新版化工原理習(xí)題答案(08)第八章-氣體吸收1

1、 第八章氣體吸收在溫度為40C、壓力為101.3kPa的條件下，測得溶液上方氨的平衡分壓為15.0kPa時，氨在水中的溶解度為76.6g(NH3)/1000g(H2O)。試求在此溫度和壓力下的亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)m及溶解度系數(shù)H。解：水溶液中氨的摩爾分數(shù)為亨利系數(shù)為p*150EkPa=200.0kPax0.07540C時水的密度為相平衡常數(shù)為由于氨水的濃度較低，溶液的密度可按純水的密度計算。匸=992.2kg/m3溶解度系數(shù)為在溫度為25C及總壓為101.3kPa的條件下，使含二氧化碳為3.0%(體積分數(shù))的混合空氣與含二氧化碳為350g/m3的水溶液接觸。試判斷二氧化碳的傳遞方向，并計算以

2、二氧化碳的分壓表示的總傳質(zhì)推動力。已知操作條件下，亨利系數(shù)E=1.66105kPa,水溶液的密度為997.8kg/m3。解：水溶液中CO2的濃度為對于稀水溶液，總濃度為99/.833Ckmol/m=55.43kmol/m18水溶液中CO2的摩爾分數(shù)為54由p*=Ex=1.66101.44310kPa=23.954kPa氣相中CO2的分壓為p二pty=101.30.03kPa=3.039kPac=1.06koml/m3。氣膜吸收系數(shù)kG=5.2x10-6kmol/(m2-s-kPa),液膜吸收系數(shù)0=1.55x10-4m/s。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，溶解度系數(shù)H=0.725kmol/

3、(m3-kPa)。(1)試計算以巾、c表示的總推動力和相應(yīng)的總吸收系數(shù);(2)試分析該過程的控制因素。解：(1)以氣相分壓差表示的總推動力為-(110.50.0321.060.725)kPa二2.074kPa其對應(yīng)的總吸收系數(shù)為62Kg=4.9710kmol/(ms-kPa)以液相組成差表示的總推動力為其對應(yīng)的總吸收系數(shù)為吸收過程的控制因素氣膜阻力占總阻力的百分數(shù)為氣膜阻力占總阻力的絕大部分，故該吸收過程為氣膜控制。在某填料塔中用清水逆流吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。操作壓力為105.0kPa,操作溫度為25C。在操作條件下平衡關(guān)系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系數(shù)為2.126kmol/(m3k

4、Pa)。測得塔內(nèi)某截面處甲醇的氣相分壓為7.5kPa，液相組成為2.85kmol/m3，液膜吸收系數(shù)心=2.12x10-5m/s，氣相總吸收系數(shù)Kg=1.206X10-5kmol/(m2skPa)。求該截面處(1)膜吸收系數(shù)k、kx及ky；(2)總吸收系數(shù)Kl、Kx及Ky;(3)吸收速率。解：(1)以純水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25C時水的密度為3P=997.0kg/m溶液的總濃度為997.0*3十CC3Gkmol/m55.39kmol/m18由Kl=Kg=1.20610m/s=5.67310m/sH2.126因溶質(zhì)組成很低，故有吸收速率為在101.3kPa及25C的條件下，用清水在填料

5、塔中逆流吸收某混合氣中的二氧化硫。已知混合氣進塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.002。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)為4.13X103kPa,吸收劑用量為最小用量的1.45倍。試計算吸收液的組成；若操作壓力提高到1013kPa而其他條件不變，再求吸收液的組成。解:(1)Y,y10.040.04171-y,10.04吸收劑為清水，所以X2=0所以操作時的液氣比為吸收液的組成為(2)=4.077”E4.13F03mp：1013在一直徑為0.8m的填料塔內(nèi)，用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體。已知混合氣的流量為45kmol/h，二氧化硫的體積分數(shù)為0.032。操作條

6、件下氣液平衡關(guān)系為Y=34.5X，氣相總體積吸收系數(shù)為0.0562kmol/(ms)。若吸收液中二氧化硫的摩爾比為飽和摩爾比的76%，要求回收率為98%。求水的用量(kg/h)及所需的填料層高度。解:0.0321-0.032=0.0331惰性氣體的流量為水的用量為求填料層高度某填料吸收塔內(nèi)裝有5m高，比表面積為221m2/m3的金屬階梯環(huán)填料，在該填料塔中，用清水逆流吸收某混合氣體中的溶質(zhì)組分。已知混合氣的流量為50kmol/h,溶質(zhì)的含量為5%(體積分數(shù));進塔清水流量為200kmol/h,其用量為最小用量的1.6倍;操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y=2.75X；氣相總吸收系數(shù)為310kmol/

7、(m2s)；填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90%。試計算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直徑。解：（1）惰性氣體的流量為對于純?nèi)軇┪?.051-0.05=0.0526依題意（2）yyHog填料塔的直徑為在101.3kPa及20C的條件下，用清水在填料塔內(nèi)逆流吸收混于空氣中的氨氣。已知混合氣的質(zhì)量流速填料層（2）G為600kg/（m2h），氣相進、出塔的摩爾分數(shù)分別為0.05、0.000526，水的質(zhì)量流速W為800kg/（m2h）,高度為3m。已知操作條件下平衡關(guān)系為Y=0.9X,KGa正比于G0.8而于W無關(guān)。若（1）操作壓力提高一倍;氣體流速增加一倍；（3）液體流速增加一倍

8、，試分別計算填料層高度應(yīng)如何變化，才能保持尾氣組成不變。解：首先計算操作條件變化前的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)操作條件下，混合氣的平均摩爾質(zhì)量為HOGZNog36.890m=0.435m(1)Pt=2pt若氣相出塔組成不變，則液相出塔組成也不變。所以Hogqn,VKGapfHog-2Z=HogNo0.2185.499mm.199：Z=Z-Z=(1.199-3)m=1.801m即所需填料層高度比原來減少1.801m。(2)qn,V=2qn,V若保持氣相出塔組成不變，則液相出塔組成要加倍，即故hOg=丨虹Hog=20.2X0.435m=0.500mQn,V丿z二HOGNOG=0.50015.82m=

9、7.910m：Z=ZZ=（7.9103）m=4.910m即所需填料層高度要比原來增加4.910m。（3）qn,L=2qn,LW對KGa無影響，即qn,L對KGa無影響，所以傳質(zhì)單元高度不變，即Hog二Hog=0.435m即所需填料層高度比原來減少0.609m。某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1.2m,填料層高度為3m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的溶質(zhì)組分。入塔混合氣的流量為40kmol/h，溶質(zhì)的含量為0.06（摩爾分數(shù)）；要求溶質(zhì)的回收率不低于95%;操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y=2.2X;溶劑用量為最小用量的1.5倍；氣相總吸收系數(shù)為0.35kmol/（m“h）。填料的有效比表面積近似取為填料比

10、表面積的90%。試計算（1）出塔的液相組成；（2）所用填料的總比表面積和等板高度。解：（1）丫七=鵠皿38惰性氣體的流量為(2)AY=YY*=0.06382.2X0.0193=0.0213Z3HOgm=0.472mNog6.353Hogqn,VKYa填料的有效比表面積為填料的總比表面積為由NoglnSNt一S1由Z=HETPtN填料的等板高度為用清水在塔中逆流吸收混于空氣中的二氧化硫。已知混合氣中二氧化硫的體積分數(shù)為0.085,操作條件下物系的相平衡常數(shù)為26.7,載氣的流量為250kmol/h。若吸收劑用量為最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率為92%。試求水的用量（kg/h）及所需理

11、論級數(shù)。解:y1-y0.0851-0.085=0.0929用清水吸收，X?=0操作液氣比為水的用量為用清水吸收，二a=0.92NtlnA某制藥廠現(xiàn)有一直徑為0.6m，填料層高度為6m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分。現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)如下：V=500m3/h、丫1=0.02、丫2=0.004、X1=0.004。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y=1.5X?，F(xiàn)因環(huán)保要求的提高，要求出塔氣體組成低于0.002（摩爾比）。該制藥廠擬采用以下改造方案：維持液氣比不變，在原塔的基礎(chǔ)上將填料塔加高。試計算填料層增加的高度。解：改造前填料層高度為改造后填料層高度為故有匚HogNogZHogNog由于氣

12、體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故對于純?nèi)軇┪誼2=0，Y2*=0nog11_Sln(1_S)Y1-Y2*Y2-Y2*S故Nog二占n(1S*S因此，有操作液氣比為填料層增加的高度為1若吸收過程為低組成氣體吸收，試推導(dǎo)Hg=Hg-Hl。A解:Hgqn,Vkyaf1Hogqn,VKYaJ故Hog二HgaHl13在裝填有25mm拉西環(huán)的填料塔中，用清水吸收空氣中低含量的氨。操作條件為20C及101.3kPa，氣相的質(zhì)量速度為0.525kg/(m2s),液相的質(zhì)量速度為2.850kg/(m2s)。已知20C及101.3kPa時氨在空氣中的擴散系數(shù)為1.8910出m2/s,20C時氨在水中的擴散

13、系數(shù)為1.7610m2/s。試估算傳質(zhì)單元高度Hg、Hl。解：查得20C下，空氣的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：%=1.811%a，s：G=1.205kg/m3由Hg=aGW飛Scg查表8-6-0.557,1=0.32，孑工-0.51查得20C下，水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:%=100.逅sR=998.2kg/m3查表8-7,:=2.3610彳，：=0.22用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知進、出解吸塔的液相組成分別為0.0085和0.0016(均為摩爾比)。解吸所用載氣為含二氧化碳0.0005(摩爾分數(shù))的空氣，解吸的操作條件為35C、101.3kPa,此時平衡關(guān)系為Y=106.03X。操作氣液

14、比為最小氣液比的1.45倍。若取Hol=0.82m，求所需填料層的高度。解：進塔載氣中二氧化碳的摩爾比為最小氣液比為操作氣液比為吸收因數(shù)為液相總傳質(zhì)單元數(shù)為填料層高度為3某操作中的填料塔，其直徑為0.8m，液相負荷為8.2m/h，操作液氣比(質(zhì)量比)為6.25。塔內(nèi)裝有DN50金屬階梯環(huán)填料，其比表面積為109m2/m3。操作條件下，液相的平均密度為995.6kg/m3，氣相的平均密度為1.562kg/m3。(1)計算該填料塔的操作空塔氣速；（2）計算該填料塔的液體噴淋密度，并判斷是否達到最小噴淋密度的要求。解：（1）填料塔的氣相負荷為8.2x995.63幾3,.qVV=m/h=836.25m/hV6.251.562填料塔的操作空塔氣速為（2）填料塔的液體噴淋密度為最小噴淋密度為U-Umin，達到最小噴淋密度的要求。20C。礦石焙燒爐送出的氣體冷卻后送入填料塔中，用清水洗滌以除去其中的二氧化硫。已知入塔的爐氣流量為2400m3/h，其平均密度為1.315kg/m3;洗滌