化工原理第五章 吸收 题.docx

1、化工原理第五章 吸收 题六 吸 收浓 度 换 算 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩 尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。分 子 扩 散 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液 面下降到离管口2.05cm,大气压为750mmHg,丙酮的蒸汽压为180mmHg , 丙酮液密度为 7900kg/m3,计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又2

2、98K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质 阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨 在气相中的组成ya=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA = 10 - 4kmol/m2S,气相扩散系数DG=cm2/s,求气膜的当量厚度。相 平 衡 与 亨 利 定 律 温度为10的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21%， 求达到平衡 时氧在水中的最大浓度, （以g/m3、摩尔分率表示）及溶解度系数。以g/m3atm及 kmol/m3Pa表示。 当系统服从亨利定

3、律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍则与之平衡 的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。 25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P,x各为多少？气液达到平衡时的总传质推动 力又为多少？ 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）kG10-4kmol/ m/s,平衡关系服

4、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。 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=， 液相浓度x=(均为摩尔分率)。气相传质系数ky=10-4kmol/.y),液相传 质系数kx=10-2kmol/.x),操作条件下的平衡关系为y=,求该截面上的: (1)总传质系数Ky,kmol/.y); (2)总推动力y; (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 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。 示意画出下列吸收塔的操作线。

5、（图中yb1yb2，xa2xa1；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 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=,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。 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 用填料塔以清水吸收空气中的丙酮，入塔混合气量为1400Nm3/h，其中含丙酮4%(体

6、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倍,平衡关系为y=,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)。 某工厂拟用清水吸收混合气体中的溶质A,清水用量为4500kg/h,混合气体量为2240Nm3/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%, 上述任务用填料塔来完成,已知体积总传质系数KYa为307kmol/,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) 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

7、%(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倍。气液逆流流动。已知该系统的平衡关系为Y=(式中Y、X均为摩尔比)。已知气相体积总传质系数KYa=125kmol/。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。 在逆流操作的填料塔内,用纯溶剂吸收

8、混合气体中的可溶解组分。已知: 吸收剂 用量为最小量的倍,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/；KYa-以气相摩尔比差为总推动力的气相体积总传质系数Kmol/. 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。 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

9、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=,传质系数KY=m2 h Y(均按摩尔比表示),试求: (1) 吸收率为多少?若吸收剂量为最小用量的倍时,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、X1 不变,而使吸收剂改为含氨%(mlo%)的水溶液时, 填料层高度有何变化(KY可视为不变)。 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)

10、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=(Yb-Ya)/Yb计算。 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=,塔的HOG =m,气体经两塔后总吸收率为，两塔用水量相等，且均为最小用量的1/倍，试求两塔的填料层高度。 操 作 型 计 算 含氨%(体积%)的气体通过填料塔用清水吸收其中的氨。平衡关系y=, 液气摩尔比L/G=,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)

11、 可以采用哪些措施提高吸收率?如欲达到吸收率为%,对你所采取的措施作出估算。 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=kmol/，水的摩尔流率L=kmol/，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=177KN/m2,操作压力为 100KN/m2,求出口气体浓度。 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=m, 式中为溶质A的吸收率。综 合 计 算 在直径为0.8m的填料塔中, 用1200Kg/h的清水吸收空气和SO2

12、混合气中的SO2,混 合气量为1000m3(标准)/h,混合气含%(体积),要求回收率为%,操作条件为20, 1atm,平衡关系为ye=,总体积传质系数Kya=.?y,求液体出口浓度和填料层高度。 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

13、,水分子量为18。试求: (1) 吸收剂用量(Kg/h); (2) 所需填料层高度(m)。 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(组分A的摩尔分率,以下同),出塔尾气中组成为 ,出塔水溶液组成为。操作条件下的平衡关系为y=。试求: (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,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。 流率为的空气混合气中含氨2%(体积), 拟用逆流吸收

14、以回收其中 95%的氨 。塔顶喷入浓度为(摩尔分率)的稀氨水溶液， 采用液气比为最小液气比 的倍,操作范围的平衡关系为y=,所用填料的气相总传质系数Kya=. y。试求: (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。 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，操作条件下的平衡关系为Y=，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? 用纯溶剂S吸收混合气体中溶质A。操作条件为P=1atm,t=27。已知: 惰性气体 的质量流速为5800Kg/,

15、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; a A的入塔浓度y1=,吸收率90%; b A的入塔浓度y1=,吸收率99%; c A的入塔浓度y1=,吸收率90%; (2)填料层的气相体积吸收总系数KGa,Kmol/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? 在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积

16、)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=(摩尔比), 气 相体积总传质系数KYa为180Kmol/.(Y),吸收剂用量为最小用量的倍, 要求吸收 率为98%。试求: (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(摩尔比)的水溶液,问能否达到吸收率98%的要求? 为什么? 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,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 .09

17、8(均为摩尔分率), 操作条件下气液平衡关系为y=,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 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 (摩尔分率,以下同)，用某种纯溶剂吸收，逆流操作, 溶剂量L为 kmol/s， 出塔溶液中溶质含量xb=，出塔气体中溶质含量 ya为,平衡关系为y=, 求总体积传质系数Kyakmol/。 在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含SO2的气体混合物,入塔SO

18、2浓度为%(体积 %),其余为惰性气体。出塔气体SO2的分压为KN/m2。液相出塔浓度为(摩尔 分率)。吸收操作在KN/m2总压，温度20下进行。已知水的流量为27800kg/h, 塔截面积为m2, 填料层高度为5m,试求液相体积吸收总系数KXakmol/。已 知液相出口平衡浓度为10-3摩尔分率，且平衡关系为一直线。 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620kg/,吸收剂为清水,其流率为900kg/,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

19、平衡关系y=,总传质系数Kya与气体流率G的 次方成正比而 与液体流率的影响很小。 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=,取吸收剂用量为最小用 量的倍,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?注: 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 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(摩尔 分率)，当两相逆流操作，液气摩尔比为

20、时，气体的吸收率为， 而气液平衡常数 m=。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 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(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。

21、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=, 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(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? 某生产过程产生的两股混合气体, 一股流量G1=s, 溶质浓度yb1=, 另一股流量G2=s, 溶质浓度yb2=,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

22、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=810-3Kmol/,实际液气比 为最小液气比的倍,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 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=300km

23、ol/h,吸收剂循环量为L=150kmol/h。并已知: yb=,xa=xb,ya=,yb=0,平衡系统y=(吸收塔);y=(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 。 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=,液气比L/G=,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=,气液比G/L=。 已知吸收塔入塔的气体组成为(摩尔分率,下同),要求入塔液体组成为， 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

24、 吸 理 论 板 等 板 高 度 等 计 算 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MN/m2,塔底送入空气中含%(体积%),操作温度下亨利常 数E=162MN/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? 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810-5降至210-6(均为摩尔比)。塔内水的喷淋密度为8000Kg/, 塔底送入空气中含%(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,

25、该操作条件下的亨利系数E=10-5KN/m2,液相体积 总传质系数Kxa为800Kmol/(按摩尔分率计算)。试求: (1) 入塔空气用量(m3/h,以25计); (2) 填料层高度。 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%,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%的混合气充分接触后的水中, 氨的浓度为18.89g/1000g(水)。试求: (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

26、数 及 传 质 单 元 高 度 填料塔中用弧鞍陶瓷填料(at=193m2/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和kg/,试用半经验 公式计算KLa、KGa、HG、HL。综 合 思 考 题填空与选择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

27、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=m3s,Kya=210-4Kmol/, 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/m3s。 (A) 2, (b) , (C) , (D) 210-4 通常所讨论的吸收操作中,当吸收剂用

28、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=KG F; (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/m2hr (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 。

29、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=(m2hatm),液膜吸收分系数KL=(m2hKmol/m3),溶质的溶解 度系数H=150Kmol/(m3atm),则该溶质为 溶气体,气相总

30、传质系数Ky=_ Kmol/(m2hy),液相总传质系数Kx= Kmol/(m2hx)。 8. 实验室用水逆流吸收空气中的CO2,当水量和空气量一定时,增加CO2, 则入塔气体浓度 ,出塔气体浓度 ,出塔液体浓度 吸收总推动力用气相浓度差表示时,应等于_和 之差。9. 对非液膜控制的系统,气体流量越大,则气相总传质系数Ky , 气相总传质单元高度HOG 。 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统在同样条件下,A系统中的溶质的溶解度 较B系统中的溶质为高,则A系统的溶解度系数HA HB,享利系数EA EB,相平衡常数mA_mB。(,=) 10. 在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为m3,此时气相中

31、A的平衡摩尔 分率为,则此物系的相平衡常数m= 。当其他条件不变,而总压增加一倍时,相 平衡常数m= ,若测得总压值为2atm,则此时的享利系数E= atm,而溶解度 系数H_Kmol/m3atm。 一般地,在相同温度、压力下,气体在水中的扩散系数比在气相中的扩散系数 。 11. 在气体流量,气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力将 ,操作线将 平衡线,设备费用将 当一温度增高时,溶质在气相中的分子扩散系数将 ,在液相中的分子扩散系数将 。 对一定操作条件下的填料吸收塔,如将塔填料层增高一些,则塔的HOG 将 ,NOG将_(增加,减少,不变)。 12. 对一定的逆流吸收操作体系,若其解吸因数S1,则其理论板必 气相总传质单元数NOG 。如S=1,则理论板数 NOG 。 计算吸收塔的填料层高度需要应用 、 、