化工原理第五章 吸收 题Word文档下载推荐.docx
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2.825℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3,与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后,
(1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少?
(2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少?
气液达到平衡时的总传质推动力又为多少?
2.9在填料塔中用清水吸收气体中所含的丙酮蒸气,操作温度20℃,压力1atm。
若已知气相与液相传质分系数(简称传质系数)kG=3.5×
10-4[kmol/(m2.s.atm)],kL=1.5×
10-4[m/s],平衡关系服从亨利定律,亨利系数E=32atm,求KG、Kx、Ky和气相阻力在总阻力中所占的比例。
2.10在一填料塔中用清水吸收混合气中的氨。
吸收塔某一截面上的气相浓度y=0.1,液相浓度x=0.05(均为摩尔分率)。
气相传质系数ky=3.84×
10-4[kmol/(m2.s.Δy)],液相传质系数kx=1.02×
10-2[kmol/(m2.s.Δx)],操作条件下的平衡关系为y=1.34x,求该截面上的:
(1)总传质系数Ky,[kmol/(m2.s.Δy)];
(2)总推动力Δy;
(3)气相传质阻力占总阻力的比例;
(4)气液介面的气相、液相浓度yi和xi。
操作线作法
2.11根据以下双塔吸收的四个流程,分别作出每个流程的平衡线(设为一直线)和操作线的示意图。
2.12示意画出下列吸收塔的操作线。
(图中yb1>
yb2,xa2>
xa1;
yb2气体和xa2液体均在塔内与其气、液相浓度相同的地方加入)
习题12附图
2.13在填料塔中用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2,混合气中SO2初始浓度为5%(体积),在操作条件下相平衡关系y=5.0x,试分别计算液气比为4和6时,气体的极限出口浓度(即填料层为无限高时,塔气体出口浓度)及画出操作线。
2.14在吸收过程中,一般按图1设计,有人建议按图2流程设计吸收塔,试写出两种情况下的操作线方程,画出其操作线,并用图示符号说明操作线斜率和塔顶、底的操作状态点。
习题14附图
设计型计算
2.15用填料塔以清水吸收空气中的丙酮,入塔混合气量为1400[Nm3/h],其中含丙酮4%(体积%),要求丙酮回收率为99%,吸收塔常压逆流操作,操作液气比取最小液气比的1.2倍,平衡关系为y=1.68x,气相总传质单元高度HOG=0.5m求:
(1)用水量及水溶液的出口浓度xb
(2)填料层高度Z(用对数平均推动力法计算NOG)。
2.16某工厂拟用清水吸收混合气体中的溶质A,清水用量为4500[kg/h],混合气体量为2240[Nm3/h],其中溶质A的含量为5%(体积%),要求吸收后气体中溶质含量为0.3%,上述任务用填料塔来完成,已知体积总传质系数KYa为307[kmol/m3.h],平衡关系为y=2x,如塔径已确定为1m,求填料层高度为多少m?
(NOG用吸收因数法)
2.17用填料塔从一混合气体中吸收所含苯。
进塔混合气体含苯5%(体积百分数),其余为惰性气体。
回收率为95%。
吸收塔操作压强为780mmHg,温度为25℃,进入填料塔的混合气体为1000m3/h。
吸收剂为不含苯的煤油。
煤油的耗用量为最小用量的1.5倍。
气液逆流流动。
已知该系统的平衡关系为Y=0.14X(式中Y、X均为摩尔比)。
已知气相体积总传质系数KYa=125kmol/m3.h。
煤油的平均分子量为170Kg/Kmol。
塔径为0.6m。
试求:
(1)煤油的耗用量为多少Kg/h?
(2)煤油出塔浓度X1为多少?
(3)填料层高度为多少m?
习题17附图
(4)吸收塔每小时回收多少Kg苯?
(5)欲提高回收率可采用哪些措施?
并说明理由。
2.18在逆流操作的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气体中的可溶解组分。
已知:
吸收剂用量为最小量的1.5倍,气相总传单元高度HOG=1.11m,(HOG=GB/KYa,其中GB---惰性气体的流率,Kmol/m2.s;
KYa---以气相摩尔比差为总推动力的气相体积总传质系数Kmol/m3.s.△Y),操作条件下的平衡关系为Y=mX(Y、X--摩尔比),要求A组分的回收率为90%,试求所须填料层高度。
在上述填料塔内,若将混合气体的流率增加10%,而其它条件(气、液相入塔组成、吸收剂用量、操作温度、压强)不变,试定性判断尾气中A的含量及吸收液组成将如何变化?
已知KYa∝G0.7。
2.19在常压填料逆流吸收塔中,用清水吸收混合气体中的氨,混合气量为2000m3/h,其中氨的流量为160m3/h,出口气体中氨的流量为4m3/h,操作温度为20℃,平衡关系为Y=1.5X,传质系数KY=0.45Kmol/m2h△Y(均按摩尔比表示),试求:
(1)吸收率η为多少?
若吸收剂量为最小用量的1.2倍时,求溶液的出口浓度。
(2)已知塔径为1.2m,内充25X25X3的乱堆填料拉西环,填料有效比面积约200m2/m3,求填料层高度。
(3)若使V、Y、η、X1不变,而使吸收剂改为含氨0.1%(mlo%)的水溶液时,填料层高度有何变化(KY可视为不变)。
2.20在填料塔内稀硫酸吸收混合气体中的氨(低浓度),氨的平衡分压为零(即相平衡常数m=0),在下列三种情况下的操作条件基本相同,试求所需填料高度的比例:
(1)混合气体含氨1%,要求吸收率为90%;
(2)混合气体含氨1%,要求吸收率为99%;
(3)混合气体含氨5%,要求吸收率为99%。
对上述低浓度气体,吸收率可按η=(Yb-Ya)/Yb计算。
2.21用图示的A、B两个填料吸收塔,以清水吸收空气混合物中的SO2,已知系统的平衡常数m=1.4,塔的HOG=1.2[m],气体经两塔后总吸收率为0.91,两塔用水量相等,且均为最小用量的1/0.7倍,试求两塔的填料层高度。
操作型计算
2.22含氨1.5%(体积%)的气体通过填料塔用清水吸收其中的氨。
平衡关系y=0.8x,液气摩尔比L/G=0.94,总传质单元高度HOG=0.4m,填料层高度ho=6m。
(1)求出塔气体中氨的浓度(或吸收率);
(2)可以采用哪些措施提高吸收率η?
如欲达到吸收率为99.5%,对你所采取的措施作出估算。
2.23空气中含丙酮2%(体积%),在填料塔中用水吸收。
填料层高度ho=10m,混合气体摩尔流率G=0.024[kmol/m2.s],水的摩尔流率L=0.065[kmol/m2.s],气相传单元高度HG=0.76m,液相传质单元高度HL=0.43m,操作温度下的亨利常数E=177[KN/m2],操作压力为100[KN/m2],求出口气体浓度。
2.24用不含溶质的吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分A,在操作条件下,相平衡关系为Y=mX。
试证明:
(L/V)min=mη,式中η为溶质A的吸收率。
综合计算
2.25在直径为0.8m的填料塔中,用1200Kg/h的清水吸收空气和SO2混合气中的SO2,混合气量为1000m3(标准)/h,混合气含SO21.3%(体积),要求回收率为99.5%,操作条件为20℃,1atm,平衡关系为ye=0.75x,总体积传质系数Kya=0.055Kmol/m3.s.y,求液体出口浓度和填料层高度。
2.26在塔径为1.33m的逆流操作的填料吸收塔中,用清水吸收温度为20℃,压力为1atm的某混合气体中的CO2,混合气体处理量为1000m3/h,CO2含量为13%(体积),其余为惰性气体,要求CO2的吸收率为90%,塔底的出口溶液浓度为0.2gCO2/1000gH2O,操作条件下的气液平衡关系为Y=1420X(式中Y、X均为摩尔比),液相体积吸收总系数KXa=10695Kmol/m3.h,CO2分子量为44,水分子量为18。
(1)吸收剂用量(Kg/h);
(2)所需填料层高度(m)。
2.27某厂使用填料塔,以清水逆流吸收某混合气体中的有害组分A。
已知填料层高度为8m。
操作中测得进塔混合气组成为0.06(组分A的摩尔分率,以下同),出塔尾气中组成为0.008,出塔水溶液组成为0.02。
操作条件下的平衡关系为y=2.5x。
(1)该塔的气相总传质单元高度;
(2)该厂为降低最终的尾气排放浓度,准备另加一个塔径与原塔相同的填料塔。
若两塔串联操作,气液流量和初始组成均不变,要求最终的尾气排放浓度降至0.005,求新加塔的填料层高度。
注:
计算中可近似用摩尔分率代替摩尔比。
2.28流率为0.04Kmol/m2.s的空气混合气中含氨2%(体积),拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。
塔顶喷入浓度为0.0004(摩尔分率)的稀氨水溶液,采用液气比为最小液气比的1.5倍,操作范围的平衡关系为y=1.2x,所用填料的气相总传质系数Kya=0.052Kmol/m3.s.△y。
(1)液体离开塔底时的浓度(摩尔分率);
(2)全塔平均推动力△ym;
(3)填料层高度。
2.29在填料高度为5m的常压填料塔内,用纯水吸收气体混合物中少量的可溶组分。
气液逆流接触,液气比为1.5,操作条件下的平衡关系为Y=1.2X,溶质的回收率为90%,若保持气液两相流量不变,欲将回收率提高到95%,求填料层高度应增加多少m?
2.30用纯溶剂S吸收混合气体中溶质A。
操作条件为P=1atm,t=27℃。
惰性气体的质量流速为5800Kg/(m2.h),惰性气体的分子量为29,气相总传质单元高度HOG=0.5m,塔内各截面上溶液上方溶质A的分压均为零(即相平衡常数m=0)。
试计算:
(1)下列三种情况所需填料层高度各为若干m;
aA的入塔浓度y1=0.02,吸收率90%;
bA的入塔浓度y1=0.02,吸收率99%;
cA的入塔浓度y1=0.04,吸收率90%;
(2)填料层的气相体积吸收总系数KGa,Kmol/(m3.s.atm),指出气膜阻力占总阻力的百分数;
(3)在操作中发现,由于液体用量偏小,填料没有完全润湿而达不到预期收率,且由于溶剂回收塔能力所限,不能再加大溶剂供给量,你有什么简单有效措施可保证设计吸收率?
2.31在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气--氨混合气中的氨,已知混合气量为2826Nm3/h,气体空塔速度为1m/s(标准状况),平衡关系为Y=1.2X(摩尔比),气相体积总传质系数KYa为180Kmol/m3.h.(△Y),吸收剂用量为最小用量的1.4倍,要求吸收率为98%。
(1)溶液的出口浓度X1(摩尔比);
(2)气相总传质单元高度HOG和气相总传质单元数NOG;
(3)若吸收剂改为含NH3为0.0015(摩尔比)的水溶液,问能否达到吸收率98%的要求?
为什么?
2.32在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A,已知气体混合物中溶质A的初始组成为0.05,通过吸收后气体出口组成为0.02,吸收后溶液出口组成为0.098(均为摩尔分率),操作条件下气液平衡关系为y=0.5x,并已知此吸收过程为气相阻力控制。
求:
(1)气相总传质单元数NOG;
(2)当液体流量增加一倍时,在气量和气液进口组成不变情况下,溶质A的被吸收量变为原来的多少倍?
填料塔的校核计算
2.33一填料吸收塔,填料层高度ho=5m,塔截面积为0.1m2,入塔混合气体中溶质含量yb为0.05(摩尔分率,以下同),用某种纯溶剂吸收,逆流操作,溶剂量L为0.013kmol/s,出塔溶液中溶质含量xb=0.04,出塔气体中溶质含量ya为0.0005,平衡关系为y=0.8x,求总体积传质系数Kya[kmol/m3.s]。
2.34在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含SO2的气体混合物,入塔SO2浓度为3.5%(体积%),其余为惰性气体。
出塔气体SO2的分压为1.14[KN/m2]。
液相出塔浓度为0.00115(摩尔分率)。
吸收操作在101.3[KN/m2]总压,温度20℃下进行。
已知水的流量为27800[kg/h],塔截面积为1.35[m2],填料层高度为5[m],试求液相体积吸收总系数KXa[kmol/m3.s]。
已知液相出口平衡浓度为1.4×
10-3摩尔分率,且平衡关系为一直线。
2.35有一填料层高度为3m的吸收塔,可从含氨6%(体积%)的空气混合物中回收99%的氨。
混合气体流率为620[kg/m2.h],吸收剂为清水,其流率为900[kg/m2.h],生产条件有下例两种改变,试问该填料层高度是否满足要求。
(1)气体流量增加一倍;
(2)液体流量增加一倍。
在操作范围内氨水平衡关系y=0.9x,总传质系数Kya与气体流率G的0.8次方成正比而与液体流率的影响很小。
2.36在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A,进塔气体中溶质A的含量为8%(体积%),吸收率为98%,操作条件下的平衡关系为y=2.5x,取吸收剂用量为最小用量的1.2倍,试求:
(1)水溶液的出塔浓度;
(2)若气相总传质单元高度为0.6m,现有一填料层高度为6m的塔,问塔是否合用?
计算中可用摩尔分率代替摩尔比,用混合气体量代替惰性气体量,用溶液量代替溶剂量。
部分溶剂循环吸收
2.37在填料塔内用纯水吸收某气体混合物中的可溶组分,气体入塔浓度为0.07(摩尔分率),当两相逆流操作,液气摩尔比为1.5时,气体的吸收率为0.95,而气液平衡常数m=0.5。
若保持新鲜吸收剂用量不变,而将塔底排出液的10%送至塔顶与新鲜吸收剂相混合加入塔内,试求此时气体出口浓度为多少?
计算时假定吸收过程为气相阻力控制(或气膜控制)。
两股溶剂或两股气体同时吸收
2.38一逆流吸收塔填料层高度为8m,用两股溶剂回收混合气体中的溶质。
两股溶剂量各占一半。
一股溶剂为纯溶剂从塔顶加入,另一股溶剂其中溶质含量为0.004(摩尔分率)从离填料塔顶层以下2米处加入塔内。
塔下段的液气摩尔比L/G=4,入塔气体含溶质0.05,操作条件下气液平衡关系y=3x,传质单元高度HOG=1.14米,求出塔气体中溶质的摩尔分率。
2.39某厂吸收塔的填料层高度为8m,用水洗去尾气中有害组分A。
在此情况下,测得的浓度数据如图(a)所示。
已知在操作条件下平衡关系为y=1.5x,试求气相传质单元高度。
由于法定的排放浓度规定,出
塔气体浓度必须小于0.002(摩尔分率),所以拟定将该塔的填料层加高,如液气摩尔比保持下变,试问填料层应加高若干米?
若加高部分改为图(b)放置,构成(a)与(b)串联操作,同时在(b)中另加水吸收,其用水量与(a)相同,试问气体排放浓度ya'
是否合格?
2.40某生产过程产生的两股混合气体,一股流量G1'
=0.015Kmol/s,溶质浓度yb1=0.1,另一股流量G2'
=0.015Kmol/s,溶质浓度yb2=0.04,今用一个吸收塔回收两股气体中溶质,总回收率不低于85%,所用的吸收剂为20℃纯水,在常压、20℃下操作,此时亨利系数为E=2090mmHg,求:
(1)将两股物料混合后由塔底入塔,最小吸收剂用量为多少?
(2)若空塔气速为0.5m/s,并已测得此气速下Kya=8×
10-3Kmol/s.m3,实际液气比为最小液气比的1.2倍,求混合进料所需塔高为多少?
(3)定性分析:
若将第二股气流在适当位置单角加入,最小吸收剂用量如何变化?
若实际液气比与
(2)相同,则塔高将如何变化?
进料位置应在何处为最好?
脱吸、吸收联合操作
2.41如图所示的吸收─脱吸系统,两塔填料层高度均为7米,经测定,吸收塔气体量G=1000kmol/h,脱吸(解吸)塔气体流量习题41附图
G'
=300[kmol/h],吸收剂循环量为L'
=150[kmol/h]。
并已知:
yb=0.015,xa=0.005=xb'
ya'
=0.045,yb'
=0,平衡系统y=0.15x(吸收塔);
y=0.6x(脱吸塔),试求:
(1)吸收塔气体出口浓度ya;
(3)吸收塔和脱吸塔传质单元高度HOG。
2.42一逆流吸收--解吸系统,两塔填料层高相同。
操作条件下吸收系统平衡关系为Y=0.125X,液气比L/G=0.16,气
相总传质单元高度HOG=0.5m;
解吸系统
用过热蒸汽吹脱,其平衡关系为y=3.16x,气液比G'
/L=0.365。
已知吸收塔入塔的气体组成为0.02(摩尔分率,下同),要求入塔液体组成为0.0075,回收率为95%。
试求:
(1)吸收塔出塔液体组成;
(2)吸收塔填料层高度;
(3)解吸塔的气相总传质单元高度。
脱吸理论板等板高度等计算
2.43要用一解吸塔处理清水,使其中CO2含量(以质量计)从200ppm降到5ppm。
塔的操作温度为25℃,总压为0.1[MN/m2],塔底送入空气中含CO20.1%(体积%),操作温度下亨利常数E=1.64×
162[MN/m2],每小时处理水量为50吨,实际使用空气量为理论上最小值的50倍,求所需理论塔板数?
2.44用一逆流操作的解吸塔,处理含CO2的水溶液,每小时处理水量为40吨,要求水中的CO2含量由8×
10-5降至2×
10-6(均为摩尔比)。
塔内水的喷淋密度为8000Kg/m2.h,塔底送入空气中含CO20.1%(体积%),实际使用空气量为最小用量的20倍,塔的操作温度为25℃,压力为100KN/m2,该操作条件下的亨利系数E=1.6×
10-5KN/m2,液相体积总传质系数Kxa为800Kmol/m3.h(按摩尔分率计算)。
(1)入塔空气用量(m3/h,以25℃计);
(2)填料层高度。
2.45在填料层高度为3m的常压逆流操作的吸收塔内,用清水吸收空气中的氨,混合气含氨5%(体积,以下同),塔顶尾气含氨0.5%,吸收因数为1,已知在该塔操作条件下氨--水系统平衡关系可用y*=mx表示(m为常数),且测得与含氨1.77%的混合气充分接触后的水中,氨的浓度为18.89g/1000g(水)。
(1)吸收液的出口浓度;
(2)该填料塔的气相总传质单元高度,m;
(3)等板高度,m。
计算传质系数及传质单元高度
2.46填料塔中用弧鞍陶瓷填料(at=193[m2/m3]),以清水吸收空气中的低浓度SO2。
温度为303k,压强为100KPa。
气体、液体的质量流率分别为0.62和6.7[kg/m2.s],试用半经验公式计算KLa、KGa、HG、HL。
综合思考题
2.47填空与选择
1.物理吸收操作属于过程,是一组分通过另一静止组分的扩散。
当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时,则1/Ky=1/ky+/kx。
2.含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度C为0.020Kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。
操作条件下两相的平衡关系为P*=1.62C(大气压),则SO2将从相向_______相转移,以气相组成表示的传质总推动力为大气压,以液相组成表示的传质总推动力为Kmol/m3。
3.总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/K=1/kL+H/kG其中1/kL表示,当项可忽略时,表示该吸收过程为液膜控制。
是非题
享利定律的表达式之一为P=Ex,若某气体在水中的享利系数E值很大说明该气体为易溶气体。
()
低浓度气体吸收中,已知平衡关系y=2x,Kxa=0.2Kmol/m3·
s,Kya=2×
10-4Kmol/m3.s,则此体系属(A气膜;
B液膜;
C气、液双膜)控制,总传质系数近似为Kya=_______Kmol/m3·
s。
(A)2,(b)0.1,(C)0.2,(D)2×
10-4
通常所讨论的吸收操作中,当吸收剂用量趋于最小用量时。
(A)回收率趋向最高;
(B)吸收推动力趋向最大;
(C)操作最为经济;
(D)填料层高度趋向无穷大。
4.
(1)G=KGF;
(2)G=(x*-x)F
式中:
G-----传质量Kmol/hr;
F----传质面积m2;
KG----传质总系数Kmol/m2·
hr(KN/m2)
x----液相摩尔分率。
某操作中的吸收塔,用清水逆流吸收气体混合物中A组分。
若y1下降,L、G、P、T等不变;
则回收率有何变化;
若L增加,其余操作条件不变,则出塔液体x1有何变化?
_______
5.气相中:
温度升高则物质的扩散系数;
压强升高则物质的扩散系数
在液相中:
液相粘度增加,则物质的扩散系数。
易溶气体溶液上方的分压,难溶气体溶液上方的分压,只要组分在气相中的分压液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行,直至达到一个新的_______为止。
6.图所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶解度曲线。
由图可知,它们溶解度大小的次序是;
因为。
吸收中,温度不变,压力增大,可使相平衡常数(增大,减小,不变),传质推动力习题6附图
(增大,减小,不变)。
7.在1atm,20℃下某低浓度气体被清水吸收,气膜吸收分系数(气相传质分系数)KG=0.1Kmol/(m2·
h·
atm),液膜吸收分系数