化工原理下册第二章

1、第二章 吸收1. 从手册中查得101.33 KPa、25 时，若100 g水中含氨1 g，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987 KPa。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/ (m3kPa)及相平衡常数m。解：（1） 求由.求算.已知：.相应的溶液浓度可用如下方法算出：以水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为.则：(2). 求.由 2. 101.33 kpa、10 时，氧气在水中的溶解度可用pO2=3.31106x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

2、多少克氧。解： 氧在空气中的摩尔分数为.故：因值甚小，故可以认为即：所以：溶解度3. 某混合气体中含有2%(体积)CO2，其余为空气。混合气体的温度为30 ，总压强为506.6 kPa。从手册中查得30 时CO2在水中的亨利系数E=1.88x105 KPa，试求溶解度系数H (kmol/（m3kPa、）)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CO2。解：(1). 求由求算.(2). 求(1) 当时.水溶解的(2) (3)因很小，故可近似认为故克水中溶有4在101.33 kPa、0 下的O2与CO混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距0.2 cm的两截面上O2的分压分

3、别为13.33 kPa和6.67 kPa，又知扩散系数为0.185 cm2/s，试计算下列两种情况下O2的传递速率，kmol/(m2s)：(1) O2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） 等分子反向扩散时的传递速率：（2） 通过停滞的扩散速率 5 一浅盘内存有2 mm厚的水层，在20 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5 mm的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.6010-5 m2/s，大气压强为101.33 KPa。求蒸干水层所需的时间。解： 这是属于组分通过停滞组分的扩散。已知扩散距离（静止空气膜厚度

4、）为.水层表面的水蒸气分压的饱和水蒸气压力为.静止空气膜层以外;水蒸气分压为单位面积上单位时间的水分蒸发量为故液面下降速度：水层蒸干的时间： 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 、101.33 kPa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.查表知道，空气的分子体积：氨的分子体积：又知则时，氨在空气中的扩散系数可由式计算.(2) 同理求得7. 在101.33 kPa、27 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=1.955 kmol/(m3

5、kPa)，气膜吸收系数kG=1.5510-5 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系数kL=2.0810-5 kmol/(m2kmol/m3)。试求总吸收系数KG，并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。解： 总吸收系数气膜助在点助中所占百分数.8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27 ，压强101.33 KPa。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2.11 kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解： 吸收速率由上题已求出又知：则该截面上气相甲醇的平衡分压为则 9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 下用清水

6、吸收混合气中的H2S，将其组成由2%降至0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.5216 kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍，试计算操作液气比及出口液相组成若压强改为1013 kPa，其他条件不变，再求手及解： （1） 求下，操作液气比及出口液相组成。最小液气比操作液气比为出口液相浓度（2） 求下的操作液气比及出口液组成则：出口液相组成：11. 在101.33 kPa下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1，混合气体于40 下进入塔底，体积流量为0.556 m3/s，空塔气速为1.2 m/s。吸收剂用量为理论最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95%，且已估算

7、出塔内气相体积吸收总系数的平均值为0.1112。在操作条件下的气液平衡关系为，试求塔径及填料层高度。解：塔截面积：塔径：又知：则：塔上填料层高度：12在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO2，气体流量为5000 m3(标准)/h，其中SO2占10%，要求SO2回收率为95%。气、液逆流接触，在塔的操作条件下SO2在两相间的平衡关系近似为。试求：(1) 若取用水量为最小用量的15倍，用水量应为多少?(2) 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%提高到98%，用水量应增加到多少?解：（1） 求用水量：（2） 求理论板数 梯级图解法在直角坐标图

8、中给出平衡线及操作线由图中点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数 用克列姆塞尔算图则相对回收率在理论最小用水量下，J据此查图得： 而查图（或由式计算）可知当：时两种方法解得的结果相同。（3） 求时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：据此查图得.则：故需要增加的用水量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900 kg/m3的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为101.33 kPa，温度为15 ，进塔气体含丁烷5%(体积)，要求回收率为95%。丁烷在15 时的蒸气压强为194.5 kPa，液相密度为58O kg/m3假定拉乌尔定律及道

9、尔顿定律适用，求：(1) 回收每1 m3丁烷需用溶剂油多少(m3)?(2) 若操作压强改为304.O kPa，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.由于为低组成吸收，可以认为由克列姆塞尔方程得到：解得：由此可知，每回收丁烷所需纯溶剂油数量为丁烷的摩尔质量为.则回收每液体丁烷所需溶剂油的体积为(2). 若则：因为故(条件未变，仍用上法求得) 14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烃中的H2S，进塔气相含H2S 2.91%(体积)，要求吸收率不低于99%，操作温度300 K，压强为101.33 kPa，平衡关系为，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体

10、中H2S组成为0.013 kmol(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0.015 kmol/(m2s)，气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m3skPa)，求所需填料层高度。解：已知：则：又知：15有一吸收塔，填料层高度为3 m，操作压强为101.33 KPa，温度为20 ，用清水吸收棍于空气中的氨。混合气质量流速G=58O kg/(m2h)，含氨6%(体积)，吸收率为99%;水的质量流速W=770 kg/(m2h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为。KGa与气相质量流速的0.8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

11、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： 已知混合气体的平均摩尔质量（1） 由于故故：填料层高度比原来减少了（2） （计算过程同（1）.液体流速的增加对无显著影响.则：即所需填料层高度较原来减少了(3)气体质量流速增大时，总吸收系数相应增大.即所需填料层高度较原来增加 16. 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30 kmol/h，其中含丙醇1%(体积)。要求吸收率达到90%，用水量为90 kmol/h。该塔在101.33 KPa、27 下等温操作，丙醇在气、液两相中的平衡关系为，求所需理论板数。解：由题意知则：又因为.则：第三章2. 解：(1) 塔径两种填料的值如下.陶瓷拉西环(乱堆)：陶瓷拉西环(乱堆)：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.由图中的乱堆填料泛点线查得故：塔径：(2). 压强