化工原理第五章吸收课后习题及答案

1、第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO的混合气体中，CO的体积分数为20%求其摩尔分数y和摩尔比Y 各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，y 02摩尔分数摩尔比 Y 工 0.20251 y 1 0.2【5-2】20c的100g水中溶解lgNH3, NH在溶液中的组成用摩尔分数X、浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？解 摩尔分数 x 1/17=0.01051/17 10*8浓度c的计算20 C,溶液的密度用水的密度s 998.2kg/m3代替。溶液中NH的量为 n 1 10 3/17kmol溶液的体积 V 101 10 3 /998.2 m33溶液中 NH3 的浓度 c =J=0.581km

2、ol/m3V 101 10 3/998.2s 998.23或 c x 00105 0.582kmol/mMs 18NH与水的摩尔比的计算1 /17X00106100/18x 0.0105或 X 0 01061 x 1 0.0105【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH的体积分数为10%吸收率为90%求离开吸收器时NH的组成，以摩尔比 Y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为被吸收的溶质量Y1 Y2 . %1原料气中溶质量Y1Y解原料气中NH的摩尔分数y 0.1摩尔比 Y y- -0 0.1111 V11 0.1吸收器出口混合气中 NH3的摩尔比为Y2 (1)Y1 (1 0.9) 0.111 0.01

3、11摩尔分数y2 _2L = _0i0HL 0.010981 Y2 1 0.0111气液相平衡【5-4 l00g水中溶解lg NH3,查得20c时溶液上方 NH3的平衡分压为798Pa。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa)、溶解度系数H单位为kmol/(m3 kPa)和相平衡常数 m总压为100kPa。液相中NH 3的摩尔分数x1/171/17 100/180.0105气相中NH3的平衡分压P* =0.798 kPa亨利系数E p*/x 0.798/0.0105 763液相中NH3的浓度30.581 kmol/mn 1 10 /17C3V 101 10 3 /9

4、98.2溶解度系数 H c/p* 0.581 /0.798 0.728kmol/(m3 kPa)液相中NH3的摩尔分数1/17x 0 01051Z7 100/18气相的平衡摩尔分数y* p*/p 0.798400相平衡常数m y* 一0798 0.76x 100 0.0105或 m E/p 76/100 0.76【5-5】空气中氧的体积分数为21%试求总压为101.325kPa,温度为10c时，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10c时氧在水中的溶解度表达式为p* 3.313 106x,式中p*为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa; x为溶液中氧的摩尔分数。解 总压 p 101.325 kP

5、a空气中。2的压力分数pjp体积分数 0.21空气中。2的分压pA 0.21 101.325 kPa亨利系数E 3.313 106 kPa(1)利用亨利定律pA Ex计算与气相分压Pa 0.21 101.325kPa相平衡的液相组成为* 一一， pA 0.21 101.32562 / 俨x - - 6.42 10 kmol O/kmol 溶液E3.313 106此为1kmol水溶液中最大可能溶解 6.42 10 6kmol O 2因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol水溶液1kmol水=18 kg水10C,水的密度999.7kg/m3故 1kmol水溶液18/999.7m3水即8-m3水中最大可

6、能溶解 6.42 10 6kmol氧999.7故1m、.、pAH(203 0.015) 0.6932.11 kmol NH 3/m 溶液【5-7】温度为20C,总压为0.1MPa时，CO水溶液的相平衡常数为1MPa时，相平衡常数 m为多少？温度为 20c时的亨利系数 E为多少MPa?水中最大可能溶解的氧量为6.42 10999.743.57 10 kmolQ2183.57 10 相平衡常数m与总压p成反比,p 0.1MPa 时 m 1660, p' 1MPa 时 32 1.14 10 2 kgQ2 11.4g Q2(2)利用亨利定律pAcA计算H999.7H 市一3.313 106 1

7、8=1.6765310 kmoK m kPa1m3水中最大可能溶解的氧量为* _ _ _ _ _ _ _ _ _ pAH(0.21 101.325) (1.676543、10 ) 3.57 10 kmol Q2/ m 溶液3.57 10 4 32 1.14 10 2 kg Q211.4g。2【5-6】含NH体积分数%勺空气-NH3混合气，在20c下用水吸收其中的NH总压为203kPa。NH在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下白亨利系数 E 80kPa。试求氨水溶液的最大浓度，kmol NH/ m3溶液。解气相中NH3的摩尔分数y 0.015总压 p 203kPa,气相中 NH3 的分压 p

8、A py 203 0.015kPa(1)利用亨利定律p* Ex计算与气相分压p相平衡的液相中NH的摩尔分数为* _ _ _ _ _ .x 2 203 0.015 0.0381E 80NH3水溶液的总浓度sMs998.23kmol / m 18水溶液中NH3的最大浓度998.2 ,cx 0.0381182.11kmol NH3 /mf溶液(2)利用亨利定律pa多计算一。998 2 3 _80kPa, H= 982 =0.693 kmol/(m 3 kPa)Cam=166Q若总压为EMs 80 18m' m = 1660 01=166P亨利系数E mp m'p'166 MP

9、a【5-8】用清水吸收混合气中的收后混合气中含 NH3的体积分数为NH,进入吸收塔的混合气中，含 NH3体积分数为6%吸%出口溶液的摩尔比为 0012kmol NHJkmol水。此物系的平衡关系为Y* 0.76 X 。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少?解 已知0 0.06 ,贝U Yy1/ 1 y10.06/ 0.94 0.0638已知 V2 0.004 ,贝U Y2 0.004 / 1 0.004 =4.02 103已知 X1 0.012 ,贝U Y* 0.76 0.012 0.00912已知X20 ,则丫2* 0塔顶气相推动力丫2 丫2 Y；=4.02 10 3塔底气相

10、推动力Y Y Y1*0.0638 0.00912 0.0547【5-9】 CO分压力为50kPa的混合气体，分别与 CO浓度为0.01kmol/m3的水溶液和CO 浓度为0.05kmo|/m3的水溶液接触。物系温度均为25C ,气液相平衡关系P* 1.662 105xkPa。试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明CO在两种情况下属于吸收还是解吸。3解 温度t 25C ,水的密度为 s 997kg / m混合气中CO的分压为p 50kPa97.水溶液的总浓度 c - - kmol / m水溶液Ms 18（1）以气相分压差表示的吸收推动力液相中CO的浓度ca

11、0.01kmoi CO/m3水溶液液相中CO的摩尔分数x cA/c 0.01 =1.805 10 4997/18与液相平衡的气相平衡分压为p* 1.662 105 x 1.662 105 1.805 10 4 30kPa气相分压差表示的推动力p p p* 50 30 20kPa （吸收） 液相中CO的浓度cA 0.05kmol/m3水溶液997/18液相中CO的摩尔分数x Ca /c 0.059.027 10与液相平衡的气相平衡分压为554. _p* 1.662 10 x 1.662 10 9.027 10 150kPa气相分压差表示的推动力p p* p 150 50 100kPa （解吸）（

12、2）以液相浓度差表示的吸收推动力与气相CO2分压p 50kPa平衡的液相组成为* p501 X551.662 101.662 10平衡的液相浓度液相中CO的浓度cA 0.01 kmol CO2/m3水溶液液相浓度差表示的推动力为3c cA cA 0.01666 0.01 0.00666kmol/m（吸收）液相中CO的浓度cA 0.05 kmol CO2/m3水溶液液相浓度差表示的推动力为 3c cA cA 0.05 0.01666 0.0333kmol / m （解吸）吸收过程的速率【5-10如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25C,在管的上口有大量干空气（温度25C,总压流过，管

13、中的水汽化后在管中的 空气中扩散，扩散距离为l00mm。试计算在稳定状态下的汽化速率，2 、kmol/（m s）。解 25c时水的饱和蒸气压为3.2895kPa习题5-10附图从教材表5-2中查得，25C, 101.325kPa条件下，HO在空气中的分子扩散系数 D 0.256cm2 /s 0.256 10 4 m2/s。扩散距离 Z 100mm 0.1m,总压 p 101.325 kPa水表面处的水汽分压pA1 3.2895kPa空气分压pB1p pA1 101.325 3.289598.04 kPa管上口处有大量干空气流过，水汽分压pA2 0空气分压 pB2 101.325kPa空气分压的

14、对数平均值为pB2 pB13.2895pBmY n25 "Paln ln Pbi98.04pA2_ _ 40.256 108.314 298 0.1101.32599.83.2895 0723.45 10 kmol / m s水的汽化速率NaD p PA1RTZ PBm4.02 104【5-11】 用教材图5-10(例5-4附图)所示的装置，在温度为48C、总压力为101.325kPa条件下，测定CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。48c时，CCl4的饱和蒸气压为，液体密度为1540kg/m3。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm,终了为3cm, CCl4的蒸发时间为1.5

15、56 104 s。试求48c时，CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。解 计算48c时CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为 2_ 2RT Z ZoCP2 PM lnoP PA已知CCl4液体密度1540 kg/m348c时CCl4的饱和蒸气压pA 37.6kPa总压 p 101.325kPa, T 273 48 321K开始 Zo 2cm,终了 Z 3cmCCl4的蒸发时间1.556 104sCCl4的摩尔质量 M 154 kg / kmol摩尔气体常数R 8.314 k.J<kmol K)已知数据代入计算式，得扩散系数D 0.0912cm2/s【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合

16、气中的溶质A,吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5kPa,液相中溶质A的摩尔分数为。气膜传质系数kY 2.5 105kmol/(m2 s),液膜传质系数kX3.5 103kmol/(m2 s)。气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数m 0.7。总压为 101.325kPa。试求：(1)气相总传质系数 Ky ,并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质 A的传质速率Na 。解(1)气相总传质系数KY4 104 2 102L J _m10.7KYkYkX2.5 10 5 3.5 10Ky 2.488 10 5kmol/ m2 s气膜阻力 1/kY 4 104 (m2

17、 s) / kmol ,液膜阻为 m/ kx 2 102(m2 s)/kmol。4气膜阻力与总阻力的比值为解最小液一-比- Y 的计算 G minX1 X2V10 09y1 0.09, Y1 -=.=0.0989 y1 1 0.090.95,Y2(1)Y11 0.95 0.09890.00495吸收剂为水，X2 0 ,总压p 100kPa原料气中 SQ 分压 PSO2py1 100 0 09 9kPa旦4 10 4 0.995 ,为气膜控制。1/ Ky 4.02 10(2)传质速率NAYpA 50.0519p Pa 101.325 5x 0 015X 10.0152, Y* mX 0.7 00

18、152 00106x 1 1 0,015NA Ky Y Y* 2.488 10 5 0.0519 0.0106 1.03 10 6 kmol/ m2 .s【5-13根据Pa py, pi py及Ca cx, G cx ,试将传质速率方程NakG(PaPi)kL GCa变换成 Na ky yyikxxix 的形式。ky与kG、kx与kL 有何关系。解 Na kG Pa PikG py pyi =pkG y y ky y y式中ky pkGNA kLcicAkLcxicxckLx xkx(xx)式中kx ckL吸收塔的计算【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%勺SQ ,其余视为惰性气体

19、。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SQ的95%吸收塔的操作温度为30 C,压力为100kPa,每小时处理的炉气量为1000m3(30C、100kPa时的体积流量),所用液-气比为最小值的倍。求 每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为液相中SQ溶解度/kg SQ100kg(H2O)气相中SQ平衡分压/kPa从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0868 kgSO100kgH2。换算为摩尔比最小液-气比用水量计算*Ximin0.868/64100/1832.44 10YY20.0989 0.00495* 38.5Xi X20.00244L/G 1.2 G1.2 38.5 46.2min已知炉

20、气流量 1000 m3 / h (30C,100kPa)标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4 m3/kmol（ 273.15K,101.325kPa）炉气的摩尔流量为1000273.15303.151001101.325 227439.7kmol/ h惰性气体流量G 39.7(1 009 36.1kmol/h吸收用水量L 46.2 36.1 1668kmol/h18 1668 3 104kg /h出塔水溶液的组成v Y1 Y20.0989 0.004953X1 2.03 10L/G46.2【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20c条件下吸收混合气体中的CG,将其组成从2%

21、条至 （摩尔分数）。20c时CO水溶液的亨利系数 E 144MPa。吸收剂用量 为最小用量的倍。试求：（1）液-气比L/G及溶液出口组成 X1。（2）试求总压改为1MPa时的 L/G 及 X。解(1)总压p 0.1MPa时L/G及X1丫 V、 0.02 Y1 V110.02m E/ p 144/0.1L Y YG min Y1/m X2-1.2 -1.2G G刀所GX1 X2 Y %L0.02041, Y2 0.001, X214400.02041 0.001 13690.02041/1440 01369 16430.02041 0.0010 1.18164310-5(2)总压p 1MPa时的

22、L/G及X1m E/ p 144/1 144(L/G)mm136.90.02041 0.0010.02041/144L/G 1.2(L/G)min1.2 136.9 164.30.02041 0.001X1164.3一 一 41.18 10从上述计算结果可知,总压从增大到1MPa溶液出口组成从1.18 105增加到1.18 10 4O【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%入塔的混合气中含苯2% （摩尔分数）；入塔的煤油中含苯 （摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的倍，操作温度为50C,压力为100kPa,相平衡关系为Y* 0.36X ,气相总传质系数KYa 0.015km

23、ol/（m3 s）。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol/（m2 s）。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。解（1）气相总传质单元高度Hog计算入塔混合气的流量G'20.015 kmol/(m s)V10.02,KYa0.015 kmol/惰性气体流量G G'1 V10015Q Q21 0020.0147kmol/(m s)H £KYaQ0.01470.98 m0.015(2)气相总传质单元数Hog计算Vi1V10.020.9800204 ,回收率0.99X20.0002, X20204 1 0 99 =

24、 2 04 .X2 0.000210 4吸收因数法计算NogX1Y/ m 0.0204/0.36 0.05671.5 -1.5G minYiY2*XiX21.5。0204。000204 0.5360.0567 0.0002mGLNOG1kln.mG1 LmGLmX2Y2mX2mGL0.36-0.6720.5361 In 1 0.67212cc” 0.0204 0.36 0.00020.672-0.6720.000204 0.36 0.0002对数平均推动力法计算NOGLY Y2GX1X2X1Y Y2X2L/G0.0204 0.0002040.536Y2mX1mX2Yi0 360 36.-一*Y

25、i0 0379 0 0136.0 0002 0 000072.0204 0 0136 6 8 10 3.3_30 204 100 072 100 132 10 3Ym一Y2Y26.8 10 3 0.132 10 3 1.69,6.8-ln,0,132103NogY Y20.0204 0.000204Ym1.69 10 3120.0002 0.0379(3)填料层高度Z计算Z H og Nog0.98 12 11.8m【5-17】混合气含 CO体积分数为CO的体积分数降到 %水溶液出口组成(按标准状态，273.15K, 101325Pa),10%其余为空气。在 30C、2MPa下用水吸收，使Xi

26、 6 10 4 (摩尔比)。混合气体处理量为 2240m3 / h塔径为1.5m。亨利系数E 188MPa,液相体积总传质系数KL a 50kmol,(m3 h kmol / m3)。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解(1)用水量计算V1 0.1, Y 01 0,111, Y2 0005,%0005 5.03 10 3, X1 6 10 4 , X2 00.90.995混合气流量 G 24° 100kmol/ h22.4惰性气体流量G G'1 y1100 1 0.1 90kmol/h用水量 l GY_J gOQ111 O；00503) 1,59 104kmoi/hX1

27、X26 101.59 104 18 2.86 105 kg/h(2)填料层高度Z计算水溶液的总浓度c s/Ms 995.7/18 55.3kmol /m3体积传质系数KXa cKLa 55.3 50 2765 kmol /(m3 h)液相总传质单元高度L1.59 104H OL KXaQ 2765 _ (1.5)23.26m对数平均推动力法计算Nol气液相平衡常数m E 188 94P 2X1 Y/ m 0.111/94 1.18 10 0 1 18 10 3 1.879 r3 6 101 18 10填料层高度Z Hol Nol 3.26 2.73 8.9m 【5-18】气体混合物中溶质的组成

28、Y 0.02 （摩尔比），要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y* 1.0X。（1）试求下列3种情况下的液相出口组成 X1与气相总传质单元数Nog （利用教材中图5-23）,并迸行比较，用推动力分析Nog的改变。3种情况的溶质回收率均为99%入塔液体为纯吸收剂，液-气比L / G 2.0;入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G 1.2;入塔液体中含溶质的组成X2 0.0001 （摩尔比），液-气比L/G 1.2。（2）入塔液体为纯吸U剂，最小液 -气比（LZG）min 0.8 ,溶质的回收率最大可达多少？解（1）求X1与Nog-*X2Y2/m0.00503/945 35 10 5X1XiX1

29、1 18 10 3 6 10 4= 51.8 10X2*X2一一55X2 5 35 100 5 35 102.XmXilnX2 X x158 10 5 5.35 10 55,58 10ln55.35 10=2.20910 4液相总传质单元数NolX1 X2610 4 0Xm _ 42 209 102 72吸收因数法计算nolLmG1.59 10494 901.879, *1d L X2 X1 LOLln1 - *LmG X1 X1 mGln1 1 8791 8792 73 mG丫 1 0.99 0.02 0.0002 X20, LyG 2, LZ mG 2YL- 0.0002 0 Q01 查图

30、 5-23,得 Nog 7.8Y mX20.02 00GL 2L2L 2 0.02 0.0002Xi 0.0099G Xi X2Xi 0X2 0,LZG 1.2, L/mG 1.2YmX2Y mX20.01查图 5-23 ,得 Nog 171.20.02 0.0002X1 0 X2 0.0001, L/GX10.01651.2, L/ mG 1.2YmX2Y mX20.0002 0.000135.03 100.02 0.0001查图 5-23 ,得 Nog 210.02 0.00021.2 X1 0.0001X1 0.0001 0020 0002.-0.01661.2计算结果比较:与比较,X2

31、相同，L/G减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小。为达到一定的溶质回收率要求(即达到一定的丫2要求)，Nog需要增大，同时X1也增大了。与比较，L/G相同，使X2增大，即操作线斜率相同，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，Nog增大，同时X1也增大了。(2) X2 0, (L/G)min 0.8 ,(L/G)min 0.8m当液体出口组成 X1与气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即X* YZmmm回收率YL2 0 8 L / G min 0 8.Y1mGm溶质的回收率最大可达 80%【5-19】某厂有一填料塔，直径 880mm填料层高6m,所用填料为50mms拉西环，乱

32、堆。每小时处理 2000m3混合气(体积按 25c与101.33kPa计)，其中含丙酮摩尔分数为 5% 用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为塔底送出来的溶液，lkg含丙酮61.2g。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数La。操作条件下的平衡关系为Y*2.0X。3m,可以多回收多少丙酮?上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮？若把填料层加高解（1）计算体积总彳质系数 Kya先从已知数据求 NOG相平衡常数m 2Vi0.05yi0.05, Y 0.0526,1 yi1 0.05000263V20.00263,一.0002641 0.00263X2 0塔底排出的水溶液, 丙酮的摩尔质量为每

33、 1000g含丙酮61.2g58kg / kmolX161.2/58(1000 61.2)/180.0202传质单元数 NOG丫2VrnY Y20.0526 0.00264X1X20.0202 02.47L 2.47 mG 21.24Y1%* 0 0502 .丫 丫20.0526 0从教材图5-23查得NOG8丫1丫1X丫2*,丫 丫In r丫2 丫20 0526 0 00264 .8 0 0526 2 0 02020 00264 0.0 0526 2 0 0202In 0 00264 0.NOG也可用吸收因数法计算* _丫2 丫20.00264 0或用计算式求出NOGmGL20.812.47

34、mGL*丫1丫2mG*丫2 丫2 L1NOG -In1 mGL11 0.81In1 0.810.0526 0 八一0.810.00264 0已知填料层高度Z 6m,计算HOG 6 0.75NOG8再从式 H OG G计算Ky a Ky a Q惰性气体流量 G 2000 (1 0.05) 2000 0.95 m3Z h (20 C ,101.33kPa)理想气体在273K、101.325kPa时的摩尔体积为 22.4 m3/kmol在298K、101.325kPa下的摩尔体积为298322 4 24 45m / kmol273八 2000 0.95 -G =77.7kmol/h,塔径 Dt 0.

35、88 m24.45塔截面积Q DT 0.88 20.608m244体积总传质系数QaG 77.7Hog 075 06083170kmol / (m h)(2)每小时丙酮回收量为G Y Y2 = 77 .70.0526 0.002643.88kmol/h58 3.88 225kg / h填料层加高3m, Z 6 3 9 m, H0G0.75NOGZHOG90.7512, 1.24mGY'从教材图5-23查得 ,0023YY'2 0.023 Y 0.023 0.0526 0.00121填料层Z 9m时，丙酮的回收量为G(Y Y'2) 77.7 0.0526 0.00121

36、= 3 .99kmol/h多回收丙酮3.99 3.88 0.11kmol/h也可以如下计算G(Y2 Y'2) 77.7 0.00264 0.001210.111kmol/h【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A,以逆流方式操作。进入塔底混合气中溶质 A的摩尔分数为1%溶质A的吸收率为90%此时，水的流量为最小流量的倍。 平衡线的斜率m=l。试求：(1)气相总传质单元数 Nog ; (2)若想使混合气中溶质 A的吸收率 为95%仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度hog不受液体流量变化的影响。此时，可调节什么变量，简便而有效地完成任务？试计算该变量改变的百分

37、数。解已知 V1 0.01,08, m 1, X2 0Y Jy 0.010.0101, y21 y (1-0.9) 0.0101 0.001011 y11 0.01(1)计算气相总传质单元数 NogY Y2Y Y2*min X1X2Y1 / mX20.0101 0.00101 0,90.0101/1 0L1.5 - G1.50.91.35minLmG1.35"V1.35NogTln1 mG匚mG匚mX2Y2mX2mG L11 3511350 0101 0.0 00101014 64.1 35.(2)要想使吸收率从90观高到95%填料层高度Z HogN0G对于已有的填料塔，其填料层高度

38、已定,可增大吸收剂用量吸收剂用量改变不会改变Hog。因此，Nog不会改变，仍为Nog 4.64 。新工况下,Y'21 丫 1 0954_4 _400101 5.05 10Y'2 mX2Y1mX25 05 10 40 05 .0 0101用 Nog 4.64与Y'2 mX2 0.05,从图 523 查得YmX2L3L2.1, m=1,故一2.1 mGG为了使吸收率从90砒高到95% L/G需要从增加到，增加的百分数为2 1 1 35100 55.5%1.35用清水吸收烟道气中的CO, CO的组成为【5-21某填料吸收塔的填料层高度已定,(摩尔比)，余下气体为惰性气体，液一

39、气比为180,吸收率为 95%操作温度为30C,总压为2MPa CO水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算下列3种情况的溶质吸收率、吸收液(塔底排出液体)组成X1、塔内平均传质推动力Ym,并与原有情况进行比较：(1)吸收剂由清水改为组成为(摩尔比)的CO水溶液；(2)吸收剂仍为清水，操作温度从30 C改为20C； (3)吸收剂为清水，温度为 30 Co由于吸收剂用量的增加，使液 -气比从180增 加到200。解总压 p 2MPa, Y 0.1(1) X2 0 改为 X'2 0.0001新工况的Y2计算此时，Hog -不会改变，因填料层高度Z为一定值，所以Nog 不变。KyaaHo

40、g原工况Nog新工况N'ogIn mGLTln1 mGTmGmGYmX2mGY2mX2Y mX '2Y'2 mX'2mG因NogYmX2丫mX2Y1mX '2Y'2 mX2Y 0.1,Y2 Y(1)0.1 (10.95) 0.005X2 0, X'2 0.0001查得30 c时CO水溶液的E188MPam E/ p 188/2 94将上述数据代入式（a）0.1 00.1 94 0.00010.005 0 Y'2 94 0.0001Y'20.0139解得新工况的吸收率Y'2/Y1 0.0139/0.10.861吸收液

41、组成计算已知L/G 180原工况X1GL Y1 Y20.0050 0.000528180新工况X '1G一 Y1 Y '2L0.1 0.0139X'2 0.0001 0.000578180平均传质推动力的计算方法按原工况计算nogmG/ L94/180 0.52221.Nog In 11 0 52220 52220 1 0. 0 52224 84.0 005 0原工况YmY1丫20.1N'og新工况Y'm方法原工况_ _ _ _ _ _ *丫2 = Y2 -Y2 =Ym新工况Nog4.84Y Y'2N 'og-* _ _YY1mX0.00

42、50.01964.840.1 0.01390.01784.84mX10 1 94 0 000528 0 05037I .0 005-00 005个驾0-0196 n 0.005mX2 0 1 94 0 000578 0 045672.Y2 Y mX2 0.0139 94 0.0001 0.0045YmYY21n0.04567 0.0045彳 0.045671n一0.00450.0178从上述计算结果可以看出: 当吸收剂组成 由X2 0增加到X； 0.0001时，传质推动力由Ym 0.0196降为 Ym 0.0178溶质吸收率由0.95降为,0.861吸收液组成由X1 0.000528增至X1

43、0.000578对现有吸收塔，吸收剂入塔组成增大，使传质推动力降低，而导致溶质吸收率下降。NOG如果不需要计算平均传质推动力的数值，而只需对比，则可如下计算。NOG新工况Ym原工况Ym''.YY2/NOGYY0.1 0.0139；- 0.906YY2/NOGYY0.1 0.005(2) X2 0,操作温度从30 c改为20 c查得20c时CO水溶液的E 144 MPam E/ p 144/2 72新工况的丫2计算mG Z2 0.4L 180原工况 NOG 4.84 （前面已计算）新工况NOGmG1nmGLYmX2Y2mX2mG10 1 01n 0.6 - 0.40.6Y2 0因

44、 NOG NOG 4.844 84.10.061 n 0.6 Y22 904.0 061n 0 4 .Y22 904.e0.06Y20.4Y20.00336新工况的吸收率1 丫2/丫1 0.00336 / 0.1 0.966吸收液组成计算原工况X1 0.000528（前面已计算）, G 0.1 0.00336新工况X1_ Y1 丫2X2 0 0.000536'L '22180平均传质推动力计算原工况匕工卡0.0196 （前面已计算）因 Nog Nog 4.84新工况YmY1 Y20 1 0 00336 Nog4 84.0 02.习题5-23附图从上述计算结果可知，对现有吸收塔，

45、当操作温度降低，平衡线斜率减小（即 m减小），传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。 X2 0 ,温度 30 C, m=94原工况新工况L/G新工况的Y2计算原工况N0G新工况N0G因NogL/G 180 mG/L 94/180 0. 522200 mG/L 94/2001 小n1 mG1mGL4.84 （前面已计算）LY mx2mGY2 mX2LNog 4.840. 4710 1 04 84 1 n 1 0 47 0 471 0.47Y2 0解得Y2 0.00423新工况的吸收率'1 Y2 /Y1 1 0.00423/ 0.1 0.958吸收液组成计算原工况X1 0.000528（前

46、已计算）' G 0.1 0,00423新工况X1 （丫 Y2） X2 0 0.0004792200平均传质推动力计算原工况YmYY20 1 0 005NOG4 840.0196前已计算）新工况 Nog Nog 4.840 1 0 00423N og.0 0198.4 84.从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当吸收剂用量增加，操作线斜率增大，传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。【5-22】有一逆流操作的吸收塔，其塔径及填料层高度各为一定值，用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G吸收剂清水流量 L及操作温度与压力分别保持不变，而使进口混合气体中的溶质组成Y1增大。试问气相总传质单

47、元数 NOg混合气出口组成 Y2、吸收液组成X1及溶质的吸收率 Y将如何变化？并画出操作示意图。解填料层高度Z已定，且气象总传质单元高度H OG不变，故KYaQ物系一定，操作温度及压力不变， 故气液相平衡常数 m一定，且G及L不变，故L/Gm定。因NOgM L/Gm各为一定值，从教材中 NO4勺计算式（5-76）或图5-23可知Y2 mX2为Y mX2定值。且吸收剂为清水，故 X2=0,则"为一定值。即随着 Y的增大，Y2按一定比例增大。 Y如习题5-22附图所示，气相进口组成由Y1增大到丫1,则气相出口组成由Y2增大到y2 .操作线斜率L/G不变，因Y1增大到丫1,附图中的操作线由

48、 TB线平行上移为 T B线。T B线与水平的等丫线交垫木It坐标X1为新条件下的液相出口组成。即吸收液组成由X1增大到 X1。 '由第问的分析结果可知Y2-二二一定值，故吸收率1 Y2不变。习题5-22附图解吸塔计算【5-23】由某种碳氢化合物 （摩尔质量为113 kg / kmol）与另一种不挥发性有机化合物（摩尔质量为135kg/kmol）组成的溶液，其中碳氢化合物占8%（质量分数）。要在100C、101. 325kPa （绝对压力）下，用过热水蒸气进行解吸，使溶液中碳氢化合物残留（质量分数）以内，水蒸气用量为最小用量的2倍。气液相平衡常数 m=,填料塔的液相总传质单元高度HOl

49、= 0.5m。试求解吸塔的填料层高度。XiX2*L min Y_ 一*Y1mX10 5260 104 0 0547mGMl2min0.104 0.00239 3.720.0547 00.0526 3.720.511，1n1 mGLmGX1Y2/mX2 Y2 /mLmG1 1n1 0,5110.1040.511-0.5116.30.00239Hol Nol 0.56.3 3.15m传质系数计算和吸收剂部分循环【5-24】 现一逆流吸收填料塔，填料层高度为8m,用流量为100kmol/ （ m2 - h）的清水吸收空气混合气体中某溶质，混合气体流量为600Nn3/ （花 h）,入塔气体中含溶质（摩尔分数，下同），实验测得出塔气体中溶质的吸收率为95%。已知操作条件下的气液相平衡关系为丫=。设吸收过程为气膜控制。（1） 计算该填料的气相总体积传质系数；（2） 吸收过程中，将吸收后吸收液的50%送入解吸塔解吸后循环使用，解吸后的液体含氨，若维持进吸收塔总液体量不变，计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶加入情况 下