化工原理吸收課后答案解析

./第二章吸收習(xí)題解答1從手冊(cè)中查得101.33KPa、25℃時(shí),若100g水中含氨1g,則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987KPa。已知在此組成X圍內(nèi)溶液服從亨利定律,試求溶解度系數(shù)H<kmol/<m3·kPa>>與相平衡常數(shù)m。解:求由.求算.已知:.相應(yīng)的溶液濃度可用如下方法算出:以水為基準(zhǔn),因?yàn)槿芤汉芟?故可近似認(rèn)為其密度與水相同.并取其值為.則:<2>.求.由2:101.33kpa、1O℃時(shí),氧氣在水中的溶解度可用po2=3.31×106x表示。式中:Po2為氧在氣相中的分壓,kPa、x為氧在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。試求在此溫度與壓強(qiáng)下與空氣充分接觸后的水中,每立方米溶有多少克氧.解:氧在空氣中的摩爾分?jǐn)?shù)為.故因值甚小,故可以認(rèn)為即:所以:溶解度3.某混合氣體中含有2%<體積>CO2,其余為空氣。混合氣體的溫度為30℃,總壓強(qiáng)為506.6kPa。從手冊(cè)中查得30℃時(shí)C02在水中的亨利系數(shù)E=1.88x105KPa,試求溶解度系數(shù)H<kmol/〔m3·kPa、〕>與相平衡常數(shù)m,并計(jì)算每100克與該氣體相平衡的水中溶有多少克CO2。解:<1>.求由求算<2>求當(dāng)時(shí).水溶解的因很小,故可近似認(rèn)為故克水中溶有4．.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。已知相距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)算下列兩種情況下O2的傳遞速率,kmol/<m2·s>:<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。解：〔1〕等分子反向擴(kuò)散時(shí)的傳遞速率〔2〕通過停滯的擴(kuò)散速率5．一淺盤內(nèi)存有2mm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)散始終是通過一層厚度為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2.60×10-5m解:這是屬于組分通過停滯組分的擴(kuò)散。已知擴(kuò)散距離〔靜止空氣膜厚度〕為.水層表面的水蒸氣分壓的飽和水蒸氣壓力為靜止空氣膜層以外;水蒸氣分壓為單位面積上單位時(shí)間的水分蒸發(fā)量為故液面下降速度:水層蒸干的時(shí)間:6.試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0℃、101.33kPa時(shí)氨和氯化氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D<m2/s>,并將計(jì)算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比較。解:<1>:氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù).查表知道,空氣的分子體積:氨的分子體積:又知?jiǎng)t時(shí),氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可由式計(jì)算.<2>同理求得7.在101.33kPa、27℃下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中的組XX很低,平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.955kmol/<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·kmol/m3>。試求總吸收系數(shù)KG,并算出氣膜阻力在總阻力中所占百分?jǐn)?shù)。.解:總吸收系數(shù)氣膜助在點(diǎn)助中所占百分?jǐn)?shù).8.在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇,操作溫度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,液相中甲醇組成為2.11kmol/m3。試根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速率。解:吸收速率由上題已求出又知：則該截面上氣相甲醇的平衡分壓為則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H2S,將其組成由2%降至0.196<體積>。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)E=5.52×16kPa。若取吸收劑用量為理論最小用量的12倍,試計(jì)算操作液氣比與出口液相組成若壓強(qiáng)改為1013kPa,其他條件不變,再求手與。解：〔1〕求下,操作液氣比與出口液相組成。最小液氣比操作液氣比為出口液相濃度〔2〕：求下的操作液氣比與出口液組成則：出口液相組成：11,在101.33kPa下用水吸收據(jù)于空氣中的氨。已知氨的摩爾分?jǐn)?shù)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。吸收劑用量為理論最小用量的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)的平均值為0.1112。在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為,試求塔徑與填料層高度。解：塔截面積：塔徑：又知：則：塔上填料層高度：12．在吸收塔中用清水吸收混合氣中的SO2,氣體流量為5000m3<標(biāo)準(zhǔn)>/h,其中SO2占10%,要求SO2回收率為95%。氣、液逆流接觸,在塔的操作條件下SO2在兩相間的平衡關(guān)系近似為。試求:<1>若取用水量為最小用量的15倍,用水量應(yīng)為多少?<2>在上述條件下,用圖解法求所需理論塔板數(shù);<3>如仍用<2>中求出的理論板數(shù),而要求回收率從95%提高到98%,用水量應(yīng)增加到多少?解：〔1〕求用水量：〔2〕：求理論板數(shù)梯級(jí)圖解法在直角坐標(biāo)圖中給出平衡線與操作線由圖中點(diǎn)開始在操作線與平衡線之間畫梯級(jí)得理論板層數(shù)用克列姆塞爾算圖則相對(duì)回收率在理論最小用水量下,,J據(jù)此查圖得：而查圖〔或由式計(jì)算〕可知當(dāng)：時(shí)兩種方法解得的結(jié)果相同?！?〕求時(shí)所需增加的水量用克列姆塞爾法估算,已知：據(jù)此查圖得則:故需要增加的用水量13.在一個(gè)接觸效能相當(dāng)于8層理論塔板的篩板塔內(nèi),用一種摩爾質(zhì)量為250、密度為則900kg/m3的不揮發(fā)油吸收捏于空氣中的丁燒。塔內(nèi)操作壓強(qiáng)為101.33kPa,溫度為15℃,進(jìn)塔氣體含丁烷5%<體積>,要求回收率為95%。丁烷在15℃時(shí)的蒸氣壓強(qiáng)為194.5kPa,液相密度為58Okg/m3假定拉烏爾定律與道爾頓定律適用,求:<1>回收每1m3丁烷需用溶劑油多少<m3<2>若操作壓強(qiáng)改為304.OkPa,而其他條件不變,則上述溶劑油耗量將是多少<m3>?解:<1>.由拉烏爾定律由于為低組成吸收,可以認(rèn)為由克列姆塞爾方程得到:解得:由此可知,每回收丁烷所需純?nèi)軇┯蛿?shù)量為丁烷的摩爾質(zhì)量為.則回收每液體丁烷所需溶劑油的體積為<2>.若則:因?yàn)楣?lt;條件未變,仍用上法求得>14.在一逆流吸收塔中用三乙醇膠水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的H2S,進(jìn)塔氣相含H2S2.91%<體積>,要求吸收率不低于99%,操作溫度300K,壓強(qiáng)為101.33kPa,平衡關(guān)系為,進(jìn)塔液體為新鮮溶劑,出塔液體中H2S組成為0.013kmol<H2S>/kmol<溶劑>。已知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。解:已知:則:又知: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℃,用清水吸收棍于空氣中的氨?；旌蠚赓|(zhì)量流速G=58Okg/<m2·h>,含氨6%<體積>,吸收率為99%;水的質(zhì)量流速W=770kg/<m2·h>。該塔在等溫下逆流操作,平衡關(guān)系為。KGa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)操作條件分別作下列改變時(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。解：已知混合氣體的平均摩爾質(zhì)量〔1〕由于故故：填料層高度比原來減少了〔2〕：〔計(jì)算過程同〔1〕〕.液體流速的增加對(duì)無顯著影響.則:即所需填料層高度較原來減少了<3>氣體質(zhì)量流速增大時(shí),總吸收系數(shù)相應(yīng)增大.即所需填料層高度較原來增加16.要在一個(gè)板式塔中用清水吸收混于空氣中的丙醇蒸氣?；旌蠚怏w流量為30kmol/h,其中含丙醇1%<體積>。要求吸收率達(dá)到90%,用水量為9Okmol/h。該塔在101.33KPa、27℃下等溫操作,丙醇在氣、液兩相中的平衡關(guān)系為,求所需理論板數(shù)。解:由題意知?jiǎng)t:又因?yàn)?則:第三章2.聚氯乙烯生產(chǎn)過程中,需要將乙炔發(fā)生器送出來的粗乙炔氣體凈化,辦法是在填料塔中用次氯酸鈉稀溶液除去其中的硫、磷等雜質(zhì)。粗乙炔氣體通入填料塔的體積流量為7∞曠/h,密度為1.16kg/m3;次氯酸鈉水洛液的用量為4000kg/h,密度為105Okg/m3,黏度為1.06mPa·s。所用填料為陶瓷拉西環(huán),其尺寸有50mm×5Omnx4.5皿n與25mnx25mm×2.5mn兩種。大填料在下層,小填料在上層,各高5m解:<1>塔徑兩種填料的值如下:陶瓷拉西環(huán)<亂堆>:陶瓷拉西環(huán)<亂堆>:比較兩種填料的值可知,小填料的泛點(diǎn)氣速應(yīng)比大填料的低,故應(yīng)接小填料計(jì)算塔徑.由圖中的亂堆填料泛點(diǎn)線查得故:塔徑:<2>.壓強(qiáng)降因兩段填料層具有不同的值,故塔內(nèi)流動(dòng)阻力應(yīng)分兩段計(jì)算.上層:亂堆瓷環(huán)由圖查得則全塔壓降3在直徑為0.8m的填料塔中,裝填25mx25m×2.5m的瓷拉西環(huán),用于常壓與20℃下氣體吸收操作。若液、氣性質(zhì)分別與水和空氣相同,按質(zhì)量計(jì)的