化工原理吸收课后答案解析

1、第二章吸收习题解答1从手册中查得、25c时，若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3 kPa)及相平衡常数R1解：求H由RH3C.求算.3 H已知：Pnh30.987kR .相应的溶液浓度Cnh3可用如下方法算出：以100g水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为31000kg/m .则:13Cnh31007 1 0.582kmol / m1000Cnh30.5823H -0.590kmol/(m kPa)Pnh30.987yNH3yNH3(2).求m .由XNH3mNH3XNH3Pn

2、h30.9870.00974P 101.3317- 0.010510017180.009740.01050.928yNH3 m-Xnh32:、10c时，氧气在水中的溶解度可用 p02=x 106X表示。式中：Po2为氧在气相中 的分压,kPa、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接 触后的水中，每立方米溶有多少克氧.解：氧在空气中的摩尔分数为0.21.故PO2 PyO2 101.33 0.21 21.28kP>P0221.28XO 623.31 106 3.31 1066.43 106因XO2值甚小,故可以认为X X即：XO xO 6.43 1066.43 10 6

3、325 kg(O9)所以：浴解度1.14 10 52)11.4g(02)1 18kg(H2。)m3(H2。)3.某混合气体中含有2%体积）CQ,其余为空气。混合气体的温度为 30C，总压强为。从手册中查得30c时C02在水中的亨利系数E=，试求溶解度系数H（kmol/（m-kPa）及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO。解：（1）.求H由H 求算EMh2oH EMH2O1000435 2.955 10 kmol/(m kP)1.88 1 05 1 8(2)求 m1.88506.6出371(2)当 y0.02时.100g水溶解的CO2PCO2 X506.6 0.02

4、10.13kPa足。210.135 5 5.39 10E 1.88 10因x很小，故可近似认为X x5 kmol(CO2)5X 5.39 10 5 -5.39 10 5kmol(H2O)(44)C0118 kg(H2。)4 kg(CO2)1.318 10kg(H2O)故100克水中溶有CO2091318gCO24一在、0c下的Q与CO混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距 0.2cm的两截面上Q的分压分别为和，又知扩散系数为0.185cm2/s,试计算下列两种情况下Q的传递速率,kmol/(m 2 - s):(1) O 2与CO两种气体作等分子反向扩散；(2) CO气体为停滞组分。解：(1

5、)等分子反向扩散时O2的传递速率Na-(Pm %)RTZD 0.185cm2/s 1.85 10 一浅盘内存有2mnB的水层，在20c的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中 假定扩散始终是通过一层厚度为 5mm勺静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气 分压为零。扩散系数为x 10-5m/s,大气压强为。求蒸干水层所需的时间。解：这是属于组分(A)通过停滞组分的扩散 已知扩散距离(静止空气膜厚度)为Z 5 103m.水层表面的水蒸气分压(20oC)的饱和水蒸气压力为PA1 2.3346kPa静止空气膜层以外；水蒸气分压为Pa2 0D 2.6 10 5m2/s,P 101.33kPa.T 273 20

6、293Km2/s.T 273KP 101.325kPa.Z 0.2cm 2 10 3mPA1 13.33kPa.PA2 6.67kRNa1.85 108.314 273 2 10 3_52(13.33 6.67) 2.71 10 5(kmol/m2 s)DPNa(Pai PA2)RTZPBmA2,523.01 105kmol/m2 s里ln曳RTZPbiNaDPRTZPBm巳2)一_ _ 5_ 一一2.6 10 5 101.338.314 293 5 10-ln3101.33101.33 2.3346(2) O2通过停滞CO的扩散速率51.85 10101.33 , 101.33 6.67ln

7、8.314 273 2 10 3101.33 13.335.03 10 单位面积上单位时间的水分蒸发量为kmol/(m2 s)故液面下降速度Na MaL5.03 10 6 18998.29.07 10 8m/s水层蒸干的时间5 10 3dh/d9.07 1082.205 104s 6.125h6.试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0C、时氨和氯化氢在空气中的扩散 系数D(m2/s),并将计算结果与表2-2中的数据相比较。解：(1):氨在空气中的扩散系数.查表2.4知道，空气的分子体积：3,Vb 29.9cm /mol氨的分子体积：3 .VA 25.8cm /mol又知 M B 29g / m

8、ol.M A 17g/molMaxwea: Gilliland 式计算.则0oC.101.33kR 时，氨在空气中的扩散系数可由Dnh35210614 105m2/s4.36 105卬步吊虻101.33 (25.8)1/3 (29.9)1/3同理求得 _ _ 52DHCl 1.323 10 m /s7.在、27c下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 H=(m kPa),气膜吸收系数 kc=x 10-5kmol/(m2 s - kPa),液膜吸收系数 kL=x 10-5kmol/(m2 kmol/m3)。试求总 吸收系数KG,并算出

9、气膜阻力在总阻力中所占百分数。.解：总吸收系数1152KG - 1.122 10 kmol /(m s kPa)1111_ 5_ 5kGHkC 1.55 101.955 2.08 10气膜P助在点P助中所占百分数.1/kG1/% 1/ HkC1.1221.5572.3 oo8.在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27c，压强。稳定操作状况 下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5 kPa,液相中甲醇组成为m3。试根据上题中 的有关数据算出该截面上的吸收速率。解：吸收速率Na Kg（巳Pa）由上题已求出 kG 1.122 10 5kmol/(m2 s kPa)又知：H 1.955kmol/（m

10、3 kPa）则该截面上气相甲醇的平衡分压为PAC/H 2.11/1.9551.08kPa.PA 5kPa._5_52则NA 1.122 10 5 (5 1.08) 4.4 10 5kmol/(m2 s) 、0.1583kmol/(m2 h) 9:在逆流操作的吸收塔中，于、25c下用清水吸收混合气中的 HS,将其组成由2%窜至（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数E=x 16kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍，试计算操作液气比L及出口液相组成Xi若压强改为V1013kPa,其他条件不变，再求L手及Xi。V解：（1）求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成545E 5.52 10

11、4 m P 101.33Y1小1 Vi0.021 0.020.02040.0204 0.001_518 0.0204/5451.2 518 622、,y20.001Y220.0011 y21 0.001X2 0最小液气比 m操作液气比为V 1.2 （"缶所 出口液相浓度VXi X2 L(丫，)1 50(0.0204 0,001) 3,12 10 5622(2):求1013kB下的操作液气比及出口液组成5.52 1041013545则：51.8L Y Y2 0.0204 0.0001 ()min qV X X 0.0204/545m- 1.2 51.8 62.2V出口液相组成：V14X

12、1 X2 (Y1 Y2) 0(0.0204 0,001) 3,12 10 4L62.211,在下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为，混合气体于40c下进入塔底，体积流量为0.556m3/s,空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为理论最小用量的倍，氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYa的平均值为 kmol/(m 3 s)。在操作条件下的气液平衡关系为 Y* 2.6X ,试求塔径及填料层高 度。解:-0.1丫 0.11111 0.1Y2 Y(1) 0.1111 (1 0.95) 0.005555X2 0.minL0.1111 0.005555X20.11112.62.47

13、1.12.47 2.72X1V (Y Y2)X22.72(0.11110.005555) 0 0.0388mV2.62.720.956Nogln(1S)HS1 0.956ln(1 0.956)0.11110.0055550.956 13.8塔截面积:一 -一 20.556/1.20.463m塔径:4八“八0.463 0.77m又知:0.55627322.4 273 400.90.0195kmol/s则:Hog0.0195Kya0.1112 0.4630.38m塔上填料层高度:Z HoG NoG 0.38 13.8 5.23m12.在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO,气体流量为5000m(标准

14、)/h,其中SO 占10%,要求SO回收率为95%气、液逆流接触，在塔的操彳条件下SO在两相问的平衡关系近似为Y 26.7X 0试求：(1)若取用水量为最小用量的15倍，用水量应为多少在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；(3)如仍用(2)中求出的理论板数，而要求回收率从95%§高到98%用水量应增加到多少解：(1)求用水量：Y1°.1°0,11111 0.10Y2 0.1111 (1 0.95) 0.005565000V (1 0.10) 201kmol/h22.4V(Y 丫2)201 (O11 0.00556) 5100kmol/hX1 X20.1111 0

15、26.7L 1.5Lmin 1.5 5100 7650kmol°K)/h(2):求理论板数(a)梯级图解法V201X1 (Y Y2) X2 (0.1111 0.00556) 0.00277L7650在Y X直角坐标图中给出平衡线oE.CY 26.7 7及操作线BT由图中B点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数Nt 5.5(b)用克列姆塞尔算图0.1111 0.005560.950.1111,J据此查图2 21得:95oo.X20则相对回收率 * Y2 Y mX2在理论最小用水量下，NtAmin 0.95 而 - 0.95 mVL 1.5Lmin 1.5 0.95mV1.5 0.

16、95 26.7 201 7650kmol(水)/h查图2 21 (或由式2 77c计算)可知当：A 1.43.0.95 时mVNt5.5两种方法解得的结果相同。(3)求98%时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知： 0.98.Nt 5.5据此查图2 21得A 1.75贝卜 L' 1.75mV 1.75 26.7 201 9390kmol / h故需要增加的用水量L L 9390 7650 1740kmol / h 3.13 104 kg体)/h 13.在一个接触效能相当于8层理论塔板的筛板塔内，用一种摩尔质量为250、 密度为则900kg/m3的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作

17、压强为 ，温度为 15C，进塔气体含丁烷5%体积)，要求回收率为95% 丁烷在15c时的蒸气压强 为，液相密度为58Okg/n3假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用，求：(1)回收每1吊丁烷需用溶剂油多少(m3)(2)若操作压强改为，而其他条件不变，则上述溶剂油耗量将是多少(m3) 解：（1） .由拉乌尔定律Po194.5. ccy ox x 1.92 xp 101.33由于为低组成吸收，可以认为Y 1.92X0.05Y1 0.0526.X2 0.Y201 0.05Y2 Y(1) 0.0526 (1 0.95) 0.00263由克列姆塞尔方程得到Ntln3Y2 Y2 lnUYY2,0.0526 丫

18、ln一0.0263 0,0.0526 0.00263 lnYi0解得:Y 0.042“ 工吧2 0.0221.921.921X1 X2由此可知，每回收Ikmol 丁烷所需纯溶剂油数量为 45.5kmol（油）/kmol （丁烷） 0.022 0丁烷的摩尔质量为58.08.则回收每1m3液体丁烷所需溶剂油的体积为45.5 250/90058.08/58033126.2m （油）/ m （丁烷）（2） .若 p 304.0kPa.贝上1945 y -x 0.6398XY 0.6398X304.0因为X2 0故丫20X 0.042.（条件未变，仍用上法求得）m 0.6398110.0420.0656

19、K X20.0656 015.24kmol（油）/kmol（丁烷）15.24 250190058.08/5803342.28m （油）/m （液体丁烷）HS,进塔气相含14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态姓中的HS %（体积），要求吸收率不低于99%操作温度300K,压强为，平衡关系为Y* 2X ,进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中HS组成为（H2S）/kmol（溶剂）。已知单位塔截面 上单位时间流过的惰性气体量为kmol/（m2 - s）,气相体积吸收总系数为 （m3 s - kPa）,求所需填料层高度。解：ZHog %V （丫1 丫2）KYa VYm已知:0.02910.03VY

20、m 则：(0.03 0.026) 0.0003in。03。0260.00030.001431 0.0291，丫(1) 0.03 (1 0.99) 0.0003X1 0.013丫 mX1 2 0.013 0.026X2 0Y20 _2_KYaKcap 0.000395 101.33 0.04kmol /(m S)又知:V2一 0.015kmol /(m s)0.015HoG -0.375m0.04Nog0.03 0.0003 讨 o 20.80.00143Z 0.375 20.8 7.8m15.有一吸收塔，填料层高度为3m,操作压强为，温度为20C,用清水吸收棍于空 气中的氨。混合气质量流速G=

21、58Okg/(m h),含氨6%体积)，吸收率为99%水的 质量流速 W=770kg/(m h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为Y* 0.9X。Kca 与气相质量流速的次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分 别作下列改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率(塔径 不 变):(1)操作压强增大一倍；(2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大一倍。解：已知Z 3m, p 101.325kFa,T 293k0.06Y1-0.0638X2 01 0.06K Y(1) 0.0638 (1 0.99) 0.000638混合气体的平均摩尔质量M 29 O,94 17 0.06 28

22、.28kg/ kmolnV 5802- (10.06) 19.28kmol /(m h)28.28L 7701842.78kmol /(m2 h)NogmvL0.9 19.2842.780.4056ln(1S)(mX2mX2)S10.0638 0ln (1 0.4056) 0.4056 1 0.40560.0006386.884HoG -0.4358mNog 6.884(1) p 2pmp/ p10.9 0.452oG故:HogHogHogHoGPmV 0.45 19.28 0.202842.781 Y mXzrr1n(古京)(1 S) Sln1 0.20285.496Q Hog0.43580

23、.0638 0(1 0.2028)0.000638 0Lap10.2179m20.2028H0G N0G 0.2179 5.496 1.198m填料层高度比原来减少了 3 1.198 1.802mL 2L/ c、 , mVmV1(2): S 0.4056 0.2028L2L VNog 5.496(计算过程同(1).液体流速的增加对KGa无显著影响.Hog Hog0.4358 mWJ: Z NoG H0G 5.496 0.4358 2.395m即所需填料层高度较原来减少了 3 2.395 0.605m2VmVm(2V)2 0.4056 0.8112Nog1 0.8112ln100 (1 0.81

24、12) 0.8112 15.8气体质量流速增大时，总吸收系数（a相应增大.% V0.8V 0.890.8，KGaKGa（V）2 KGaV2V-0.20.2HoG -:- -01 2 HoG 20.4358 0.501mKGaP 2. KGaPZ HoG NoG 15.8 0.501 7.92m即所需填料层高度较原来增加7.92 3 4.92m16.要在一个板式塔中用清水吸收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为 30kmol/h,其中含丙醇1%体积）。要求吸收率达到90%,用水量为9Okmol/h。该 塔在、27c下等温操作，丙醇在气、液两相中的平衡关系为Y* 2.53X,求所需理 论板数。解：

25、V 30 (1 0.01) 29.7kmol /hY10.010.01011 0.01Y2 Y(1 a) 0.0101 (1 0.90) 0.00101L 90kmol / hx yV(Y1 Y2)29.7 (0.0101 0.00101)入1X 200.003L90由题意知m 2.53则:LmV902.53 29.71.1977又因为X2 0 .则:A 0.90A1.1977 0.90ln 1 lnNt 1 00 1 5.05ln Aln1.1977第三章2.聚氯乙烯生产过程中，需要将乙快发生器送出来的粗乙快气体净化，办法是在 填料塔中用次氯酸钠稀溶液除去其中的硫、磷等杂质。粗乙快气体通入填

26、料塔的体积流量为78旷/h,密度为1.16kg/m3;次氯酸钠水洛液的用量为 4000kg/h,密 度为105Okg/m,黏度为 So所用填料为陶瓷拉西环，其尺寸有50m佛皿n及 25mnx25mm两种。大填料在下层，小填料在上层，各高5m,乱堆。若取空塔气速 为液泛气速的80%试求此填料吸收塔的直径及流动阻力。解：（1）塔径 两种填料的值如下:50mm 50mm 4.5mm陶瓷拉西环（乱堆）：2051/ m25mm 25mm 2.5mm 陶瓷拉西环（乱堆）：4501/ m比较两种填料的值可知，小填料的泛点气速应比大填料的低，故应接小填料计算塔径.W”v、0.5(一)WvL4000(化产700 1.1610500.163由图（3 18）中的乱堆填料泛点线查得2 4VF0.2 L0.12100010500.952故:0.12g l0.2V L0.12 9.81 1050:021.568m/s,450