2022年第二章 吸收

..精選可編輯文本精選可編輯文本.精選可編輯文本第二章吸收1.從手冊中查得101.33kPa、25℃時(shí)，假設(shè)100g水中含氨1g，那么此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987kPa。在此濃度范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)Hkmol/(m3·kPa)及相平衡常數(shù)m解：液相摩爾分?jǐn)?shù)x=〔1/17〕/[〔1/17〕+〔100/18〕]=0.0105氣相摩爾分?jǐn)?shù)y=0.987/101.33=0.00974由亨利定律y=mx得m=y/x=0.00974/0.0105=0.928液相體積摩爾分?jǐn)?shù)c=〔1/17〕/〔101×10-3/103〕=0.5824×103mol/m3由亨利定律p=c/H得H=c/p=0.5824/0.987=0.590kmol/(m3·kPa)2.101.33kPa,10℃時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用=3.31×106x表示。式中：為氧在氣相中的分壓kPa；x為氧在液相中的摩爾分率。試求在此溫度及壓強(qiáng)下與空氣充分接觸的水中每立方米溶有多少克氧。解：氧在氣相中的分壓p=101.33×21％=21.28kPa氧在水中摩爾分率x=21.28/〔3.31×106〕=0.00643×103每立方米水溶有氧：0.0064×103×32/〔18×10-6〕=11.43g3．某混合氣體中含有2％〔體積〕CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30℃，總壓強(qiáng)為506.6kPa。從手冊中查得30℃時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=1.88×105kPa，試求溶解度系數(shù)Hkmol/(m3·kPa)及相平衡常數(shù)m，并計(jì)算每100g與該氣體相平衡的水中溶有多少gCO2。解：H===103/〔10×1.88×105〕=2.955×10-4kmol/(m3·kPa)m=E/P總=1.88×105/506.6=0.37×103由題意y=0.02，根據(jù)亨利定律y=mx得x=y/m=0.02/0.37×103=0.000054即每100g與該氣體相平衡的水中溶有CO20.000054×44×100/18=0.0132g4．在101.33kPa、0℃下的O2與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過程。相距0.2cm的兩截面上O2的分壓分別為13.33kpa和6.67kpa，又知擴(kuò)散系數(shù)為0.185cm2/s，試計(jì)算以下兩種情況下O2的傳遞速率，：〔1〕O2與CO兩種氣體作等分子反向擴(kuò)散；〔2〕CO氣體為停滯組分。作此題直接代公式〔2－16〕和〔2－20〕，注意單位換算。解：〔1〕等分子反相擴(kuò)散時(shí)，〔2〕CO為停滯組分時(shí)，用公式〔2－20〕計(jì)算，其中漂流因數(shù)：5．以淺盤內(nèi)存有2cm厚的水層，在20℃的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴(kuò)散到大氣中。假定擴(kuò)散始終是通過一定厚度為5mm的靜止空氣膜層，此空氣膜層以外的水蒸氣分壓為零。擴(kuò)散系數(shù)為，大氣壓強(qiáng)為101.33kpa。求蒸干水層所需的時(shí)間。此題為非穩(wěn)態(tài)單向擴(kuò)散，只能針對某一瞬時(shí)列傳質(zhì)速率方程。解：根據(jù)題意，空氣為停滯組分B，溶質(zhì)組分A為水。設(shè)時(shí)刻的擴(kuò)散距離為z，那么：〔1〕又水面下降速率與水的擴(kuò)散速率的關(guān)系如下：〔2〕根據(jù)式〔1〕和〔2〕有：〔3〕其中：，邊界條件：將以上各項(xiàng)代入式〔3〕即可得7．在101.33kPa，27℃下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。甲醇在氣，液兩相中的濃度都很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。溶解度系數(shù)H=1.995kmol/(m3·kPa)，氣膜吸收系數(shù)kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù)kL=2.08×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。試求總吸收系數(shù)KG，并計(jì)算出氣膜阻力在總阻力中所的百分?jǐn)?shù)。解：根據(jù)公式〔2-41a〕，有：=1.122×10-5m2/S氣膜阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為：8.在吸收塔內(nèi)用水吸收混于空氣中的甲醇，操作溫度為27℃，壓強(qiáng)101.33kPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5kPa，液相中甲醇濃度位2.11kmol/m3。試根據(jù)上題有關(guān)的數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速率。解：由第7題所得數(shù)據(jù)有：H=1.95kmo/(m3．kpa)、KG=1.122×10-5m2/S由亨利定律得該截面上甲醇的平衡分壓：最后得吸收速率：9．在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25℃下用清水吸收混合氣中的CO2，將其濃度從2％降至0.1％〔體積〕。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)Ｅ=5.52×104kPa。假設(shè)吸收劑為最小理論用量的1.2倍，試計(jì)算操作液氣比L/V及出口組成X。此題需用到公式2－6、2-51和2-55，對吸收過程，組成均用摩爾比表示較方便。解：聯(lián)立以上各式得到，又11.在101.33kPa下用水吸收混于空氣中的中的氨。氨的摩爾分率為0.1，混合氣體于40℃下進(jìn)入塔底，體積流量為0.556m3/s，空塔氣速為1.2m/s。吸收劑用量為最小用量的1.1倍，氨的吸收率為95％，且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)KYa的平均值為0.1112kmol/(m3·s).在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y=2.6X，試求塔徑及填料層高度。：，，求：D和Z解：〔1〕塔徑：〔2〕填料層高度Z：當(dāng)時(shí)，，那么脫吸因數(shù)：氣相總傳質(zhì)單元數(shù)：氣相總傳質(zhì)單元高度：填料層高度：14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的H2S，進(jìn)塔氣相中含H2S〔體積〕2.91％要求吸收率不低于99％，操作溫度300Ｋ，壓強(qiáng)101.33kPa，平衡關(guān)系為Y*=2X，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S濃度為0.013kmol(H2S)/kmol(溶劑)。單位塔截面上單位時(shí)間流過的惰性氣體量為0.015kmol/(m2·s)，氣相體積吸收總系數(shù)為0.000395kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料層高度。：求：Z解：氣相總傳質(zhì)單元高度：又：填料層高度：15.有一吸收塔，填料層高度為3m，操作壓強(qiáng)為101.33kpa，溫度為20℃，用清水吸收混于空氣中的氨。混合氣質(zhì)量流速G=580，含氨6%〔體積〕，吸收率為99%；水的質(zhì)量流速W=770。該塔在等溫下逆流操作，平衡關(guān)系為。與氣相質(zhì)量流速的0.8次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無關(guān)。試計(jì)算當(dāng)操作條件分別作以下改變時(shí)，填料層高度應(yīng)如何改變才能保持原來的吸收率〔塔徑不變〕：〔1〕操作壓強(qiáng)增大一倍；〔2〕液體流量增大一倍；〔3〕氣體流量增大一倍。：求：〔1〕〔2〕〔3〕解：混合氣的平均摩爾質(zhì)量：根據(jù)物料衡算：〔1〕操作壓強(qiáng)增加一倍：又：那么：〔2〕液體流量增大一倍：，由物料衡算得：而總傳質(zhì)單元高度不變，所以：〔3〕當(dāng)氣體流量增大一倍：，由物料衡算得：而總傳質(zhì)單元高度不變，所以：那么：16.在逆流操作的填料塔內(nèi)，用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的可溶組分。操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，氣相總傳質(zhì)單元高度操作條件下的平衡關(guān)系為〔Y、X均為