柴诚敬习题答案08第八章气体吸收.docx
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柴诚敬习题答案08第八章气体吸收
第八章 气体吸收
1。
在温度为40℃、压力为１01.3 kPa得条件下,测得溶液上方氨得平衡分压为15。
０ｋＰa时,氨在水中得溶解度为76.６ g（NH3）/1０0０ g（H2O）。
试求在此温度与压力下得亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。
解:
水溶液中氨得摩尔分数为
由
亨利系数为
kPa
相平衡常数为
由于氨水得浓度较低,溶液得密度可按纯水得密度计算。
４0℃时水得密度为
kg/m3
溶解度系数为
２。
在温度为2５℃及总压为１0１。
3 kPa得条件下,使含二氧化碳为3。
０％（体积分数）得混合空气与含二氧化碳为350g/m3得水溶液接触。
试判断二氧化碳得传递方向,并计算以二氧化碳得分压表示得总传质推动力。
已知操作条件下,亨利系数kＰa,水溶液得密度为９97．８kg/m３。
解:
水溶液中CO２得浓度为
对于稀水溶液,总浓度为
kmol／ｍ３
水溶液中ＣＯ2得摩尔分数为
由ｋＰa
气相中CO2得分压为
kPａ<
故CO2必由液相传递到气相,进行解吸、
以ＣO2得分压表示得总传质推动力为
kPa
３.在总压为110、5 kPa得条件下,采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中得氨气、测得在塔得某一截面上,氨得气、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、表示得总推动力与相应得总吸收系数;
（2）试分析该过程得控制因素。
解:
（1） 以气相分压差表示得总推动力为
kPa
其对应得总吸收系数为
kmol/（m2·ｓ·ｋPa）
以液相组成差表示得总推动力为
其对应得总吸收系数为
（2）吸收过程得控制因素
气膜阻力占总阻力得百分数为
气膜阻力占总阻力得绝大部分,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得甲醇蒸汽、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,甲醇在水中得溶解度系数为２.1２6
kmｏl/（m3·kPa）。
测得塔内某截面处甲醇得气相分压为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）以纯水得密度代替稀甲醇水溶液得密度,25 ℃时水得密度为
kg/m3
溶液得总浓度为
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℃得条件下,用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中得二氧化硫、已知混合气进塔与出塔得组成分别为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得1.45倍。
（1）试计算吸收液得组成;
（２）若操作压力提高到10１3kPa而其她条件不变,再求吸收液得组成。
解:
（１）
吸收剂为清水,所以
所以操作时得液气比为
吸收液得组成为
（2）
6。
在一直径为0．8ｍ得填料塔内,用清水吸收某工业废气中所含得二氧化硫气体。
已知混合气得流量为４5kmol/ｈ,二氧化硫得体积分数为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得摩尔比为饱与摩尔比得76％,要求回收率为9８％。
求水得用量（ｋg/h）及所需得填料层高度。
解:
惰性气体得流量为
水得用量为
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得金属阶梯环填料,在该填料塔中,用清水逆流吸收某混合气体中得溶质组分。
已知混合气得流量为50kmoｌ/h,溶质得含量为5％（体积分数％）;进塔清水流量为2０0kmol／ｈ,其用量为最小用量得１、6倍;操作条件下得气液平衡关系为;气相总吸收系数为;填料得有效比表面积近似取为填料比表面积得９0％。
试计算
（1）填料塔得吸收率;
（2）填料塔得直径。
解:
（1）惰性气体得流量为
对于纯溶剂吸收
依题意
（２）
由
填料塔得直径为
８、在1０1。
３ kPa及20℃得条件下,用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中得氨气、已知混合气得质量流速G为６00 kg／（ｍ2·h）,气相进、出塔得摩尔分数分别为0、05、0.０0０526,水得质量流速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得传质单元高度与传质单元数
操作条件下,混合气得平均摩尔质量为
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。
６09 m。
9、 某制药厂现有一直径为1．2ｍ,填料层高度为3m得吸收塔,用纯溶剂吸收某气体混合物中得溶质组分、入塔混合气得流量为４0kｍol／h,溶质得含量为0。
06（摩尔分数）;要求溶质得回收率不低于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得１、5倍;气相总吸收系数为０。
35kmｏｌ/（m２·ｈ）。
填料得有效比表面积近似取为填料比表面积得９0%。
试计算
（1）出塔得液相组成;
（2）所用填料得总比表面积与等板高度。
解:
（1）
惰性气体得流量为
（2）
m
由
填料得有效比表面积为
填料得总比表面积为
由
由
填料得等板高度为
1０、用清水在塔中逆流吸收混于空气中得二氧化硫。
已知混合气中二氧化硫得体积分数为0。
085,操作条件下物系得相平衡常数为26.7,载气得流量为２5０kmｏｌ/h。
若吸收剂用量为最小用量得1。
55倍,要求二氧化硫得回收率为92％。
试求水得用量（kg／ｈ）及所需理论级数、
解:
用清水吸收,
操作液气比为
水得用量为
用清水吸收,
由
11。
某制药厂现有一直径为0.6 ｍ,填料层高度为6 m得吸收塔,用纯溶剂吸收某混合气体中得有害组分。
现场测得得数据如下:
V=50０ｍ3/h、Y１=０.0２、Y2＝０。
004、X1=0。
00４。
已知操作条件下得气液平衡关系为 Ｙ=1、5X。
现因环保要求得提高,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,在原塔得基础上将填料塔加高。
试计算填料层增加得高度。
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
填料层增加得高度为
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拉西环得填料塔中,用清水吸收空气中低含量得氨。
操作条件为2０ ℃及10１。
3kPａ,气相得质量速度为０。
52５kg/（ｍ２·s）,液相得质量速度为２。
85０ kg/（m2·s）。
已知２0℃及1０1、3kPa时氨在空气中得扩散系数为m２／s,２０℃时氨在水中得扩散系数为ｍ2/ｓ。
试估算传质单元高度HG、ＨＬ 、
解:
查得２0℃下,空气得有关物性数据如下:
Pａ·ｓ kg／m３
由
查表8—6,,,
查得20℃下,水得有关物性数据如下:
Pa·ｓ kg/m3
由
查表8－7,,
１４.用填料塔解吸某含二氧化碳得碳酸丙烯酯吸收液,已知进、出解吸塔得液相组成分别为0。
００85与０.０016（均为摩尔比）。
解吸所用载气为含二氧化碳0、000 5（摩尔分数）得空气,解吸得操作条件为35 ℃、10１、3ｋPa,此时平衡关系为Y＝1０６。
03Ｘ。
操作气液比为最小气液比得1、4５倍。
若取m,求所需填料层得高度。
解:
进塔载气中二氧化碳得摩尔比为
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.某操作中得填料塔,其直径为0．8 ｍ,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,液相得平均密度为９95。
６kｇ/m3,气相得平均密度为1。
5６2kg/ｍ3。
（1）计算该填料塔得操作空塔气速;
（２）计算该填料塔得液体喷淋密度,并判断就是否达到最小喷淋密度得要求。
解:
（1）填料塔得气相负荷为ﻫ
填料塔得操作空塔气速为
（2）填料塔得液体喷淋密度为
最小喷淋密度为
达到最小喷淋密度得要求。
16。
矿石焙烧炉送出得气体冷却后送入填料塔中,用清水洗涤以除去其中得二氧化硫、已知入塔得炉气流量为24０0m3/h,其平均密度为1。
315ｋｇ/m3;洗涤水得消耗量为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得塔径。
解:
查得２０℃下,水得有关物性数据如下:
Pa·ｓ kg／m3
炉气得质量流量为
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与附录二分别查得
１／ｍ
故
解出m／ｓ
操作空塔气速为
由
圆整塔径,取=1.０m
校核 ,故所选填料规格适宜。
取 m3/（m·ｈ）
最小喷淋密度为
操作喷淋密度为
〉
操作空塔气速为
泛点率为
经校核,选用=1．０m合理。
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