第八章《吸收》答案fgdgddh

1、8.1 在 30，常壓條件下，用吸收塔清水逆流吸收空氣 SO2混合氣體中的 SO2，已知?dú)庖灰合嗥胶怅P(guān)系式為 y*=47.87x ，人塔混合氣中 SO2摩爾分?jǐn)?shù)為 0.05，出塔混合氣 SO2摩爾分?jǐn)?shù)為 0.002，出塔吸收液中每 100 g含有 SO2 0.356 g。試分別計(jì)算塔頂和塔底處的傳質(zhì)推動(dòng)力，用 y 、 x 、 p 、 c 表示。8.2在吸收塔中， 用清水自上而下并流吸收混合氣中的氨氣。 已知?dú)怏w流量為 l 000 m 3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) )，氨氣的摩爾分?jǐn)?shù)為 0.01，塔內(nèi)為常溫常壓， 此條件下氨的相平衡關(guān)系為 Y*= 0.93X ，求：(1) 用5 m3/h的清水吸收，氨氣的最

2、高吸收率；(2) 用10 m3/h的清水吸收，氨氣的最高吸收率；3(3)用 5 m /h的含氨 0.5 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )的水吸收，氨氣的最高吸收率。解：（ 1）氣體的流量為1000mol/s=12.4 mol/s流體的流量為mol/s =77.2mol/s假設(shè)吸收在塔底達(dá)到平衡，則y*=12.4 （ 0.01- y* ），所以 y* =0.0013所以最大吸收率為0.010.00130.870.01（2）氣體的流量為1000mol/s=12.4 mol/s流體的流量為m o /ls 1 5 4. 4m o l / s假設(shè)吸收在塔低達(dá)到平衡，則154 4（ y* /0.93） =12.4(0.01

3、- y* ), 所以 y* =0.0007所以最大吸收輪率為0.010.00070.930.01（3）吸收劑中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為51031030.00535103103假設(shè)吸收在塔低達(dá)到平衡，則77.2y*/0.93-0.0053)=12.4y*，所以 y* =0.0056所以最大吸收率為0.010.00560.440.018.3 吸收塔內(nèi)某截面處氣相組成為y=0.05 ，液相組成為 x=0.01 ，兩相的平衡關(guān)系為y*=2x ，如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為ky =1.25 ×10-5 kmol/(m 2·s)， kx =1.25 ×10-5kmol (m2·s

4、)，試求該截面上傳質(zhì)總推動(dòng)力、總阻力、氣液兩相的阻力和傳質(zhì)速率。8.4用吸收塔吸收空氣中的 S0。，條件為常壓， 30，相平衡常數(shù)為 m- 一26 7，在塔內(nèi)某一截面上，氣相中 S0。分壓為 4 1 kPa，液相中 S0。濃度為 005 kmol m3，氣相傳質(zhì)系數(shù)為 kG 一 1 5×10卅 kmol (m2·h·kPa)，液相傳質(zhì)系數(shù)為 k。 =0 39 m h，吸收液密度近似水的密度。試求：(1) 截面上氣液相界面上的濃度和分壓；(2)總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)速率。解：（ 1）社氣 -液相界面上的壓力為 PAi ，濃度為 CAi, 忽略 SO2的溶解，吸

5、收液的總濃度為 C0=996/18kmol/m 3=55.3 kmol/m 3溶解度系數(shù)為C 055.333H=26.7kmol/(kPa.m)=0.0204 kmol/(kPa.m )mp在相界面上，氣、液兩相平衡，所以cA i =0.024p Ai又因?yàn)榉€(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程，氣、液相兩相傳質(zhì)速率相等，所以kG (pA-pAi )= k L(cAi -cA )所以1.5 ×10-2×(4.1- p Ai )=0.39 ×(cAi -0.05)3。由上兩個(gè)方程，可以求得pAi =3.53kPa, c Ai =0.072kmol/m（2）總氣相傳質(zhì)系數(shù)11kG =1/ kG

6、kL1/ 0.0151/(0.204)22kmol/(m .h.kPa)=0.0052 kmol/(m.h.kPa)總液相傳質(zhì)系數(shù)kL = k G/H=0.0052/0.0204m./h=0.255m/h與水溶液平衡的氣相平衡分壓為 PA *=c A/H= 0.05/0.0204 kPa = 2.45 kPa 所以用分壓差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為ppAp*A(4.12.45)kpa1.65kpa與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為cA*Hp A0.0204 4.1kmol / m30.084kmol / m3用濃度差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為c c*A cA(0.0840.05)kmol / m30.034k

7、mol / m3傳質(zhì)速率為NAkG p0.0052kmolm2 hkmol m 2h或 N AkLc 0.2552kmol m 2hkmol m2h8. 5101.3 kPa操作壓力下， 在某吸收截面上， 含氨 0.03摩爾分?jǐn)?shù)的氣體與氨濃度為31 kmol/m的溶液發(fā)生吸收過程，已知?dú)饽髻|(zhì)系數(shù)為kG =5×10-6kmol/(m 2·s·kPa)，液膜傳質(zhì)系數(shù)為 kL =1.5×10-4m/s，操作條件下的溶解度系數(shù)H=0.73 kmol (m2kPa)，試計(jì)算：(1) 界面上兩相的組成；(2) 以分壓差和摩爾濃度差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力、總傳質(zhì)系數(shù)和傳

8、質(zhì)速率；(3) 分析傳質(zhì)阻力， 判斷是否適合采取化學(xué)吸收，如果采用酸溶液吸收，傳質(zhì)速率提高多少。假設(shè)發(fā)生瞬時(shí)不可逆反應(yīng)。8.6 利用吸收分離兩組分氣體混合物，操作總壓為310 kPa，氣、液相傳質(zhì)系數(shù)分別為ky =3.77 ×10-3kmol/(m 2·s)、 k。 =3.06 ×10-4 kmol/(m 2·s)，氣、液兩相平衡符合亨利定律，關(guān)系式為 p =l.067 10×4x( p 的單位為 kPa)，計(jì)算：(1) 總傳質(zhì)系數(shù)；(2) 傳質(zhì)過程的阻力分析；(3) 根據(jù)傳質(zhì)阻力分析，判斷是否適合采取化學(xué)吸收， 如果發(fā)生瞬時(shí)不可逆化學(xué)反應(yīng)，傳

9、質(zhì)速率會(huì)提高多少倍 ?解：（ 1）相平衡系數(shù)為E 1.067 10434.4m310p所以，以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為Kx14)1kmol /(m2 .s) 3.05 10 4 kmol /(m2.s)1/ kx1/(mky ) 1/(3.06 101/(34.4)以氣相摩爾分?jǐn)?shù)為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為K yK x3.0510 420.891052m34.4kmol /( m .s)kmol /( m .s)（2）以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)阻力為11114 m2.s / kmol3.28103 m2 .s / kmolK xkxmky3.05 10其中液膜傳質(zhì)阻力為13.061

10、4m2 .s / kmol3.27103 m2 .s / kmolkx10占傳質(zhì)阻力的 99.7%氣膜傳質(zhì)阻力為1122mk33.410 3 m.s / kmol 7.71m .s / kmoly占傳質(zhì)阻力的 0.3% ，所以整個(gè)傳質(zhì)過程為液膜控制的傳質(zhì)過程。8.7 已知常壓下，20時(shí)， CO2在水中的亨利系數(shù)為l.44 ×105kPa，并且已知以下兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)C OH OH C O K 1=2.5 ×10-3kmol/m32223H2CO3HH C3OK 2=1.7 ×10-4 kmol/m 3若平衡狀態(tài)下氣相中的CO2分壓為 l0 kPa，求水中溶解的

11、CO2的濃度。(CO2在水中的一級(jí)離解常數(shù)為 K=4.3×10-7 kmol/m 3，實(shí)際上包含了上述兩個(gè)反應(yīng)平衡， K=K 1K 2)8.8 在兩個(gè)吸收塔 a、b中用清水吸收某種氣態(tài)污染物，氣一液相平衡符合亨利定律。如下圖所示，采用不同的流程，試定性地繪出各個(gè)流程相應(yīng)的操作線和平衡線位置，并在圖上標(biāo)出流程圖中各個(gè)濃度符號(hào)的位置。解：（略）8.9用吸收法除去有害氣體，已知操作條件下相平衡關(guān)系為y =1.5x ，混合氣體初始含量為y1 =0.1，吸收劑入塔濃度為 x2 =0.001 ，液氣比為 2。已知在逆流操作時(shí)，氣體出口濃度為 y2 =0.005。如果操作條件不變，而改為并流操作，

12、氣體的出口含量是多少?逆流操作吸收的溶質(zhì)是并流操作的多少倍? 假設(shè)總體積傳質(zhì)系數(shù)不變。8.10用一個(gè)吸收塔吸收混合廢氣中的氣態(tài)污染物A ，已知 A 在氣、液兩相中的平衡關(guān)系為y =x 。氣體入口濃度為y1 =0.1，液體入口濃度為x2 =0.01。(1) 如果要求吸收率達(dá)到80，求最小液氣比；(2)氣態(tài)污染物 A 的最大吸收率可以達(dá)到多少，此時(shí)液體出口的最大濃度為多少?解：（ 1）氣相入口摩爾比為y1Y11 y10. 1 0.110. 9x2液相入口摩爾比為X 21 x20.010.010.09吸收率Y1 Y20.11Y20.8，所以Y2 =0.022Y10.11所以，最小液氣比為( qnL)

13、 minY1Y20.10.0220.87q nGY1 / mX20.1/10.01（ 2）假設(shè)吸收塔高度為無窮大，求A的最大吸收率當(dāng)液氣比為( qnL ) =m ，操作線與平衡線重合氣、液兩相在塔頂和塔底都處在于平衡狀態(tài)。q nGYY*0.11 1 0.11吸收率為120.91maxY10.01此時(shí)液相出口濃度為X1Y10. 11m0. 111當(dāng)液氣比為( qnL ) =m ，操作線與平衡線在塔頂點(diǎn)相交，即氣相出口濃度和液相進(jìn)口濃度q nG平衡狀態(tài)。吸收率為maxY1 Y*20.11 1 0.11 0.91Y10.01此時(shí)液相出口濃度為 X1 qnL ( Y1 m X 2 ) X 2 Y10.

14、11q nGm與1 相比，吸收率達(dá)到相同大小，但是液相出口濃度低。當(dāng)液氣比為( qnL ) <m, 作線與平衡線在塔頂?shù)紫嘟唬礆庀噙M(jìn)口濃度和液相出口濃度平衡q nG狀態(tài)。此時(shí)液相出口濃度為X1Y10.11 0. 11m1吸收率為m a xY1Y 2Y 1Y*2 0.11 1 0.11 0.91Y1Y10.01與1 相比，液相出口濃度達(dá)到相同大小，但是吸收率要低。8.11在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合廢氣中的組分A ，入塔氣體溶質(zhì)體積分?jǐn)?shù)為0.01，已知操作條件下的相平衡關(guān)系為y =x ，吸收劑用量為習(xí)題 88 圖示最小用量的1.5倍，氣相總傳質(zhì)單元高度為l.2 m，要求吸收率為8

15、0，求填料層的高度。8.12 用一個(gè)填料塔吸收空氣中的某氣態(tài)污染物，提高到 98，則吸收劑的用量增加多少倍在其他條件不變的情況下， 將吸收率從 ? 假設(shè)過程為氣膜控制吸收過程，吸收因子95S=1.779。解：吸收劑用量的增加，會(huì)帶來液相吸收系數(shù)的變化，題意中氣膜控制吸收過程用意在已可以忽略液相吸收系數(shù)的變化對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)的影響，而認(rèn)為總傳質(zhì)系數(shù)不變。在清水吸收的條件下：X 20吸收塔高度不變，吸收因子qnL，假設(shè)吸收劑用量增加n倍，則吸收因子也會(huì)增加 nS=mq nG倍。hH OL N OLqnLln(1) Y1K X aS-1SY2SqnLln(1) Y1qnL'ln(1) Y1K X aS-1S Y2SK X aS' -1SY2 SqnLln(1) Y1qnLln(1)Y1S-1S Y2SnS-1nS Y '2nS其中 S=1.779