第六章第七章 吸收習題參考答案

第六章吸收習題參考答案（注：紅色字體標注部分對教材所給答案進行了修正，請核查）【6-1】含有8%（體積分數(shù)）的某種混合氣體與水充分接觸，系統(tǒng)溫度為20℃，總壓為101.3kPa。試求達平衡時液相中的物質(zhì)的量濃度。解：混合氣體按理想氣體處理，則在氣相中的分壓為為難溶于水的氣體，故氣液平衡關系符合亨利定律，并且溶液的密度可按純水的密度計算。查得20℃水的密度為=998.2。由，故查表8-1可知，20℃時在水中的亨利系數(shù)E=1.23kPa，故【6-2】總壓為101.3kPa，溫度為20℃的條件下，使含二氧化硫為3.0％（體積分數(shù)）的混合空氣與含二氧化硫為350的水溶液接觸。試判斷二氧化硫的傳遞方向，并計算以二氧化硫的分壓和液相摩爾分數(shù)表示的總傳質(zhì)推動力。已知操作條件下，亨利系數(shù)E=3.55kPa，水溶液的密度為998.2kg/。解：由道爾頓分壓定律液相摩爾分數(shù)為（溶液近似按純水計算）：稀溶液符合亨利定律，所以：＞，二氧化硫由氣相向液相傳遞，進行吸收過程。用氣相分壓表示的總推動力為：與氣相濃度相平衡的液相平衡濃度：用液相摩爾分數(shù)表示的總推動力為：【6-3】在某填料塔中用清水逆流吸收混于空氣的，空氣中的體積分數(shù)為8.5%，操作條件為15℃、405.3kPa，15℃時在水中的亨利系數(shù)為1.24kPa，吸收液中的組成為。試求塔底處吸收總推動力、、、、和。解：相平衡常數(shù)為由亨利定律由道爾頓分壓定律由亨利定律吸收液的密度可近似按純水計算，查手冊得，15℃水的密度為998.95則吸收液的摩爾比為混合氣的摩爾比為塔底處吸收總推動力為【6-4】在填料吸收塔內(nèi)用水吸收混合于空氣中的甲醇，已知某截面上的氣液兩相組成為，設在一定的操作溫度、壓力下，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H為0.5，液膜吸收系數(shù)為，氣膜吸收系數(shù)為。試求以分壓表示吸收總推動力、總阻力、總傳質(zhì)速率并分析阻力的分配情況。解：以分壓表示吸收總推動力總阻力總傳質(zhì)速率液相阻力的分配由計算結(jié)果可以看出此吸收過程為液相傳質(zhì)阻力控制過程?！?-5】用填料塔在101.3及20℃下，以清水吸收混合于空氣中的甲醇蒸氣。若在操作條件下平衡關系符合亨利定律，甲醇在水中的亨利系數(shù)為27.8。測得塔內(nèi)某截面處甲醇的氣相分壓為6.5，液相組成為2.615，液膜吸收系數(shù)，氣相總吸收系數(shù)。求該截面處:（1）膜吸收系數(shù)、及；[；；]（2）總吸收系數(shù)、、、及；[；；]（3）吸收速率。[]解：（1）溶液中溶質(zhì)含量很低，近似以純水的密度代替溶液的密度，查附錄得，20℃時水的密度為998.2kg/m3。溶解度系數(shù)（2）相平衡常數(shù)（3）【6-6】用清水除去與空氣混合氣中的。操作條件20℃，101.3kPa下，混合氣的流量為1000，其中含體積分數(shù)為9%，要求的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.5倍，試計算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成；（2）當用含0.0003（物質(zhì)的量比）的水溶液作為吸收劑時，欲保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量有何變化？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌伲?01.3kPa，20℃條件下在水中的平衡數(shù)據(jù)見下表。汽-液平衡組成溶液摩爾比X氣相中平衡摩爾比Y溶液摩爾比X氣相中平衡摩爾比Y解按題意進行組成換算：進塔氣體中的組成為出塔氣體中的組成為進吸收塔惰性氣體的摩爾流量為由表中X-Y數(shù)據(jù)，采用內(nèi)插法得到與氣相進口組成相平衡的液相組成。（1）實際吸收劑用量塔底吸收液的組成由全塔物料衡算求得（2）吸收率不變，即出塔氣體中的組成=0.0099，而=0.0003所以實際純吸收劑用量塔底吸收液的組成由全塔物料衡算求得含0.0003（物質(zhì)的量比）的水溶液用量為：其中【6-7】在填料塔中用循環(huán)溶劑吸收混合氣中的溶質(zhì)。進塔氣體組成為0.091（溶質(zhì)摩爾分率），入塔液相組成為21.74g溶質(zhì)/kg溶液。操作條件下氣液平衡關系為。當液氣比L/V為0.9時，試求逆流的最大吸收率和出塔溶液的濃度。已知溶質(zhì)摩爾質(zhì)量為40kg/kmol，溶劑摩爾質(zhì)量為18kg/kmol。解：先將已知的氣液相組成換算為摩爾比，即逆流操作，且，平衡線與操作線交點位置在塔頂，即此時吸收液相組成【6-8】在一直徑為1.2的填料塔內(nèi)，用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體?；旌蠚獾奶幚砹繛?00，其中二氧化硫的體積分數(shù)為5％，要求回收率為95％，吸收劑用量為最小用量的1.5，已知操作條件下氣液平衡關系為,氣相總體積吸收系數(shù)為220。求水的用量(）及所需的填料層高度。[5843；4.86]解：（1）由已知可知，惰性氣體流量最小吸收劑用量實際用水量（2）填料層高度【6-9】在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨和空氣混合氣中的氨，惰性氣流量為0.025，混合氣入塔含氨0.02（摩爾比），出塔含氨0.001（摩爾比）。吸收塔操作時的總壓為101.3，溫度為293K，在操作濃度范圍內(nèi)，氨水系統(tǒng)的平衡方程為，總傳質(zhì)系數(shù)為0.0522。若塔徑為1m，實際液氣比為最小液氣比的1.2倍，求所需塔高度。[]解：最小液氣比液相出口濃度平均推動力惰性氣體摩爾流量傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)所需塔高【6-10】用清水逆流吸收混合氣體中的，已知混合氣體的流量為300（標準狀態(tài)下），進塔氣體中含量為0.06（摩爾分數(shù)），操作液-氣比為最小液-氣比的1.6倍，傳質(zhì)單元高度為0.8。操作條件下物系的平衡關系為。要求吸收率為95％，試求：（1）吸收液組成及吸收劑流量；[；]（2）寫出操作線方程；[]（3）填料層高度。[]解（1）由已知可知，惰性氣體流量最小液-氣比操作液-氣比吸收劑流量吸收液組成（2）操作線方程整理得（3）填料層高度【6-11】一填料吸收塔，在28℃及101.3下操作，用清水吸收200氨-空氣混合氣中的氨，使其中氨含量由5％降低到0.04％（均為摩爾百分數(shù)）。填料塔直徑為0.8，填料層體積為3，平衡關系為，已知=38.5。（1）出塔氨水濃度為出口最大濃度的80％時，該塔能否使用？（該塔不能使用）（2）若在上述操作條件下，將吸收劑用量增大10％，該塔能否使用？（注：在此條件下不會發(fā)生液泛）（該塔合用）解：（1）惰性氣體流量該塔現(xiàn)在有填料層高度因為，所以該塔不能使用。（2）吸收劑用量增大10%時因為，所以該塔合用?！?-12】一填料塔用清水逆流吸收混合氣中的有害組分。已知操作條件下氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5，進塔混合氣相組成為0.04（的摩爾分率，下同），出塔尾氣組成為0.0053，出塔水溶液濃度為0.0128，操作條件下平衡關系為。試求：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍？（）（2）所需填料層高度？（）（3）若氣液流量和初始組成不變，要求尾氣組成為0.0033，求此時所需的填料層高度。（）解：（1）則（2）所需填料層高度故（3）其他條件不變，尾氣組成為0.0033時的填料層高度?！?-13】廠內(nèi)有一直徑880，填料層高6的填料吸收塔，所用填料為拉西環(huán)，每小時處理2000、含5％（體積分數(shù)）丙酮的空氣（25℃，1）。用水作溶劑，塔頂送出的廢氣含丙酮0.263％（體積分數(shù)），塔底送出的溶液每千克含丙酮61.2，根據(jù)上述測出數(shù)據(jù)，計算氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)，在此操作條件下平衡關系為，目前情況下每小時可回收多少丙酮？若把填料層加高3，又可回收多少丙酮？（，；）解：（1）（2）每小時所能回收的丙酮量為：（3）填料層加高3m，即z=9m，因而有：【6-14】某吸收塔在101.3、293K下用清水逆流吸收丙酮-空氣混合物中的丙酮，當操作液氣比為2.1時，丙酮回收率可達95％。已知物系在低濃度下的平衡關系為，操作范圍內(nèi)總傳質(zhì)系數(shù)近似與氣體流量的0.8次方成正比。今氣體流量增加20％，而液體量及氣液進口含量不變，試求：（1）丙酮的回收率有何變化？（2）單位時間內(nèi)被吸收的丙酮增加多少？（3）吸收塔的平均推動力有何變化？（；1.167；）解：對于低濃度吸收，可近似以摩爾分數(shù)代替摩爾比，具體計算如下原工況由回收率定義可求出氣體出口含量由物料衡算式可計算液體出口含量吸收塔的平均推動力傳質(zhì)單元數(shù)新工況：傳質(zhì)單元高度傳質(zhì)單元數(shù)由物料衡算式（a）由吸收過程基本方程式（b）由式（a）、式(b)求得新工況的丙酮回收率：在單位時間內(nèi)新、舊工況所回收的丙酮量之比為新工況下的平均推動力第七章蒸餾習題參考答案【7-1】苯和甲苯在92℃時的飽和蒸汽壓分別為143.73和57.6，苯-甲苯的混合液中苯的摩爾分數(shù)為0.4。試求：在92℃混合液中各組分的平衡分壓、系統(tǒng)壓力及平衡蒸汽組成。此溶液可視為理想溶液。[苯57.492、甲苯34.56、系統(tǒng)壓力92.025、、]解：根據(jù)拉烏爾定律，理想溶液上方的平衡分壓為【7-2】在連續(xù)精餾塔中分離苯（）和甲苯（）兩組分理想溶液。現(xiàn)場測得：塔頂全凝器，第一層理論板的溫度計讀數(shù)為83℃，壓力表讀數(shù)；塔釜溫度計讀數(shù)為112℃，壓力表讀數(shù)。試計算塔頂、塔釜的兩產(chǎn)品組成和相對揮發(fā)度。兩純組分的飽和蒸汽壓用安托尼方程計算。當?shù)卮髿鈮簽?01.3。（安托尼方程表達式為：；苯：A=6.03055、B=1121.033、C=220.79；甲苯：A=6.07954、B=1344.8、C=219.482）[、：、]解：（1）塔頂餾出液的組成及相對揮發(fā)度對于理論板，氣液相組成互為平衡，兩相溫度相等，塔頂?shù)谝粚永碚摰臍庀嘟M成即餾出液組成。將℃代入安托尼方程求得總壓力為則對于理想物系，相對揮發(fā)度為（2）塔釜組成及相對揮發(fā)度用塔頂相同的方法計算。將℃代入安托尼方程求得。則【7-3】將含24％（摩爾分數(shù)，下同）輕組分的某液體混合物送入一連續(xù)精餾塔中。要求餾出液含95％易揮發(fā)組分，釜液含3％易揮發(fā)組分。送至冷凝器的蒸汽摩爾流量為850，流入精餾塔的回流液量為670。試求：①每小時能獲得多少千摩爾的餾出液？多少千摩爾的釜液？②回流比R為多少？[①、；②]解：（1）由全塔物料衡算得：（2）【7-4】在連續(xù)精餾塔中分離甲醇（A）水溶液。原料液的處理量為3250，其中甲醇含量0.37（摩爾分數(shù)，下同），泡點進料，操作回流比為2.5。要求餾出液中甲醇的收率為94％，組成為0.96。試求：①餾出液流量及釜殘液的流量和組成；②精餾段、提餾段的汽、液相流量；③欲獲得餾出液46，其最大可能的組成；④若保持餾出液組成為0.96，可能獲得的最大餾出液量。[①、、；②、；、；③；④]解：將原料液的流量變?yōu)槟柫髁浚?）由題意知：（2）精餾段的汽、液相流量提餾段的汽、液相流量：泡點進料時，q=1（3）當理論板層數(shù)為無窮多時，輕組分的收率可能達到100%，此時餾出液可能的最高組成為：（4）同理假設甲醇收率為100%，則【7-5】在常壓下將含苯摩爾分數(shù)為25％的苯-甲苯混合液連續(xù)精餾，要求餾出液中含苯摩爾分數(shù)為98%，釜液中含苯摩爾分數(shù)為8.5％。操作時所用回流比為5，泡點加料，泡點回流，塔頂為全凝器，求精餾段和提餾段操作線方程。常壓下苯—甲苯混合物可視為理想物系，其相對揮發(fā)度為2.47。[、]解：精餾段操作線提餾段操作線=式中代入可得【7-6】在連續(xù)精餾塔中分離、兩組分混合液。進料量為100，進料為q=1.25的冷液體，已知操作線方程為：精餾段；提餾段。試求輕組分在餾出液中的回收率。[]解：輕組分在餾出液中的收率為聯(lián)立精餾段操作線和對角線方程得=0.9583聯(lián)立提餾段操作線和對角方程得=0.10聯(lián)立兩操作線方程得交點得=0.5682，=0.6618q線方程為將、值代入上式解得【7-7】分別利用圖解法和逐板法確定習題5條件下所需理論板數(shù)目。[10塊]解：逐板計算法：相平衡方程或（1）精餾段操作線（2）提餾段操作線（3）泡點進料q=1,第1塊塔板上升的蒸氣組成從第1塊塔板下降的液體組成由式（1）求取由第2塊塔板上升的氣相組成用式（2）求取第2塊板下降的液體組成第3塊板上升的氣相組成第3塊板下降的液體組成如此反復計算因，第9塊板上升的氣相組成由提餾段操作方程（3）計算，第9塊板下降的液體組成同樣所需總理論板數(shù)為10塊，第8塊加料，精餾段需7塊板要。圖解法略。【7-8】用一常壓連續(xù)精餾塔分離含苯0.4的苯一甲苯混合液。要求餾出液中含苯0.97，釜液中含苯0.02（以上均為質(zhì)量分數(shù)），操作回流比為2，進料熱狀況參數(shù)=1.36，平均相對揮發(fā)度為2.5，求最小回流比。[]解：將已知質(zhì)量分率換算為摩爾分數(shù)同理q線方程為（1）平衡線方程為（2）聯(lián)立（1）、（2）兩式得【7-9】利用簡捷計算法求習題8條件下所需理論板數(shù)。[14塊]解：由習題【7-8】知查吉種蘭圖可得取14塊【7-10】在連續(xù)精餾塔中分離苯—甲苯混合液。在全回流條件下測得相鄰板上汽、液相組成分別為0.28，0.41和0.57，試求三層板中下面兩層的單板效率。（分別用汽、液相組成計算）在操作條件下苯—甲苯的平衡數(shù)據(jù)如下：0.260.380.510.450.600.72[液相組成計算：n層0.74，n+1層0.7；汽相組成計算：n層0.74，n+1層0.64]解法1：將相鄰三板視為第n-1、n和n+1板，在全回流條件下，有根據(jù)操作條件苯—甲苯的3組平衡數(shù)據(jù)換算可得代入第n板平衡方程得所以同理可求解法2：下面兩層的單板效率也可由汽相組成計算，即全回流條件下全回流條件下【7-11】某兩組分混合物在泡點溫度下進入精餾塔的中部，已知料液組成為0.5（輕組分摩爾分數(shù)，下同），處理量為100，要求餾出液組成為0.95，釜殘液組成為0.05，操作回流比與最小回流比的比值為2，塔頂采用全凝器，泡點回流，物系的相對揮發(fā)度為3。試求：①精餾段和提餾段操作線方程；②進入塔頂?shù)谝粚永碚摪宓钠⒁合嘟M成；③離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓钠⒁合嘟M成。[①、；②、；③、]解：（1）精餾段操作線方程泡點進料，q=1,提餾段操作線方程:聯(lián)立進料線與精餾段操作線,得交點利用兩點式化簡得：（2）進入塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊合嘟M成為：塔頂采用全凝器，進入塔頂?shù)谝粚永碚摪宓钠嘟M成：（3）離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓钠嘟M成離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊合嘟M成與汽相組成相平衡，即：【拓展7-12】一連續(xù)精餾塔分離某二元理想混合物，已知進料量，進料組成(摩爾分率，下同)，進料為飽和蒸汽，塔頂產(chǎn)品的組成，塔底產(chǎn)品的組成，系統(tǒng)的相對揮發(fā)度=2。塔底采用再沸器，塔頂采用全凝器，泡點回流，塔釜的汽化量是最小汽化量的2倍。試求：①塔頂輕組分的回收率；②塔釜的汽化量；③離開從塔頂數(shù)第二塊板的液相組成。[①0.893；②147.8kmol/h；③0.84]解：（1）（2）飽和蒸汽進料，設對應的塔釜汽化量為，則（3）精餾段操作線方程：【7-12】組成為0.40的原料以汽液混合物狀態(tài)進入某精餾塔，原料的汽、液相摩爾比為1：2，該塔的塔頂產(chǎn)品組成為=0.95（以上組成均為輕組分摩爾分數(shù)），塔頂輕組分的回收率為95％，回流比為，