新版化工原理习题答案08第八章气体吸收1.docx
《新版化工原理习题答案08第八章气体吸收1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新版化工原理习题答案08第八章气体吸收1.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
新版化工原理习题答案08第八章气体吸收1
第八章气体吸收
1.在温度为40℃、压力为101.3kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa时，氨在水中的溶解度为76.6g（NH3）/1000g（H2O）。
试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。
解：
水溶液中氨的摩尔分数为
由
亨利系数为
kPa
相平衡常数为
由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。
40℃时水的密度为
kg/m3
溶解度系数为
2.在温度为25℃及总压为101.3kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数
kPa，水溶液的密度为997.8kg/m3。
解：
水溶液中CO2的浓度为
对于稀水溶液，总浓度为
kmol/m3
水溶液中CO2的摩尔分数为
由
kPa
气相中CO2的分压为
kPa<
故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO2的分压表示的总传质推动力为
kPa
3.在总压为110.5kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为
、
。
气膜吸收系数kG=5.2×10-6kmol/（m2·s·kPa），液膜吸收系数kL=1.55×10-4m/s。
假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725kmol/（m3·kPa）。
（1）试计算以
、
表示的总推动力和相应的总吸收系数；
（2）试分析该过程的控制因素。
解：
（1）以气相分压差表示的总推动力为
kPa
其对应的总吸收系数为
kmol/（m2·s·kPa）
以液相组成差表示的总推动力为
其对应的总吸收系数为
（2）吸收过程的控制因素
气膜阻力占总阻力的百分数为
气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
4.在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。
操作压力为105.0kPa，操作温度为25℃。
在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.126
kmol/（m3·kPa）。
测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5kPa，液相组成为2.85kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12×10-5m/s，气相总吸收系数KG＝1.206×10-5kmol/（m2·s·kPa）。
求该截面处
（1）膜吸收系数kG、kx及ky；
（2）总吸收系数KL、KX及KY；（3）吸收速率。
解：
（1）以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25℃时水的密度为
kg/m3
溶液的总浓度为
kmol/m3
（2）由
m/s
因溶质组成很低，故有
（3）吸收速率为
5.在101.3kPa及25℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。
已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002。
假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。
（1）试计算吸收液的组成；
（2）若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。
解：
（1）
吸收剂为清水，所以
所以操作时的液气比为
吸收液的组成为
（2）
6.在一直径为0.8m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。
已知混合气的流量为45kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032。
操作条件下气液平衡关系为
，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/（m3·s）。
若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。
求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。
解：
惰性气体的流量为
水的用量为
求填料层高度
7.某填料吸收塔内装有5m高，比表面积为221m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。
已知混合气的流量为50kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为
；气相总吸收系数为
；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。
试计算
（1）填料塔的吸收率；
（2）填料塔的直径。
解：
（1）惰性气体的流量为
对于纯溶剂吸收
依题意
（2）
由
填料塔的直径为
8.在101.3kPa及20℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。
已知混合气的质量流速G为600kg/（m2·h），气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.，水的质量流速W为800kg/（m2·h），填料层高度为3m。
已知操作条件下平衡关系为Y=0.9X，KGa正比于G0.8而于W无关。
若
（1）操作压力提高一倍；
（2）气体流速增加一倍；（3）液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。
解：
首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数
操作条件下，混合气的平均摩尔质量为
m
（1）
若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。
所以
m
m
m
即所需填料层高度比原来减少1.801m。
（2）
若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即
故
m
m
m
即所需填料层高度要比原来增加4.910m。
（3）
W对KGa无影响，即
对KGa无影响，所以传质单元高度不变，即
m
即所需填料层高度比原来减少0.609m。
9.某制药厂现有一直径为1.2m，填料层高度为3m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。
入塔混合气的流量为40kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液平衡关系为Y=2.2X；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35kmol/（m2·h）。
填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。
试计算
（1）出塔的液相组成；
（2）所用填料的总比表面积和等板高度。
解：
（1）
惰性气体的流量为
（2）
m
由
填料的有效比表面积为
填料的总比表面积为
由
由
填料的等板高度为
10.用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。
已知混合气中二氧化硫的体积分数为0.085，操作条件下物系的相平衡常数为26.7，载气的流量为250kmol/h。
若吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为92%。
试求水的用量（kg/h）及所需理论级数。
解：
用清水吸收，
操作液气比为
水的用量为
用清水吸收，
由
11.某制药厂现有一直径为0.6m，填料层高度为6m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。
现场测得的数据如下：
V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。
已知操作条件下的气液平衡关系为Y=1.5X。
现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。
该制药厂拟采用以下改造方案：
维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。
试计算填料层增加的高度。
解：
改造前填料层高度为
改造后填料层高度为
故有
由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故
对于纯溶剂吸收
，
由
故
因此，有
操作液气比为
填料层增加的高度为
12.若吸收过程为低组成气体吸收，试推导
。
解：
由
故
13.在装填有25mm拉西环的填料塔中，用清水吸收空气中低含量的氨。
操作条件为20℃及101.3kPa，气相的质量速度为0.525kg/（m2·s），液相的质量速度为2.850kg/（m2·s）。
已知20℃及101.3kPa时氨在空气中的扩散系数为
m2/s，20℃时氨在水中的扩散系数为
m2/s。
试估算传质单元高度HG、HL。
解：
查得20℃下，空气的有关物性数据如下：
Pa·s
kg/m3
由
查表8-6，
，
，
查得20℃下，水的有关物性数据如下：
Pa·s
kg/m3
由
查表8-7，
，
14.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.0085和0.0016（均为摩尔比）。
解吸所用载气为含二氧化碳0.0005（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35℃、101.3kPa，此时平衡关系为Y=106.03X。
操作气液比为最小气液比的1.45倍。
若取
m，求所需填料层的高度。
解：
进塔载气中二氧化碳的摩尔比为
最小气液比为
操作气液比为
吸收因数为
液相总传质单元数为
填料层高度为
15.某操作中的填料塔，其直径为0.8m，液相负荷为8.2m3/h，操作液气比（质量比）为6.25。
塔内装有DN50金属阶梯环填料，其比表面积为109m2/m3。
操作条件下，液相的平均密度为995.6kg/m3，气相的平均密度为1.562kg/m3。
（1）计算该填料塔的操作空塔气速；
（2）计算该填料塔的液体喷淋密度，并判断是否达到最小喷淋密度的要求。
解：
（1）填料塔的气相负荷为
填料塔的操作空塔气速为
（2）填料塔的液体喷淋密度为
最小喷淋密度为
，达到最小喷淋密度的要求。
16.矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水洗涤以除去其中的二氧化硫。
已知入塔的炉气流量为2400m3/h，其平均密度为1.315kg/m3；洗涤水的消耗量为50000kg/h。
吸收塔为常压操作，吸收温度为20℃。
填料采用DN50塑料阶梯环，泛点率取为60％。
试计算该填料吸收塔的塔径。
解：
查得20℃下，水的有关物性数据如下：
Pa·s
kg/m3
炉气的质量流量为
采用埃克特通用关联图计算泛点气速，横坐标为
查图8-23，得纵坐标为
对于DN50塑料阶梯环，由表8-10和附录二分别查得
1/m
3、你知道哪些化学变化的事例呢？
举出几个例子。
故
解出
m
升级会员 