第五章吸收課后習題答案

第五章吸收課后習題答案一、 填空1.減小；靠近。2.不變；增加。3.對數(shù)平均推動力法；脫吸因數(shù)法。4.氣；液；吸收；液；氣；解吸5.散裝填料二、 選擇1.B；2.A；3.C；4.D；5.A.三、計算題相組成的換算【5-1】在吸收塔中用水吸收混于空氣中的氨。巳知入塔混合氣中氨含量為.5%(質(zhì)量分數(shù)，下同)吸收后出塔氣體中氨含量為117%，試計算進、出塔氣體中氨的摩爾比T】、Y2。解：先計算進、出塔氣體中氨的摩爾分數(shù)y］和y2?！?.0903y—0.0903y10.055/17+0.945/290.0017/17y2-0.0017/17+0.9983/29—.進、出塔氣體中氨的摩爾比％、f2為0.0903Y— —0.099311-0.0903Y-°.0029—0.002921-0.0029氣液相平衡氧氣在水中的亨利系數(shù)E為3.31x106kPa。)【5-2】某系統(tǒng)溫度為10°C，總壓氧氣在水中的亨利系數(shù)E為3.31x106kPa。)解：由于H解：由于H牝Ems所以c*—Hp二—1000x21.27—3.57x10c*—HpEM3.31x106x18故mA=3.57x10-4x32x1000=11.42g/m3【5-3】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5.0kPa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76.6 17 —0075TOC\o"1-5"\h\z76.61000 . + 17 18由p*—Ex亨利系數(shù)為p* 15.0E—亍辰曲—2°°.°kPa

相平衡常數(shù)為相平衡常數(shù)為m=E=2000=1.974pt101.3由于氨水的濃度較低，溶液的密度可按純水的密度計算。40°C時水的密度為P=992.2kg/m3溶解度系數(shù)為H=—P—=—9922_kmol/(m3-kPa)=0.276kmol/(m3-kPa)

EM200.0x18S【5-4】在101.3/s20C下，稀氨水的氣液相平衡關系為：y>=0.94x，若含氨0.094摩爾分數(shù)的混合氣和組成xa=0.05的氨水接觸，確定過程的方向。若含氨0.02摩爾分數(shù)的混合氣和％=0.。5的氨水接觸，又是如何？解：用相平衡關系確定與實際氣相組成y=0.094成平衡的液相組成x*=y/0.94=0.094/0.94=0.1由于xA=0.05<x*，所以氣液相接觸時，氨將從氣相傳質(zhì)進入液相，發(fā)生吸收過程。若含氨0.02摩爾分數(shù)的混合氣和xa=0.05的氨水接觸，則x*=y/0.94=0.02/0.94=0.021所以，氣液相接觸時，氨由液相傳質(zhì)進入氣相，發(fā)生解吸過程。吸收速率【5-5】在溫度為20C、總壓為101.3kPa的條件下，CO2與空氣混合氣緩慢地沿著Na2CO3溶液液面流過，空氣不溶于Na2CO3溶液。CO2透過1mm厚的靜止空氣層擴散到Na2CO3溶液中，混合氣體中CO2的摩爾分率為0.2,CO2到達Na2CO3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO2的濃度可忽略不計。巳知溫度20C時，CO2在空氣中的擴散系數(shù)為0.18cm2/s。試求CO2的傳質(zhì)速率為多少？解：巳知：CO2在空氣中的擴散系數(shù)D=0.18cm2/s=1.8x10-5m2/s擴散距離z=1mm=0.001m，氣相總壓P=101.3kPa氣相主體中溶質(zhì)CO2的分壓PA1=PyA1=101.3x0.2=20.27kPa氣液界面上CO2的分壓pA2=0所以，氣相主體中空氣(惰性組分)的分壓pB1=p-pA1=101.3-20.27=81.06kPa氣液界面上的空氣(惰性組分)的分壓pb2=P-PA2T01.3—0=101.3kPaPBmPPBmPB2-PB1

lnP2

P

B1101"06=90.8kPaI101.3

ln 81.06代入得：RTZpBmP得：RTZpBmP(PA1-PA2)1.8X10-5 101.3X103( ) f 墳0.27X1.8X10-5 101.3X103( ) f 墳0.27X103-0，=0.167mol/(m2?s)8.314x(273+20)x1x10-390.8x103 167mol/(ms)【5-6】在總壓為100kPa、溫度為30°C時，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,假設此操作條件下的平衡關系服從亨利定律，測得液相溶質(zhì)摩爾分率為0.05，其氣相平衡分壓為6.7kPa。求當塔內(nèi)某截面上氣、液組成分別為y=0.05,x=0.01時：(1)以PA-P*cA-cA*表示的傳質(zhì)總推動力及相應的傳質(zhì)速率、總傳質(zhì)系數(shù)；(2)分析該過程的控制因素。p* 6.7解：(1)根據(jù)亨利定律E=i= =134kPax0.05E134相平衡常數(shù)m=—=p=1.34100口P1000

溶解度常數(shù)H=ET=B8s=0.4146pA—pA=100x0.05-134x0.01=3.66kPa1 1 1 1 1——=——+—= + =13180+240617=253797Kg Hklkg0.4146x1.83x10-43.86x10-6Kg=3.94X10—6kmol/(m2.s.kPa)NA=Kg(pA—p;)=3.94x10-6x3.66=1.44x10-5kmol/(m2-s)0.01c= =0.56A0.99x18/1000kmol/m3cA-cA=0.4146x100x0.05-0.56=1-513km°l/m3K_3.94x10-6~HH—0.4146=9.5x10-6m/sNA=Kl(ca-cA)=9.5x10-6x1.513=1.438x10-5kmol/(m2-s)(2)與pA—pA表示的傳質(zhì)總推動力相應的傳質(zhì)阻力為53797(mwkPa)/kmol；其中氣相阻力為~=13180m2-s-kPa/kmol；kG1液相阻力五一HkL=2406171液相阻力五一HkL=240617m2-s-kPa/kmol；240617氣相阻力占總阻力的百分數(shù)為253797x100%=94.8%故該傳質(zhì)過程為氣膜控制過程。吸收塔的計算【5-7】在逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體溶質(zhì)組分A,吸收塔內(nèi)操作壓強為106kPa,溫度為30°C,混合氣流量為1300m3/h，組成為0.03(摩爾分數(shù))，吸收率為95%。若吸收劑用量為最小用量的1.5倍，操作條件下平衡關系為Y=0.65X。試求進入塔頂?shù)那逅昧縇及吸收液的組成。解：(1)進入吸收塔的惰性氣體為：V/ 273P\/—VVV22.4273+1101.33(1-y)=1300x273V/ 273P\/—VVV22.4273+1101.33- 22.4273+30101.33Y=—^=0,03=0.030931 1-y1 1-0.03Y2=Y(1-n)=0.03093x(1-0.95)=0.00155X?=0；m=0.65最小吸收劑用量為：LminY-YLminY-YX*-X253.06x(0.03093-0.00155)=32.8kmol/h0.030930.65>minY->minY-Y―12匕-Xm2LV=1-5=1.5x0.8=1.2min故清水用量為乙=1.5穌小1&32.8=49.2姑0血(2)吸收液組成可由全塔物料衡算求得，即53.06x(0.03093-0.00155)_49.2【5-8】一逆流操作的常壓填料吸收塔，用清水吸收混合氣中的溶質(zhì)A，入塔氣體中含A1%(摩爾比)，經(jīng)吸收后溶質(zhì)A被回收了80%，此時水的用量為最小用量的1.5倍，平衡線的斜率為1，氣相總傳質(zhì)單元高度為1m，試求填料層所需高度。解：Y1=0.01;Y2=0.01x(1-0.8)=0.002;X2=0X*=—=Y=0.011m10.01-0.002八。=0.80.01-0又由V(y1-y2)=l(X1-X2)，得1.2=1.2=0.01-0.002x1-0所以X1=0.0067所以AYm-AY2AY 1AYIn——iA所以X1=0.0067所以AYm-AY2AY 1AYIn——iAY2(Y-Y*)-(Y-Y*)=―1 1 2 2—IY-Y*ln 1-Y-Y*22(0.01-0.0067)-(0.002-0)=0.0026i0.01-0.0067In 0.002—0NOGM=0.01-0.002=3.07AY—0.0026mZ=Hog?Nog=1x3.07=3.07m【5-9】在常壓逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中溶質(zhì)組分A。進塔氣體組成為0.03(摩爾比，下同)，吸收率為99%；出塔液相組成為0.013。操作壓力為101.3kPa，溫度為27^，操作條件下的平衡關系為Y=2X(Y、X均為摩爾比)。巳知單位塔截面上惰氣流量為54kmol/(m2.h)，氣相總體積吸收系數(shù)為1.12kmol/(m3-h-kPa)，試求所需填料層高度。解： Y]=0.03; Y2=Y1(1-n)=0.03x(1-0.99)=0.0003; X1=0.13; X2=0AYmAY-AY_(Y—Y*)-(Y-Y*)「AY Y-Y*ln——In1 AY2 Y2-Y2*(0.03-2x0.013)-(0.0003-0)In0.03-2x0.013

0.0003-0=0.00143NOGY-Y0.03-0.0003—1 AYm0.00143=20.77?VV 54H= = = =0.476mogKYaQKgaPQ 1.12mx101.3Z=N°C-Hog=20.77x0.476=9.886m【5-10】在逆流操作的填料塔中，用清水吸收焦爐氣中氨，氨的濃度為8g/標準m3,混合氣處理量為4500標準m3/h。氨的回收率為95%，吸收劑用量為最小用量的1.5倍。操作壓強為101.33kPa，溫度為30°C，氣液平衡關系可表示為Y*=1.2X(Y、X為摩爾比)。氣相總體積吸收系數(shù)KYa=0.06kmol/(m2-h)，空塔氣速為1.2m/s，試求：(1)用水量L(kg/h)；(2)塔徑(m)；(3)塔高(m)。

81(17x1000) y0.0105 八?八，解：y1= ~~1 =0.0105；《=pV=]頃質(zhì)=0.0106；22.4'1 .22.4y疔Y(1-n)=0.0106x(1-0.95)=0.00053；X*=匕=°^=0.00883；格=021 1m1.2 2V=竺皿x—x(1-0.0105)=0.0552kmolIs360022.40.0106-0.000530.00883L.=0.0552x =0.0630kmolIs0.00883L=1.5Lm1n=1.5X0.0630=0.0945kmOl|S=6120kg/h(2)由于V=竺xaz^=1.387m3|s故(2)由于s3600 273 ，故4VD=4VD=S\：兀u■'4x1.3873.14x1.2=1.21m一兀 3.14 _ 一(3)O=—D2=—x1.212=1.149m2) 4 40.0552Hog宵^0.06x1.149=0.8m根據(jù)全塔物料衡算X]=x0.0552Hog宵^0.06x1.149=0.8m根據(jù)全塔物料衡算X]=x2+V(y1-y2)IL，得X]=O+0.0552x(0.0106-0.00053)10.0945=0.00588AV AY-ayAY=——1ay2In——1AY2(Y-Y*)-(Y-Y*)

—11 22—IY-Y*ln Y-Y*22(0.0106-1.2x0.00588)-(0.00053-0)=0.00159i0.0106-1.2x0.00588In 0.00053-0Z=NOG?Hog=0.8x(0.0106-0.00053)/0.00159=5.07m【5-11】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?，F(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)如下：V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004o已知操作條件下的氣液平衡關系為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Z=HOGNOG改造后填料層高度為Z=H'N'OGOG故有Z=hOgNOgZHOGNOG由于氣體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故H'=HOGOG對于純?nèi)軇┪誜2=0，匕*=0TOC\o"1-5"\h\z. 1 ^Y*由N=——ln[(1-S) l+S]og1-S Y-Y*1 Y故N=——ln[(1-S)r+S]og1—S Y2N=Jln[(1-S)%+S]OG1-S Y'因此，有Z ln[(1-S)Y+S]2操作液氣比為0訕=匕一七=0.02-0.004=4q'—X.'-X—0.004-0=S=mqnv=15=0.375q4n,Lwln[(1-0.375)^002+0.375]Z= 0.002 =1509= =.JU/Z ln[(1-0.375)^