化工原理-氣體吸收作業(yè)含答案

1、氣體吸收1 .向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入純的 CO 氣體，經(jīng)充分接觸后，測(cè)得水中的 CO 平衡濃度為 2.875x102kmol/m3,鼓泡器內(nèi)總壓為 101.3kPa,水溫 30C,溶液密度為 1000kg/m3。試求亨利系數(shù) E、溶解度系數(shù) H 及相平衡常數(shù)解：查得 u30C,水的ps=4.2kPa*pA=p_ps=101.3-4.2=97.1kPa:10003=55.56kmol/mMS18CA2.87510 x=-=c55.56*E=-=.=1.876105kPax5.17104一一一51.876105一101.32 .在總壓 101.3kPa,溫度 30c 的條件下，SO2摩爾

2、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：(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 0c 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。解：(1)查得在總壓 101.3kPa,溫度 30c 條件下 SO2在水中的亨利系數(shù) E=4850kPaE4850“QQm-1=47.88p101.3從液相分析*y0.3x=一=0.00627x=0.01m47.88故 SO2必然從液相轉(zhuǎn)移到氣相，進(jìn)行解吸過程。稀溶?夜:c4

3、=5.1710一CA*2.8751097.1=2.9610kmol/(kPa=1854(2)查得在總壓 101.3kPa,溫度 0c 的條件下，SO2在水中的亨利系數(shù) E=1670kPa從氣相分析y*=mx=16.49X0.01=0.16y=0.3故 SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過程。(3)在總壓 202.6kPa,溫度 30c 條件下，SO2在水中的亨利系數(shù) E=4850kPa從氣相分析y*=mx=23.94X0.01=0.24y=0.3故 SO2必然從氣相轉(zhuǎn)移到液相，進(jìn)行吸收過程。x*=y=-03-=0.0125m23.94以液相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為：?x=x*x=0.012

4、5-0.01=0.0025以氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示的吸收推動(dòng)力為：?y=y-y*=0.3-0.24=0.063.在總壓為 100kPa、溫度為 30c 時(shí)，用清水吸收混合氣體中的氨，氣相傳質(zhì)系數(shù)kG=3.84X10-6kmol/(m2-s-kPa),液相傳質(zhì)系數(shù)kL=1.83X10-4m/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(PA-PA)、(CA-CA)表木的傳質(zhì)總推動(dòng)力及相應(yīng)的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；(2)分析該過程的控制因素。*一解：(1)根據(jù)亨利定律

5、E=匹=回7=134kPax0.05E_1670p-101.3=16.49E4850p-202.6=23.94相平衡常數(shù)m=E=134=1.341007。1000溶解度常數(shù)H=一-=0.4146EMs13418pA一p；=100X0.05-134X0.01=3.66kPa11111=-=z273597KGHkLkG0.41461.831043.8610 整KG=3.66x10kmol/(m2s.kPa)-6-52、NA=KG(pA-pA)=3.66X10X3.66=1.34X10kmol/(ms)C；-CA）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力時(shí):*一_2CA-CA=0.4146x10

6、0X0.050.56=1.513kmol/m3._._._._.一G9、NA=KL(CACA)=8.8X10X1.513=1.3314X10kmol/(m.s)（2）與（pA-pA）表示的傳質(zhì)總推動(dòng)力相應(yīng)的傳質(zhì)阻力為1O其中氣相阻力為=13180m2。s-kPa/kmol；kG12放相阻力=260417m2skPa/kmol;HkL氣相阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為260417X100%=95.2%。273597故該傳質(zhì)過程為氣膜控制過程。4.若吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線，界面上氣液兩相平衡，推導(dǎo)出 KL與心、kG的關(guān)系。解：因吸收系統(tǒng)服從亨利定律或平衡關(guān)系在計(jì)算范圍為直線CA=H

7、pA界面上氣液兩相平衡cAi=HpAi的關(guān)系式以氣相分壓差（PA-P；）表不總推動(dòng)力時(shí):CA0.010.9918/10003=0.56kmol/mKL二KG3.66100.4146,66,=8.810m/s273597(m2-s-kPa)/kmol;*、由NA=KL（CA一CA）得L1.398092=0.658NOGY-mX2Y2-mX2,S1*、NA=(CA-CA)(1)KL由NAkG(PA一PAi)得一*一NA二kG(cA-也)AGHHH*；NA=(CA-CAi)(2)kG由NA=kL(CAiCA)得1.NA=(CAjCA)(3)kL(2)式+(3)式，并與(1)式比較得11HK?kLkG

8、5 .在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空氣氨混合氣中的氨，氣相流率為 0.65kg/(m2S)。操3作放氣比為最小放氣比的 1.6 倍，平衡關(guān)系為y=0.92x,氣相總傳質(zhì)系數(shù)Kya為 0.043kmol/(mS)o試求:(1)吸收率由 95%提高到 99%,填料層高度的變化。(2)吸收率由 95%提高到 99%,吸收劑用量之比為多少?解：(1)吸收率為 95%時(shí):W=0.65/29=0.0224kmo1/(m2S)V0.0224HOG=0.521mKya0.043-=1.6-=1.60.874=1.398VVminL=0.0224x1.398=0.0313kmol/(mYI-Y2*X1-

9、X2Y-Y,-=m=0.920.95=0.874Y2/m6 .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X1如何變化？（已知體積傳質(zhì)系數(shù)隨氣量變化關(guān)系為kya垢V0.8）解：用水吸收混合氣中的氨為氣膜控制過程，故KYakYa-cV08因氣體流量 V 不變，所以kYa、KYa近似不變，HOG不變。1-CC、1Vc”NOG=ln(1-0.658)0.658=5.891-0.6581-0.95Z=N0GHOG=5.890.521=3.1m吸收率為 99%時(shí)：V0.0224HOG=HOG0.521mKya0.043LYI-丫2YI-Y2min=;=m=0.920

10、.99=0.911VX1-X2Y2/mL=0.0224X1.457=0.0326kmol/(m2-S)cmV0.92彳S=0.631L1.4571OG二1-sln|(1sjXmX2+SY-mX2NOG11ln(1-0.631)0.631=9.821-0.6311-0.99Z=NOGHOG=9.820.521=5.1m5.113.1=1.65(2)L=0.0224x1.398=0.0313kmol/(m2-S)L=0.0224X1.457=0.0326kmol/(m2-S)L=0.0326L0.0313=1.04丫2、=1.60.911=1.457因塔(Wj 不變，故根據(jù) Z=NOG,HOG可知

11、NOG不變。一-m,一一，丫1-mX2當(dāng)清水量加大時(shí)，因 S=,故 S 降低，由圖 5-25 可以看出會(huì)增大，故丫2將下降。L/V丫2-mX2根據(jù)物料衡算L(XiX2)=V(YiY2)%VYI,VY不變，L增大，可近似推出Xi將下降。7 .在一逆流操作的吸收塔中，如果脫吸因數(shù)為 0.75,氣液相平衡關(guān)系為Y*=2.0X,吸收劑進(jìn)塔濃度為 0.001(摩爾比，下同)，入塔混合氣體中溶質(zhì)的濃度為 0.05 時(shí)，溶質(zhì)的吸收率為 90%試求入塔氣體中溶質(zhì)濃度為 0.04 時(shí)，其吸收率為多少？若吸收劑進(jìn)口濃度為零，其他條件不變，則其吸收率又如何？此結(jié)果說明了什么?解:X=0.001時(shí):原工況S=0.75

12、丫2=Y(1一)=0.05(1-0.9)=0.005新工況NOGNOGMS)廣1In1-0.75(1-0.75)0.05-20.0010.75=6.2330.005-20.001HOG=HOGNoG.-l-m(1-S)Y；mX2+S丫2-mX2NOG=NOG10.04-20.001In(1-0.75)；0.751-0.75丫2-20.0016.233解得丫2=4.375103_一_30.04-4.37510=0.8906:89.06%0.04X2=0時(shí):原工況S=0.75丫2=Y(1一)=0.05(1-0.9)=0.005NOGY-mX24SY2一mX298%,求新填料的氣相總體積吸收系數(shù)為原

13、填料的多少倍?11ln(1-0.5)0.5=3.41-0.51-0.90新工況：SNOG10.05In(1-0.75)0.75=4.7151-0.750.005、一一一-1新工況HOG=H0GZuZ1YNOG=ln(1S)，+S1-S|Y2一10.04NOG=NOGln(1-0.75)0.75=4.7151-0.75Y2解得Y2=4.0010JY；-匕0.04-4.0010-=1,2=0.9=90%0.04從計(jì)算結(jié)果看，塔高一定，當(dāng)用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的溶質(zhì)時(shí)，入塔氣體組成變化，其他條件不變，其吸收率不變。8.在一逆流操作的填料塔中，用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中溶質(zhì)組分，當(dāng)液氣比為1.5 時(shí)，溶質(zhì)

14、的吸收率為 90%,在操作條件下氣液平衡關(guān)系為 Y*0.75X。如果改換新的填料時(shí),在相同的條件下，溶質(zhì)NOGln(1-0.5)1-0.5IL1-0.980.5=6.477JHOGVKYa11HOGNOGNOGKyaKY3NOGNOG6.4773.411.900的吸收率提高到解：原工況:S=mV=075=0.5L1.5NOG1-1-S）11-Sln(1-S)NOG9.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 1.25Nm3/s,要求溶質(zhì)的回收率為 99.2%。操作液氣比為 1.71,吸收過程為氣膜控制。已知 10c 下，相平衡關(guān)系*Y=0.5X,氣相總傳質(zhì)單兀

15、局度為 0.8m。試求:(1)吸收溫度升為 30c 時(shí)，溶質(zhì)的吸收率降低到多少？(2)若維持原吸收率，應(yīng)采取什么措施(定量計(jì)算其中的解:(1)原工況：S=mV=晅=0.292L1.71S=mS=1.20.292=0.7008m0.511NOG=NOG=ln(1-0.7008)0.7008=6.341-0.70081-解得=0.95(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；S=SmV_mVLL2)增加填料層高度L/V 不變，溫度升高，S=mS=12x0.292=0.7008,推動(dòng)力減小靠增加塔高彌補(bǔ)。m0.5-一_*._(30C時(shí)，相平衡

16、關(guān)系Y=1.2X)2 個(gè)措施)。NOG1-Sln(1-S)-mX2-mX2+S1=1c1ln(1-S)1-S1-NOG11ln(1-0.292)0.292=6.341-0.2921-0.992Z-NOGHOG=6.340.8-5.072m新工況:H0G=HOG1.20.5L=2.4L11NOG=ln(1-0,7008)0.7008=12.171-0.7008_1-0.992溫度改變，對(duì)氣膜控制吸收過程，傳質(zhì)單兀局度不變，HOG=H0G=0.8_.一一_Z=NOGHOG=12,170.8=9.736mZ=9.736-5.072=4.664m10.在一塔高為 4m 填料塔內(nèi)，用清水逆流吸收混合氣中

17、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 U攵率為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Y*=0,8X，試求：(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：y1=0,03=0,0291Y110.03V=0.028(1-0.029)=0.0272kmol/(m2s)101cNOG=In(1-S)+S1-S11-。.VZ4HOG=0.720mKYa,1NOG5.56(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HOG=1.0560.720=0.760mmV0.80,02720.0573=0.38NOG11In(1-0.38)-