液氣比為 V =1.2 (*)min =1.2 51

12、8 =622出口液相濃度VXX2 l(Y -丫2)1_5=0(0.0204 -0.001)=3.12 10622（2）:求1013kFa下的操作液氣比及出口液組成4E 5.52 10m545P 1013則:Y Y20.°2°4_°.°°°1=5i.80.0204/ 545P1*2 51622出口液相組成：'V'1/XX2 丫2)=0(0.0204 -0.001) =3.12 10L62.211,在101.33kPa下用水吸收據(jù)于空氣中的氨。已知氨的摩爾分?jǐn)?shù)為0.1,混合氣3體于40C下進(jìn)入塔底，體積流量為0.556m/

13、s,空塔氣速為1.2m/s。吸收劑用量為理 論最小用量的1.1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0.1112kmol/(m 3 s)。在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為丫興二2.6X , 試求塔徑及填料層高度。解:0.1¥ 0.11111-0.1% =丫(1半)=0.1111漢(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=皺-0.956Ng11 -

14、SIn (1-S)1In (1 -0.956)0.11110.956 =13.81 -0.9560.005555L 2.72塔截面積:2】=0.556/1.2 =0.463m塔徑:D = , 4 0.463 二 0.77m又知：V 二05562730.9 =0.0195kmol/s22.4273+40則：u V0.0195 門“H 90.38 m、 KYa10.1112 0.463塔上填料層高度：Z = H：G N：G = 0.38 13.8 =5.23m12在吸收塔中用清水吸收混合氣中的 SO2，氣體流量為5000m3(標(biāo)準(zhǔn))/h,其中SO2 占10%,要求SO2回收率為95%。氣、液逆流接

15、觸，在塔的操作條件下SO2在兩相 間的平衡關(guān)系近似為Y* =26.7X。試求：(1) 若取用水量為最小用量的15倍，用水量應(yīng)為多少？(2) 在上述條件下,用圖解法求所需理論塔板數(shù)；(3) 如仍用 中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從95%提高到98%用水量應(yīng) 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 =1.5 510

16、0 =7650kmol(水)/h(2)：求理論板數(shù)(a)梯級(jí)圖解法V201Xi (Y -丫2)X2(0.1111 -0.00556) =0.00277L7650在Y - X直角坐標(biāo)圖中給出平衡線oE.CY ”二26.7 7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(jí)得理論板層數(shù)Nt =5.5(b)用克列姆塞爾算圖=95汐2 =0則相對(duì)回收率'卅;0.1111 -0.005560.950.1111在理論最小用水量下，叫"：，J據(jù)此查圖2-21得:L總-0.95而亠=0.95mVL =1.5Lmin =1.5 0.95mV= 1.5 0.95 26.7 201 = 765

17、0kmol（水）/h查圖2-21 (或由式2-77c計(jì)算)可知當(dāng):A 二丄 1.43.=0.95 時(shí)mVNt =5.5兩種方法解得的結(jié)果相同。(3)求'=98時(shí)所需增加的水量用克列姆塞爾法估算，已知：'-0.98.Nt -5.5據(jù)此查圖2 -21得A' =1.75則:L' =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.在一個(gè)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 度為則900kg/m3的不揮發(fā)油吸收

18、捏于空氣中的丁燒。塔內(nèi)操作壓強(qiáng)為101.33kPa, 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(shí)的蒸 氣壓強(qiáng)為194.5kPa液相密度為580kg/m3假定拉烏爾定律及道爾頓定律適用，求：回收每1m3 丁烷需用溶劑油多少(m3)?(2)若操作壓強(qiáng)改為304.OkPa而其他條件不變，則上述溶劑油耗量將是多少(m3)?解：(1).由拉烏爾定律屮 p194.5 y xx=1.92xp101.33由于為低組成吸收，可以認(rèn)為Y” =1.92XY1耳50.0526.X2 =0.Y/ =01-0.05Y2 二Y(1 - )= 0.0526 (1 - 0.95) = 0.00

19、263由克列姆塞爾方程得到in Y _策0.0526 -Y"ln 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 丁烷所需純?nèi)軇┯蛿?shù)量為1Xi -X210.022 -0=45.5kmol（ 油）/kmo1（ 丁烷）丁烷的摩爾質(zhì)量為58.08則回收每1m3液體丁烷所需溶劑油的體積為455 250/9叭 126亦油）58.08/580（）3（丁烷）.若 p =304.0kPa.則：.194.5yx =0.

20、6398x二 Y =0.6398X304.0因?yàn)閄2 =0故、2 =0"=0.042.（條件未變,仍用上法求得）m1為X20.0420.6398-0.0656阪臥r15.24kmo（ 油）/kmo（ 丁烷）曲42501900 =42.28m（油）58.08/580（）/m3（液體丁烷）14.在一逆流吸收塔中用三乙醇膠水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的H2S,進(jìn)塔氣相含H2S 2.91%（體積），要求吸收率不低于99%,操作溫度300K,壓強(qiáng)為101.33kPa,平衡 關(guān)系為Y* = 2X ,進(jìn)塔液體為新鮮溶劑,出塔液體中H2S組成為 0.013kmol（H2S）/kmol（溶劑）。已知單位塔截

21、面上單位時(shí)間流過的惰性氣體量為230.015 kmol/（m s）氣相體積吸收總系數(shù)為0.000395kmol/（m s Pa）,求所需填料層 高度。V（筆 -丫2）解:Z=H 2廠石已知：0.0291Y10.031 -0.0291丫2 =Y （1 -）=0.03 （1 - 0.99） = 0.0003X1 =0.013" ：=2 0.013=0.026X2 =0.丫2二=0in0.03-。.0260.0003LY卄(0.03巴026)二0.00叭0.00143則：KYa 二 KGap =0.000395 101.33 = 0.04kmol/(m2 S)又知:V20.015kmol/

22、(m s)0.015Hg0.375m0.04Ng0.03-0.00030.00143= 20.8Z =0.375 20.8=7.8m 15有一吸收塔，填料層高度為3m,操作壓強(qiáng)為101.33KPa溫度為20C,用清水吸 收棍于空氣中的氨。混合氣質(zhì)量流速 G=58Okg/(m2 h),含氨6%(體積)，吸收率為 99%;水的質(zhì)量流速 W=770kg/(m2 h)。該塔在等溫 下逆流操作，平衡關(guān)系 為 Y* =0.9X o KGa與氣相質(zhì)量流速的0.8次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無關(guān)。試計(jì)算當(dāng)操作條件分別作下列改變時(shí)，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

23、倍；(2)液體流量增大一倍;(3)氣體流量增大 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混合氣體的平均摩爾質(zhì)量5802(1 -0.06) =19.28kmol/(m2 h) 28.28770242.78kmol /(m h)=29 0.94 17 0.06 =28.28kg/kmoln門18mv 0.9 19.280.4056L 42.781Y -mX2Ng9ln (1 -S)(三2) S1 -SY2 -mX21 -0.4056 冋

24、0 Z4056)。4056= 6.884Z 3H “g0.4358 m'N；g6.884(1)P =2p-mp/ p' -0.9 1 -0.452mV。.曽二 °.2028由于二衛(wèi)故pNg(澤)(1® S0.0638-0lnx (1 0.2028) + 0.20281 -0.20280.000638-0= 5.496KGap1 1故:HgHg= 0.4358 1 = 0.2179m2= 0.2179 5.49 1.198m填料層高度比原來減少了 3-1.198 = 1.802mL =2L(2): S'=mVmV2L= 42（計(jì)算過程同（1） 液體流速

25、的增加對(duì)Kg a無顯著影響.H ：g = H ;G = 0.4358m則：Z'二 N：g' Hg' =5.496 0.4358 = 2.395m即所需填料層高度較原來減少了 3 - 2.395二0.605mV' =2VS'二 m(2V) * 0.4056 =0.8112L1L1Ng =,In 100R10.8112) +0.8112 =15.81-0.8112氣體質(zhì)量流速增大時(shí)，總吸收系數(shù)KGa相應(yīng)增大.KGa0.8= 20.8KGaI_K ()0.8叫(v)G'KGa P'12V20.8KGaP 門= 20.2H；g-20.2 0.43

26、58 = 0.501mZ'二 H：g' N；g' =15.8 0.50 7.92m即所需填料層高度較原來增加7.92 - 3 = 4.92m16.要在一個(gè)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）。要求吸收率達(dá)到90%用水量為9Okmol/h。該塔在101.33KPa 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)。V =30 (1 -0.01) =29.7kmol/hYi0010.01011-0.01Y2 二Y(1a) =0.0101 (1 -0.90) =0.00101L =

27、90kmol /hX1 =x2V(Y1 -Y2)029.7 (0.0101 -0.00101)L -90= 0.003由題意知m =2.53則：L90A1.1977mV 2.53 29.7又因?yàn)閄0.則：=A =0.90kA-'1.1977 - 0.90ln1 lnNt -1 一0.90-1=5.05ln 1.1977ln AAVV*第二早2.聚氯乙烯生產(chǎn)過程中，需要將乙炔發(fā)生器送出來的粗乙炔氣體凈化，辦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)。粗乙炔氣體通入填料塔的體積流量為7旳曠/h,密度為1.16kg/m3;次氯酸鈉水洛液的用量為4000kg/h,密度為 105Okg

28、/m，黏度為1.06mPas。所用填料為陶瓷拉西環(huán)，其尺寸有50mm< 50mnx4.5 皿n及25mnx25m< 2.5mn兩種。大填料在下層，小填料在上層，各高5m,亂堆。 若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(dòng)阻力。解:（1）塔徑兩種填料的 '值如下：50mm 50mm 4.5mm 陶瓷拉西環(huán)（亂堆）：=2051/m25mm 25mm 2.5mm 陶瓷拉西環(huán)（亂堆）:二=4501/ m比較兩種填料的 '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(jì)算塔徑.Wc( ;?v)0.5WV(7L0.12g 幾 ;:；JL0.20.12 9.81 1050450 0.952 1.16 1.060.2=1.568m/s= 0.1634000(1116)0.5700 1.161050由圖(3 -18)中的亂堆填料泛點(diǎn)線查得2 .仁.占"1