氣體吸收習(xí)題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——氣體吸收習(xí)題答案第五章吸收

氣液平衡

1、向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入純的CO2氣體，經(jīng)充分接觸后，測得水中的CO2平衡濃度為2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器內(nèi)總壓為101.3kPa，水溫30℃，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)m。解：

查得30℃，水的ps?4.2kPap*A?p?ps?101.3?4.2?97.1kPa

稀溶液：c??MS?100018?55.56kmol/m3

x?cAcpAxcApA*?2.875?1055.5697.15.17?10?2?5.17?10?4

*E???4?1.876?10kPa

5H??2.875?1097.15?2?2.96?10?4kmol/(kP?ma)

3m?Ep?1.876?10101.3?1852

2、在壓力為101.3kPa的吸收器內(nèi)用水吸收混合氣中的氨，設(shè)混合氣中氨的濃度為0.02（摩爾分?jǐn)?shù)），試求所得氨水的最大物質(zhì)的量濃度。已知操作溫度20℃下的相平衡關(guān)系為pA?2000x。

*解：混合氣中氨的分壓為

pA?yp?0.02?101.33?2.03

與混合氣體中氨相平衡的液相濃度為

x**?pA2000*?2..32000?1.02?10?3?3

3cA?xc?1.02?10100018?0.0564kmol/m

3、在壓力為101.3kPa，溫度30℃下，含CO220％（體積分?jǐn)?shù)）空氣-CO2混合氣與水充分接

觸，試求液相中CO2的物質(zhì)的量濃度。解：

查得30℃下CO2在水中的亨利系數(shù)E為1.88×105kPaCO2難為溶于水的氣體，故溶液為稀溶液H??SEMS?10001.88?10?185?2.96?10?4kmol/(m?kPa)3*pA?yp?0.20?101.33?20.3kPa

c*?HpAA?2.96?10?4?20.3?6.01?10?3kmol/m

34、含CO230％（體積分?jǐn)?shù)）空氣－CO2混合氣，在壓力為505kPa，溫度25℃下，通入盛有1m3水的2m3密閉貯槽，當(dāng)混合氣通入量為1m3時中止進(jìn)氣。經(jīng)長時間后，將全部水溶液移至膨脹床中，并減壓至20kPa，設(shè)CO2大部分放出，求能最多獲得CO2多少kg？。設(shè)操作溫度為25℃，CO2在水中的平衡關(guān)系聽從亨利定律，亨利系數(shù)E為1.66×105kPa。解：

pA?Ex（1）pA?1.66?10x

*5*氣相失去的CO2物質(zhì)的量＝液相獲得的CO2物質(zhì)的量

(pA?pA)VGRT*?cVLx

*(0.3?505?pA)?18.314?2980.0612?4.04?10?4?100018*?1?x

pA?55.56x（2）

（1）與（2）解得：x?5?10減壓后：m?Ep??4

51.66?1020?8300

x1?y1m?18300?1.2?10?4

稀溶液：x?X?W/441000/18

xW?2444W?2444?5?10?4?1.2kg

?4W1?2444?1.2?10?0.29kg

?W?1.2?0.29?0.91kg

5、用清水逆流吸收混合氣中的氨，進(jìn)入常壓吸收塔的氣體含氨6％（體積），吸收后氣體出口中含氨0.4％（體積），溶液出口濃度為0.012（摩爾比），操作條件下相平衡關(guān)系為Y*?2.52X。試用氣相摩爾比表示塔頂和塔底處吸收的推動力。

解：

Y1?y11?y1y21?y2?0.061?0.060.0041?0.004?0.064Y1?2.52X1?2.52?0.012?0.03024

*Y2???0.00402Y2?2.52X2?2.52?0?0

*塔頂：?Y2?Y2?Y2*?0.00402?0.00402塔底：?Y1?Y1?Y1*?0.064?0.03024?0.034

6、在操作條件25℃、101.3kPa下，用CO2含量為0.0001（摩爾分?jǐn)?shù)）的水溶液與含CO210％（體積分?jǐn)?shù)）的CO2－空氣混合氣在一容器充分接觸，試:

（1）判斷CO2的傳質(zhì)方向,且用氣相摩爾分?jǐn)?shù)表示過程的推動力；

（2））設(shè)壓力增加到506.5kPa，CO2的傳質(zhì)方向如何，并用液相分?jǐn)?shù)表示過程的推動力。解：

（1）查得25℃、101.3kPa下CO2－水系統(tǒng)的E＝166MPam?Ep??16390.1013

166y*?mx?1639?0.0001?0.164?y?0.10y?y*

所以CO2的傳質(zhì)方向由液相向氣相傳遞，解吸過程。解吸過程的推動力為?y?y*?y?0.164?0.10?0.064

（2）壓力增加到506.5kPa時，m'?Epym''?1660.50650.10327.7?327.7

x*???4?3.05?10?4

?x?1?10

x?x

*所以CO2的傳質(zhì)方向由氣相向液相傳遞，吸收過程。

吸收過程的推動力為?x?x*?x?3.05?10?4?1?10?4?2.05?10?4

由上述計算結(jié)果可以看出：當(dāng)壓力不太高時，提高操作壓力，由于相平衡常數(shù)顯著地

提高，導(dǎo)致溶質(zhì)在液相中的溶解度增加，故有利于吸收。擴(kuò)散與單相傳質(zhì)

7、某容器內(nèi)裝有2mm四氯化碳，在20℃的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)，通過近似不變的2mm靜止空氣層擴(kuò)散到大氣中，設(shè)靜止的空氣層以外的四氯化碳蒸氣壓為零，已知20℃、大氣壓為101.3kPa下，四氯化碳通過空氣層的擴(kuò)散系數(shù)為1.0×10m/s。求容器內(nèi)四氯化碳蒸干所需時間為多少小時？解：

查得20℃下四氯化碳飽和蒸氣壓為32.1kPa；密度為1540kg/m3；四氯化碳分子量MA＝154kg/kmol；氣相主體中空氣（惰性組分）的分壓

pB1?p?pA1?101.3?32.1?69.2kPa

－5

2

氣液界面上的空氣（惰性組分）的分壓

pB2?p?pA2?101.3kPa

四氯化碳的氣化速率為

?AhMA?

擴(kuò)散速率為

NA?DpRTzlnpB2pB1

定態(tài)傳質(zhì)時，四氯化碳的氣化速率等于其在空氣中的擴(kuò)散速率，即

NA?DpRTzlnpB2pB1＝

?AhMA?

??RTz?AhMADplnpB2pB1?8.314?293?0.002?0.002?1540154?1?10?5?101.3?ln101.369.2?252.4s?0.07h

8、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0.5kmol/(m3·kPa)，液相傳質(zhì)分系數(shù)為kL＝2×10－5m/s，氣相傳質(zhì)分系數(shù)為kG＝1.55×10－

5

kmol/(m·s·kPa)。試求以分壓表示吸收總推動力、總阻力、總傳質(zhì)速率、及液相阻力的

2

分派。解：

以分壓表示吸收總推動力

pA?*cAH?20.5?4kPa

?pA?pA?p*?5?4?1kPaA總阻力

1KG?1Hk10.5?2?1055?5L?1kG?11.55?104?5?

?1?10?6.45?102?1.65?10(m?s?kPa)/kmol總傳質(zhì)速率液相阻力的分派

1Hk1KGL55NA?KG(pA?pA)?1/1.65?10?1?6.08?10*5?6kmol/(m2?s)

?1?10?0.606?60.6%1.65?10

由計算結(jié)果可以看出此吸收過程為液相傳質(zhì)阻力控制過程。

9、對習(xí)題8的過程，若吸收溫度降低，甲醇在水中的溶解度系數(shù)H變?yōu)?.8kmol/(m·kPa)，設(shè)氣、液相傳質(zhì)分系數(shù)與兩相濃度近似不變，試求液相阻力分派為多少？并分析其結(jié)果。吸收溫度降低時總傳質(zhì)阻力

3

1KG?1Hk1L?1kG?5?5.8?2?1034?11.55?104?5

?8.6?10?6.45?102?7.31?10(m?s?kPa)/kmol液相阻力的分派

1Hk1KG8.6?107.31?1034

L??0.1176?11.76%

由液相阻力占吸收過程總阻力的11.76%，可知此吸收過程為氣相傳質(zhì)阻力控制過程。吸收過程設(shè)計型計算

10、用20℃的清水逆流吸收氨－空氣混合氣中的氨，已知混合氣體溫度為20℃，總壓為101.3kPa，其中氨的分壓為1.0133kPa，要求混合氣體處理量為773m/h，水吸收混合氣中氨的吸收率為99％。在操作條件下物系的平衡關(guān)系為Y*?0.757X，若吸收劑用量為最小用的2倍，試求（1）塔內(nèi)每小時所需清水的量為多少kg？（2）塔底液相濃度（用摩爾分?jǐn)?shù)表示）。解：

（1）Y1?pApB?1.0133101.3?1.0133?0.01

3

Y2?Y1(1??)?0.01(1?0.99)?1?10V?773?273293?22.4?4

(1?0.01)?31.8kmol/h

Lmin?VY1?Y2X1?X*2?31.8(0.01?0.0001)0.010.757?0?23.8kmol/h

實際吸收劑用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h＝856.8kg/h（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+

31.8(0.01?0.0001)47.6?0.0066

11、在一填料吸收塔內(nèi)，用清水逆流吸收混合氣體中的有害組分A，已知進(jìn)塔混合氣體中組分A的濃度為0.04（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），出塔尾氣中A的濃度為0.005，出塔水溶液中組分A的濃度為0.012，操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y?2.5X。試求操作液氣比是最小液氣比的倍數(shù)？

*解：

Y1?y11?y1y21?y2x11?x1?0.041?0.040.0051?0.0050.0121?0.012?0.0417

Y2???0.005

X1???0.0121Y1?Y2Y1?Y2Y20.005?L????m(1?)?2.5(1?)??*YX1?X2Y10.0417?V?min1

m?2.2LV?Y1?Y2X1?X2?0.0417?0.0050.0121?0?3.03

LV?L?/??V??min?3.032.2?1.38

12、用SO2含量為1.1×10-3(摩爾分?jǐn)?shù))的水溶液吸收含SO2為0.09（摩爾分?jǐn)?shù)）的混合氣中的SO2。已知進(jìn)塔吸收劑流量為37800kg/h，混合氣流量為100kmol/h，要求SO2的吸收率為80%。在吸收操作條件下，系統(tǒng)的平衡關(guān)系為Y?17.8X，求氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。解：吸收劑流量L?y11?y13780018?2100kmol/h

*Y1??0.091?0.09?0.099

Y2?Y1(1??)?0.099(1?0.8)?0.0198

惰性氣體流量V?100(1?y1)?100(1?0.09)?91kmol/h

X1?X2?VL*(Y1?Y2)?1.1?10?3?912100?3(0.099?0.0198)?4.53?10?3

?Y1?Y1?Y1?0.099?17.8?4.53?10?Y2?Y2?Y2?0.0198?17.8?1.1?10?Y1??Y2ln?Y1?Y20.0184?2.2?10ln0.01842.2?10?4?4?0.0184?2.2?10?4*?3

?Ym???4.1?10?3

NOG?Y1?Y2?Ym?0.099?0.01984.1?10?3?19.3

13、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?jǐn)?shù)），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Y＊＝1200X。要求CO2吸收率為95％，試求：（1）吸收液組成及吸收劑流量；（2）寫出操作線方程；（3）填料層高度。

解：（1）由已知可知惰性氣體流量V?Y1-Y2Y1（1－0.06)?12.59kmol/h

22.4300X2=0，?＝

Y?Y2Y?Y2?L??1?m?最小液氣比???1*?XY/m??min122操作液氣比

?L??1.6???1.6m??1.6?0.95?1200?1824V?V?min?L???V＝1824×12.59＝22963kmol/h?V??0.064VLVLL吸收劑流量L＝?Y1?y11?y1?0.061?0.06吸收液組成X1?X2?(2)操作線方程

Y?LV(Y1?Y2)?X2?LVY1??0.064?0.95/1824?3.33?10?5?5

X?(Y1?X1)?1824X?(0.064?1824?3.33?10)

整理得Y=1824X+3.26×10-3(3)脫吸因數(shù)S?1mVL?12023824?0.658

NOG??Y?mXln?(1?S)11?S?Y2?mX122??S?

?NOG?1??ln?(1?0.658)?0.658??5.89

1?0.6581?0.95??Z?NOG?HOG?5.89?0.8?4.71m

14、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/(m2·S)。操作液氣比為最小液氣比的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/(m3·S)。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：

V＝0.65／29＝0.0224kmol/(m2·S)HOG?VKya?0.02240.043?0.521m

Y1?Y2Y1?Y2?L????m??0.92?0.95?0.874??*X1?X2Y2/m?V?min?L??1.6???1.6?0.874?1.398VV??minLL＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)

S?mVL?0.921.398?0.658

NOG??Y?mXln?(1?S)11?S?Y2?mX1122??S?

?NOG?1??ln?(1?0.658)?0.658??5.89

1?0.6581?0.95??Z?NOG?HOG?5.89?0.521?3.1m

吸收率為99％時：

H'OG?HOG?'minVKYa'2?0.02240.043?0.521m

?L????V?L'?Y1?Y*X1?X2'min?Y1?Y2Y'2/m?m??0.92?0.99