化工原理氣體吸收經(jīng)典習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、掌握的內(nèi)容 相組成的表示法及換算；氣體在液體中溶解度，亨利定律及各種表達(dá)式和相互間的關(guān)系；相平衡的應(yīng)用；分子擴(kuò)散、菲克定律及其在等摩爾反向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散的應(yīng)用；對(duì)流傳質(zhì)概念；雙膜理論要點(diǎn)；總傳質(zhì)系數(shù)及總傳質(zhì)速率方程；吸收過(guò)程物料衡算，操作線方程推導(dǎo)、物理意義；最小液氣比概念及吸收劑用量的計(jì)算；填料層高度的計(jì)算，傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)的定義、物理意義，傳質(zhì)單元數(shù)的計(jì)算（平均推動(dòng)力法和吸收因數(shù)法）；吸收塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。2、熟悉的內(nèi)容 吸收劑的選擇；各種形式的單相傳質(zhì)速率方程、膜傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)推動(dòng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系；各種傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系；氣膜控制與液膜控制；傳質(zhì)單元數(shù)的圖解積

2、分法；吸收塔的操作型分析；解吸的特點(diǎn)及計(jì)算。3、了解的內(nèi)容分子擴(kuò)散系數(shù)及影響因素；塔高計(jì)算基本方程的推導(dǎo)。6在總壓101.3kPa，溫度30的條件下, SO2摩爾分率為0.3的混合氣體與SO2摩爾分率為0.01的水溶液相接觸，試問(wèn)：（1） 從液相分析SO2的傳質(zhì)方向；（2） 從氣相分析，其他條件不變，溫度降到0時(shí)SO2的傳質(zhì)方向；（3） 其他條件不變，從氣相分析，總壓提高到202.6kPa時(shí)SO2的傳質(zhì)方向，并計(jì)算以液相摩爾分率差及氣相摩爾率差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力。查得在總壓101.3kPa，溫度0的條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=1670kPa查得在總壓101.3kPa，溫度30條件下SO2在

3、水中的亨利系數(shù)E=4850kPa在總壓202.6kPa，溫度30條件下，SO2在水中的亨利系數(shù)E=4850kPa解：(1) 47.88 從液相分析< x=0.01故SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過(guò)程。（2） =16.49從氣相分析y*=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)程。（3） =23.94從氣相分析y*=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3故SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過(guò)程。 以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為:x=x*x=0.01250.01=0.0025以氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示

4、的吸收推動(dòng)力為:y= y y*=0.30.24=0.068在總壓為100kPa、溫度為30時(shí)，用清水吸收混合氣體中的氨，氣相傳質(zhì)系數(shù)=3.84×10-6 kmol/（m2·s·kPa），液相傳質(zhì)系數(shù)=1.83×10-4 m/s，假設(shè)此操作條件下的平衡關(guān)系服從亨利定律，測(cè)得液相溶質(zhì)摩爾分率為0.05，其氣相平衡分壓為6.7kPa。求當(dāng)塔內(nèi)某截面上氣、液組成分別為y=0.05，x=0.01時(shí)（1） 以（）、（）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力及相應(yīng)的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；（2） 分析該過(guò)程的控制因素。解：（1）根據(jù)亨利定律相平衡常數(shù)溶解度常數(shù)以氣相分壓差（）表示總推動(dòng)力時(shí)

5、：=100×0.05-134×0.01=3.66kPa= kmol/（m2·s·kPa）=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/（m2·s）以（）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力時(shí)： kmol/m3=0.4146×100×0.050.56=1.513 kmol/m3=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/（m2·s）（2）與（）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力相應(yīng)的傳質(zhì)阻力為（m2·s·kPa）/ kmol；其中氣相

6、阻力為m2·s·kPa/ kmol；液相阻力m2·s·kPa/ kmol；氣相阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為。故該傳質(zhì)過(guò)程為氣膜控制過(guò)程?！纠?-11】在一填料塔中用清水吸收氨空氣中的低濃氨氣，若清水量適量加大，其余操作條件不變，則、如何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系為）解： 用水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過(guò)程，故 因氣體流量V不變，所以、近似不變，HOG不變。 因塔高不變，故根據(jù)Z=可知不變。 當(dāng)清水量加大時(shí)，因，故S降低，由圖5-25可以看出會(huì)增大，故將下降。 根據(jù)物料衡算可近似推出將下降。17某填料吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸

7、收丙酮空氣混合氣中的丙酮，操作液氣比為2.0，丙酮的回收率為95%。已知該吸收為低濃度吸收，操作條件下氣液平衡關(guān)系為，吸收過(guò)程為氣膜控制，氣相總體積吸收系數(shù)與氣體流率的0.8次方成正比。（塔截面積為1m2）（1）若氣體流量增加15%，而液體流量及氣、液進(jìn)口組成不變，試求丙酮的回收率有何變化？（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而氣體流量，氣、液進(jìn)口組成，吸收塔的操作溫度和壓力皆不變，試求吸收劑用量提高到原來(lái)的多少倍。解：（1） 設(shè)操作條件變化前為原工況 =X2=0，= 設(shè)氣量增加15%時(shí)為新工況 因 ，所以 故新工況下因塔高未變， 故 = =5.157 ， 新工況下： 解得丙酮吸收率變?yōu)?

8、2.95%(2) 當(dāng)氣體流量不變時(shí)，對(duì)于氣膜控制的吸收過(guò)程，不變，故吸收塔塔高不變時(shí)，也不變化，即將丙酮回收率由95%提高到98%，提高吸收劑用量時(shí)，新工況下=5.301 ， 用試差法解得=0.338 所以吸收劑用量應(yīng)提高到原來(lái)的1.746倍?！纠?-7】在填料吸收塔內(nèi)用水吸收混合于空氣中的甲醇，已知某截面上的氣、液兩相組成為pA=5kPa，cA=2kmol/m3，設(shè)在一定的操作溫度、壓力下，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H為0.5 kmol/(m3·kPa)，液相傳質(zhì)分系數(shù)為kL2×105m/s，氣相傳質(zhì)分系數(shù)為kG1.55×105kmol/(m2·s

9、83;kPa)。(1) 試求以分壓表示吸收總推動(dòng)力、總阻力、總傳質(zhì)速率、及液相阻力的分配。(2) 若吸收溫度降低，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H變?yōu)?.8 kmol/(m3·kPa)，設(shè)氣、液相傳質(zhì)分系數(shù)與兩相濃度近似不變，試求液相阻力分配為多少？并分析其結(jié)果。解：(1) 以分壓表示吸收總推動(dòng)力 總阻力 總傳質(zhì)速率 液相阻力的分配 由計(jì)算結(jié)果可以看出此吸收過(guò)程為液相傳質(zhì)阻力控制過(guò)程。(2) 吸收溫度降低時(shí)總傳質(zhì)阻力 液相阻力的分配 由液相阻力占吸收過(guò)程總阻力的11.76%，可知此吸收過(guò)程為氣相傳質(zhì)阻力控制過(guò)程。 當(dāng)?shù)蜏匚諘r(shí)，溶解度系數(shù)增大，液相阻力減少，由液相傳質(zhì)阻力控制轉(zhuǎn)化為氣相傳質(zhì)阻

10、力控制，在這里相平衡對(duì)傳質(zhì)阻力的分配起著很重要的作用?！纠?-5】某礦石焙燒爐排出含SO2的混合氣體，除SO2外其余組分可看作惰性氣體。冷卻后送入填料吸收塔中，用清水洗滌以除去其中的SO2。吸收塔的操作溫度為20，壓力為101.3kPa?；旌蠚獾牧髁繛?000m3/h，其中含SO2體積百分?jǐn)?shù)為9%，要求SO2的回收率為90%。若吸收劑用量為理論最小用量的1.2倍，試計(jì)算：（1）吸收劑用量及塔底吸收液的組成X1；（2）當(dāng)用含SO2 0.0003（摩爾比）的水溶液作吸收劑時(shí)，保持二氧化硫回收率不變，吸收劑用量比原情況增加還是減少？塔底吸收液組成變?yōu)槎嗌?？已?01.3kPa，20條件下SO2在水中

11、的平衡數(shù)據(jù)與Y1相平衡的液相組成=0.0032 解： 按題意進(jìn)行組成換算：進(jìn)塔氣體中SO2的組成為 出塔氣體中SO2的組成為 進(jìn)吸收塔惰性氣體的摩爾流量為V=（1） 實(shí)際吸收劑用量L=1.2Lmin=1.2×1053=1264kmol/h塔底吸收液的組成X1由全塔物料衡算求得：X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+（2）吸收率不變，即出塔氣體中SO2的組成Y2不變，而X2=0.0003所以 實(shí)際吸收劑用量L=1.2Lmin=1.2×1277=1532kmol/h塔底吸收液的組成X1由全塔物料衡算求得：X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0.0003+由該題計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)

12、，當(dāng)保持溶質(zhì)回收率不變，吸收劑所含溶質(zhì)越低，所需溶劑量越小，塔底吸收液濃度越低?！纠?-9】在一塔徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收空氣中的氨，要求氨的吸收率為99.5%。已知空氣和氨的混合氣質(zhì)量流量為1400kg/h，氣體總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.333 kPa。若實(shí)際吸收劑用量為最小用量的1.4倍，操作溫度（293K）下的氣液相平衡關(guān)系為Y*=0.75X，氣相總體積吸收系數(shù)為0.088kmol/m3·s，試求（1）每小時(shí)用水量；（2）用平均推動(dòng)力法求出所需填料層高度。解(1) 因混合氣中氨含量很少，故由式（5-82）得實(shí)際吸收劑用量L=1.4Lmin=1.4&

13、#215;35.6=49.8kmol/h(2) X1 = X2+V（Y1Y2）/L=0+=14.36×0.30=4.32m【例5-10】用清水逆流吸收混合氣體中的CO2，已知混合氣體的流量為300標(biāo)準(zhǔn)m3/h，進(jìn)塔氣體中CO2含量為0.06（摩爾分率），操作液氣比為最小液氣比的1.6倍，傳質(zhì)單元高度為0.8m。操作條件下物系的平衡關(guān)系為Y1200X。要求CO2吸收率為95，試求：（1）吸收液組成及吸收劑流量；（2）寫(xiě)出操作線方程；（3）填料層高度。解：（1）由已知可知惰性氣體流量X2=0， 最小液氣比 操作液氣比 吸收劑流量L1824×12.5922964kmol/h吸收液

14、組成(2) 操作線方程 整理得 Y=1824X + 3.26×10-3(3) 脫吸因數(shù) 操作型計(jì)算：【例5-12】用清水在一塔高為12m的填料塔內(nèi)吸收空氣中的丙酮蒸氣，已知混合氣體質(zhì)量流速為0.668kg/(m2·s)，混合氣中含丙酮0.02（摩爾分率），水的質(zhì)量流速為0.065kmol/(m2·s)，在操作條件下，相平衡常數(shù)為1.77，氣相總體積吸收系數(shù)為。問(wèn)丙酮的吸收率為98.8時(shí)，該塔是否合用？解：已知 因?yàn)閷?shí)際吸收塔， 所以該吸收塔合用，能夠完成分離任務(wù)。【例5-13】某逆流吸收塔，入塔混合氣體中含溶質(zhì)濃度為0.05（摩爾比，下同），吸收劑進(jìn)口濃度為0.0

15、01，實(shí)際液氣比為4，此時(shí)出口氣體中溶質(zhì)為0.005，操作條件下氣液相平衡關(guān)系為。若實(shí)際液氣比下降為2.5，其它條件不變，計(jì)算時(shí)忽略傳質(zhì)單元高度的變化，試求此時(shí)出塔氣體溶質(zhì)的濃度及出塔液體溶質(zhì)的濃度各為多少？解：原工況 新工況 因傳質(zhì)單元高度不變，即， 又因 所以傳質(zhì)單元數(shù)不變，即解得 23在一塔高為4m填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收混合氣中的氨，入塔氣體中含氨0.03（摩爾比），混合氣體流率為0.028kmol/(m2·s), 清水流率為0.0573kmol/(m2·s)要求吸收率為98，氣相總體積吸收系數(shù)與混合氣體流率的0.7次方成正比。已知操作條件下物系的平衡關(guān)系為，試求：

16、（1）當(dāng)混合氣體量增加20時(shí)，吸收率不變，所需塔高？（2）壓力增加1倍時(shí)，吸收率不變，所需塔高？（設(shè)壓力變化氣相總體積吸收系數(shù)不變）解： 原工況： （1）氣體流量增加20 因水吸收氨為氣膜控制，所以V增加，傳質(zhì)單元高度變化（2）壓力加1倍 22用純?nèi)軇┰谝惶盍衔账?nèi)，逆流吸收某混合氣體中的可溶組分?；旌蠚怏w處理量為1.25m3/s，要求溶質(zhì)的回收率為99.2%。操作液氣比為1.71，吸收過(guò)程為氣膜控制。已知10下，相平衡關(guān)系，氣相總傳質(zhì)單元高度為0.8m。試求：（1）吸收溫度升為30時(shí)，溶質(zhì)的吸收率降低到多少？ （30時(shí)，相平衡關(guān)系）（2）若維持原吸收率，應(yīng)采取什么措施（定量計(jì)算其中的2個(gè)措施）。解：（1）原工況： 新工況： 解得（2）溫度升高，平衡線上移，推動(dòng)力減小，保持吸收率不變，可采取措施：1）L/V增加，即增加溶劑量；2）增加填