吸收习题答案

1、5.5习题精选5-1当压力不变时，温度提高1倍，溶质在气相中的扩散系数提高2.83倍;假设某液相 黏度随温度变化很小，绝对温度降低1倍，则溶质在该液相中的扩散系数降低丄倍。5-2等分子反向扩散适合于描述精懈过程;单向扩散适合描述吸收和解吸过程。5-3双组份理想气体进行单向扩散。当总压增加时，若维持溶质A在气相各部分分压不变， 传质速率将减少：温度提高，则传质速率将 增加：气相惰性组分摩尔分率减少，则 传质速率将增加。5-4常压、25C低浓度的氨水溶液，若氨水浓度和压力不变，而氨水温度提高，则亨利系数 E增加，溶解度系数H减小,相平衡常数m增加,对吸收过程不利。5-5常压、25C低浓度的氨水溶液

2、，若氨水上方总压增加，则亨利系数F不变,溶解度系 数H不变,相平衡常数m减少,对解吸过程不利。5-6常压、25C密闭容器内装有低浓度的氨水溶液，若向其中通入氮气，则亨利系数E不变， 溶解度系数H不变，相平衡常数m减少,气相平衡分压不变。5-7含5% （体枳分率）二氧化碳的空气一二氧化碳混合气，在压力为101. 3kPa,温度为25C 下，与浓度为1. lX10_5kmol/m3的二氧化碳水溶液接触，已知相平衡常数m为1641,则CO： 从 气 相向 液 转移,以液相摩尔分率表示的传质总推动力为1.07X10-。5-8填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的溶质A,操作条件下体系的相平衡常数m

3、为3,进塔气体浓度为0. 05 （摩尔比），当操作液气比为4时，出塔气体的极限浓度为； 当操作液气比为2时，出塔液体的极限浓度为0. 0167。5-9难溶气体的吸收过程属于液膜 控制过程，传质总阻力主要集中在液膜 侧，提高吸收速率的有效措施是提高相流体的流速和湍动程度。5-10在填料塔内用清水吸收混合气体中的NH3,发现风机因故障输出混合气体的流量减少， 这时气相总传质阻力将增加；若因故清水泵送水量下降，则气相总传质单元数住 变。5-11低浓度逆流吸收塔中，若吸收过程为气膜控制过程，同比例增加液气量，其他条件不 变，则眼增加,AYm增加，出塔液体X,下降，出塔气体Y：增加，吸收率工 降_。5-

4、12采用逆流填料吸收塔吸收某溶质，当要求液体含量不低于某一数值，且工艺对吸收剂 用量有一定的限制，结果填料未能得到充分润湿时，总传质系数降低，工业上通常采用 吸收液再循坏 流程提高填料的润湿率，当总传质系数提高程度人于传质推动力降低程度时,此操作对吸收过程是有利的。5-13溶质A的摩尔比脸0. 2的溶液与总压为2atm,乙二0. 15 （摩尔比）的气体接触，此条件 卞的平衡关系为二1.2Xx（atm）。则此时将发生 吸收过程;用气相组成表示的总传 质推动力JY= 0.03 :若系统温度略有提高，则4Y将降低；若系统总压略有增 加，则4Y将增加。5-14在吸收塔设计中，传质单元高度的人小反映了吸

5、收塔设备效能的高低:传质单元数反映了吸收过程的难易程度。5-15在一逆流吸收塔内，填料层高度无穷大，当操作液气比m时,气液两相在 塔顶 达 到平衡；当操作液气比卜时，气液两相在塔底达到平衡；当操作液气比寺=m 时，气液两相在全塔各截面达到平衡。5-16用清水吸收空气一NHs中的氨气通常被认为是气膜控制的吸收过程，当其它条件不 变，进入吸收塔清水流量増加，则出丨I气体中氨的浓度减少，出丨I液中氨的浓度J咸 少,溶质回收率増人。5-17在常压低浓度溶质的气液平衡体系中，当温度和压力不变时，液相中溶质浓度增加， 溶解度系数H 不变,亨利系数E不变。5-18对于易溶气体的吸收过程，气相一侧的界面浓度K

6、接近于 尸（液相主体浓度平衡 的摩尔比）,而液相一侧的界面浓度凡接近于 X（液相主体浓度）。5-19解吸过程中，解吸塔某截面的气相溶质分压小于液相浓度的平衡分压，解吸操作 线总在平衡线的下方 。5-20吸收因数可表示为 A=L/ （Vm）,它在X-Y图的几何意义是 吸收操作线斜率与 平衡线斜率之比o5-21当减少吸收剂用量，匕、Y：和左不变，则传质推动力减少,操作线将靠近 平 衡线，吸收塔设备费用将增加 。5-22 一定操作条件卞的填料吸收塔，若增加填料层高度，则传质单元高度Hg将不变, 传质单元数Ng将增加 。L f L5-23在填料吸收塔设计过程中，若操作液气比-=-则全塔平均吸收推动力为

7、0 ,填料层高度无穷犬5-24传质单元数与分离要求、平衡关系 、操作液气比 有关。5-25最犬吸收率八込与 液气比 、液体入塔浓度、相平衡常数 有关。5-26.在25C下,用CO：浓度为0. 01kmol/m3和0. 05kmol/m3的C0：水溶液分别与C0： 分压为50. 65kPa的混合气接触，操作条件下相平衡关系为二1.66X10x（kPa）,试说 明上述两种情况下的传质方向，并用气相分压差和液相摩尔浓度差分别表示两种情况 下的传质推动力。M解：x = 0.01x18/1000= l.SxW4? PsPa*=1. 66X1O5X1. 8X10 =29. 9（kPa）灿二50. 65 k

8、Pa p：所以传质方向为溶质由气相到液相（吸收过程）以气相分压差表示的传质推动力为Sa = PA -= 50.65-29.9 = 20.8kPa与CO：分压为50. 65kPa的气相呈相平衡的液相摩尔浓度=0.017kmol/nlPs Pa _ 1000x50.65M7_18xl.66xl05以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为Aca = c： 一 cA = 0.017- 0.01= 0.007kinol/niMx1 = c a - = 0.05x18/1000= 9.0 x 10宀Ps尸二 1 66X 105X9. 0X 10-t=149. 4（kPa）灿二50. 65 kPa A*所以传质方

9、向为溶质由液相到气相（解吸过程）以气相分压差表示的传质推动力为=149.4-50.65 = 98.8kPa以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为Aca =cA-1=5%，0,051-0.05= 0.0526儿=0.04%, K =0.04% = 4x10兀X1=0.8X； =04 = 0.8x=0.0292AY2=Y2-mX2=Y2=4xl(T4乙=乙= 0.0526-1.44x0.0292= 0.0106axmYl-Y20.0106-4x10= 3llxl(T混合气体摩尔流率:200xl0L3G = 8.314x(273+18)x0.785x0.32 =11 &62kmo(応混合气体平均分子量:

10、M = 0.05x17+0.95x29= 28.4kg/kmol混合气体质量流速:加=11862x284 = 33688k妙(nF h)惰性组分摩尔流率:V = G(l -儿)=11862x(1 0.05)= 11269kiwl/(nr h)又 L(x1-x2)=v(r1-y2)= 26/咒盂旷=2。1.45kmol/(ni h)液体质量流速:w= 201.45x 18 = 3626.1kg/(m2 h)VKYaQ 1126989.75=1.26/?Kg“ = 0002加芳“,0 =ooo27x336883536261 =088&nx)l/(n? h kPa) /. KYa = ATon F

11、= 89.75kmol/(n? h)：,z=HoqNoq =1.26xl6.78=21.14mZ需砍=5m所以，该塔不合适。5-37混合气中含01 （摩尔分率，下同）CO：,其余为空气，于20C及2026kPa下在填料塔中用清水逆流吸收，使C0：的浓度降到0.5%oE知混合气的处理量为2240m7h（标准状态下），溶液出口浓度为0.0006,亨利系数E为200MPa,液相总体积传质系数Kn为50 m7h.塔径为15m。试求每小时的用水量（kg/h）及所需填料层的高度。解:yi=T = II = 011b 3计咧儿 %，1 = 0.50305.03x10-L Y,-Y20lll503xl(T0.

12、0006=1 / 0.0V xx,而 y = _2240(0.1)= 50 96kmol/(m2-h)0.785 xl.52 x 22.4厶=1766x50.96= 899954kmol/(ni h)液体流量L = 899954x0.785xl.52 =158954knl/h=15895.41my2 =0.0X1-0.98) = 0.001什么？解：(1) =0.0521/.Xi=a = 002781+X0.02781 + 0.0278= 0.027021(2)岭=Yl-mXl = 0.0 5-1.2 x 0.02 78= 0.0166ak. =o.ooiin0.001rz 200522.4

13、“a%=2000=0$9加180x3600x1(3)L 0.05 0.001=1.76 m 0.0278士耳dg.00%96.4%0.05不可能达到98%5-40在一充有25mm阶梯环的填料塔中，用清水吸收混合气体中的NH5o吸收塔在20C及1013kPa （绝压）的条件下逆流操作，气液相平衡关系为厂=0752X。已知混合气流率 为0.045kinol/m-s, NH3入塔浓度为0.05 （摩尔分率），吸收率为99%,操作液气比为最小 液气比的1.5倍，填料层高度为&75m,试求：（1）气相总体枳传质系数KYa :（2）塔底截面处NHs吸收的体积传质速率N/。解：氣晟岭一$ Yjm=HU= 0

14、.752x0.99=0.744i =1.5X0.744=1.116Vm _ 0.752L/V 1.116= 0.674由3為S怕甥+S因为x,0且卜击缶呗一0.674匸觴+ 0.674：= 10.75又因vz = hognog=1-nogVYa = N ogZL=0。45却075= 0.055乂7o加$ 8.752) Nf(全塔衡算，总传质速率方程)L _ 岭一Z 厂 X-X? 0.05x0,99X X】得 X=00444,NAa = Kya(YY) =0.0553(0.05-0.752 X 0.0444)=9.19X lOkinoVm3 s5-41 在常压逆流连续操作的吸收塔中用清水吸收混合

15、气中的A组分。混合气中惰性气体的流率为30kmol/h,入塔时A组分的浓度为0.08 (摩尔比)，要求吸收率为87.5%,相平衡关系为Y*=2X,设计液气比为最小液气比的1.43倍，气相总体积传质系数KYa=0. 0186kmol/m3 s ,且KyaocV0 8,取塔径为lm,试计算:(1) 所需填料层高度为多少？(2) 设计成的吸收塔用于实际操作时，采用10$吸收液再循环流毘即“二0. 1L, 新鲜吸收剂用量及其它入塔条件不变，问吸收率为多少？解：(1)V = 0.010dcnx)l/(nr s)3600x0.785xl2Hoo=JL = 2=0.57mKYa 0.0186齐一 岭一=川

16、=2x0.875= 1.75丿min= 2.50幼X?L 2.5Nqq - - 1口(1-S)1 5心+sY, -mXy备（5）1-0.875+08= 4.38:乙=H gN g = 0.57x4.38= 2.50m(2) 吸收液再循坏 此时吸收剂入I I浓度：.LXr+qX； 0.1X；1X r =二=XL+Lr1.111因为KyaVQ V不变，所以K/不变，即/oo= 不变Kyaoa= 不变Hog此时SV艺=瞠=竺= 0.727Lr 1.1L1.1Ng1152(2)H+s70.08- X； + 0.727.2 Y. 一一 X 11 1 .9.437=里一.2 . K.-X. 11 129(

17、1)9.43X-1.534X； =0.08由物料衡算：X； = X? +三（岭 - 丫；）=右（008- r；）x =0.032-0.4/-；将式代入式（1）,解之：X； =0.0269, r； =0.0128V V_ X100% = 10.01280.08= 84%5-42含苯1.96% （体积）的煤气用平均摩尔质量为260kg/kmol的洗油在一填料塔中 逆流吸收，以回收其中95%的苯，煤气流率为1200kmol/h，塔顶进入的洗油中含苯 0.5% （摩尔分率），洗油用量为最小用量的1.3倍，吸收塔在101.3kPa. 27弋下操 作，此时平衡关系为Y*=0. 125Xo从吸收塔塔底引出的

18、富油经加热后送入解吸塔顶， 塔底通入水蒸汽，使苯从洗油中解吸出来，脱苯后的洗油冷却后送回吸收塔塔顶。水蒸气用量为最小用量的1.2倍，解吸塔在101.3kPa、120C下操作，气液平衡关 系为Y丄3.16X。求洗油的循坏用量和水蒸汽用量（kg/h）。（1）吸收塔岭=金二鵲ST a,X厂总二甥詁0.005Y2 =（1一）岭=（1-0.95）x0.02=0.0010.02-0.001= 0.123-0.005TT-=13 -=13x0.123=0.1593丿洗油用量： = 0.1591/= 0.159x1200= 19L28kmol/h= 191.28x260= 497328kg/h吸收剂（洗油）出

19、塔浓度X. =X,+2S(y.-yJ=O.OO5+5(0.02-0.001)=0.1241- L 10.159(2)解吸塔匸=X-X_X|-X2 = 0.124-0.005 =0304l 乙丿込 YiYi “N_Y；3.16x0.124-0= 1.2x0.304=0364水蒸汽用屋:V =0.364L = 0.364x191.28= 69.70knx)l/h= 69.70x18= 12546kg/h5-43.用一填料层高度为3m的吸收塔，从含氨6% （体枳分率）的空气中回收99%的氨。 混合气体的质量流率为620kg/m： h,吸收剂为清水，其质量流率为900kg/m2h。 在操作压力101.

20、3kPa、温度20C下，相平衡关系为Y0.9X。体枳传质系数kca 与气相质量流率的0.7次方成正比。吸收过程为气膜控制，气液逆流流动。试计 算当操作条件分别做卞列改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率：（1）操作压力增大一倍；（2）液体流率增大一倍；（3）气体流率增大一倍。解：原工况：亠=丄哎=0.063811一儿 1-0.06Y2 =(1一)乙=0.01x0.0638= 6.38x107水的摩尔流率:900=50kinol/(m2 h)混合气体平均分子量：M = 0.06 xl7 + 0.94 x29 = 28.28kg / kmol62028.28(1-0.06)= 20.61

21、kinol/(m2 -h)L=呼5V =Ng挣(1-s)11-0.371ln(l 0.371)x100+0.371= 6.594H qg =Ng(1) 压力增大一倍因为 Ga X Q X p lIHJ Kya k ya = kGa- p所以压力增大一倍，Kyd不变，Hg不变”卜0.9 = 0.45A 1-Sjn人a Ki -n/X-.(1_S) +s，r, -mXS- = ls = 0.18611-0.186ln(l-0.186)x100+0.186= 5.405:.Z Hoqoq =0.455x5.405= 2.4 to(2) 液体流率增人一倍Sr = = ls = 0.186,= 5.40

22、5L 2气膜控制，Kyd不变，Hg不变/. z =oooo = 0-455x5.405= 2.46m(3) 气体流率增人一倍nj ySf = 25 = 0.742LN匕=J?42 ln(l - 0.742)x 100 + 0.742)= 12.708 KQa kQciVQ1:.Kya = PKQa x V0*73冷四= 0.455x2O3= 0.56m:.Z =HfQQN9QQ =0.56x12.708= 7.12m5-44在填料层高度为4m的常压填料塔中，用清水吸收混合气中的可溶组分。已测 得如下数据：混合气可溶组分入塔组成为0.02,排出吸收液的浓度为0.008 （以 上均为摩尔比），吸收

23、率为0.8,并已知此吸收过程为气膜控制，气液平衡关系为Y*=l. 5Xo（1）计算该塔的Hog和Nog;（2）操作液气比为最小液气比的倍数；（3）若法定的气体排放浓度必须0. 002,可采取哪些可行的措施？并任选其中 之一进行计算，求出需改变参数的具体数值：（4）定性画出改动前后的平衡线和操作线。Y2=(1-0.8)x0.02=0.004V 0.008L _ “-丫丄 _0020.004L 2= 2.773=1.442mXi X原操作线ab 新操作线ab（3）可采取的措施: a 增加填料层高度Hqq=不变（V不变，气膜控制Km不变） KvaS斗“75不变N =I7s11-0.75In (1-0

24、.75)0.020.002i-0.75= 4.715.- z =/ooAo = 1.442x4.715= 6.80m.王=竺=70%乙 4b 增人用水量新操作线ab因为V不变，气膜控制，所以Kyd不变，H。不变 又M不变，所以Ng也不变（僞呵1lSz八 K -mX=7In (1_S) +SY 2-mX.试差S = 027或由芒黯图，查得S727L=5=-75=2.78L S 0.275-45.空气和CC打混合气中含0.05 （摩尔比,下同）的CClo用煤油吸收其中90%的CCLo混合气流率为150kmol惰气/ （m：.h）,吸收剂分两股入塔,由塔顶加入的一股CCL组成为0.004,另一股在塔

25、中一最佳位置（溶剂组成与塔内此截面上液相组成相等）加入，其组成为0.014,两股吸收剂摩尔流率比为1： lo在第二股吸收剂入II以上塔内的液气比为0.5,气相总传质单元高度为lm,在操作条件下相平衡关系为Y0.5X,吸收过程可视为气膜控制。试求：（1）第二股煤油的最佳入塔位置及填料层总高度；（2）若将两股煤油混合后从塔顶加入，为保持回收率不变，所需填料层高度为 多少？（3）示意绘出上述两种情况卞的操作线，并说明由此可得出什么结论？解：（1）31X = 005与=(1-)岭=0.05x0.1 = 0.005 在上半段进行物料衡算：v(y1-y2)=L1(xi-x21)因为最佳位置进入，所以X 1

26、=X22 =0.014岭一 X21)=0.005+ 0.5(0.014- 0.004)= 0.01=Y2-mX2i = 0.005- 0.5 x 0.004= 0.003= AK2 =0.0030.0H).0050.003= 1.66735见戸m ?上=Hog上“8 b = l667m 在卞半段进行物料衡算：v(r1-y;)=L(x1-x22)10.5x2(0.05-0.01)+0.014=0.054SY = Y-mXl =0.05-0.5x0.054=0.023乙=0.003必 匸0.003严 0.0098202%,00AT=00)009)821 = 4,073气膜控制，V不变，不变，所以Hg不变乙下=1x4.073= 4.073m:乙=乙 |. + 乙下=1.667+4.073= 5.74m 当两股吸收剂混合进料时X 0.014+0.004= 0 009 2出口: %； = K(v-yj+x； = L_(0.05-0.005)+ 0.009= 0.054 L 2x0.5人=人一= 0.005- 0.5 x 0.009= 0.0005的=匕一加X1 = OO23=- = 0.00588Aoooy乙=H 8 N qq = 7.653m（3）见图。由此可见，吸收剂混合后进塔，操作线靠近平衡线，传质推动力下降，故所需填料层高度较高。不同浓度的两股吸收剂之间混合与分离的目的是背道而驰