化工原理管国锋主编第三版课后习题答案6气体吸收VIP

1、第6章气体吸收1）总压100，温度25c的空气与水长时间接触，水中的的浓度为多少?分别用摩尔浓度和摩尔分率表示的体积百分率为0.79解：将空气看作理想气体：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76XIO5kPaxp*/E106H=/(EMS)1000/(8.7610518)6.342106kmoL/(kN.m)C=p*H=790.342X05=5.01X0-4kmol/m32)已知常压、25c下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为大气压，溶质A的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触：溶质A浓度为质A在二相间的转移方向的水溶液；溶质A浓度为的水溶液；溶质A浓度为的水

2、溶液。试求上述三种情况下溶解:,PBY的n y=p/PM.054气相转移至液相_4E=0.15X10atm,p=0.054atm匚电0.151040.0015 X2r1a101 1O3isyy4 ox110.023633.610318.yimxi0.054-y2mx20.027105*yys0y0）轨IO,虫m液相转移至气相平衡气相转移至液相3）某气、液逆流的吸收塔，以已知塔底气相中清水吸收空气硫化氢混合气中的硫化氢。总压为1大气压。1.5%（摩尔分率），水中含的浓度(摩尔分率)。试求塔底别为温度分5C及30C时的吸收过程推动力。解：查表得(5)Et3.19x104kpami=E/P=315p

3、*1=Ex=0.3191051.81050.5724KPay y.1 0.015p*i/P0.5742/101.330.0057yiy*i0.0093X、xivi/mXi2.96105E26.17104KPa,m2E2/p60941a5101-°-in511-1c公izc。1.1106/101.330.011y2y2y*20.0040气相推动力：yi 液相推动力：X1 查表得（30p* 2 E2X 6.17 y*2 p*2 /P 气相推动力： 液相推动力：X2X*2X2vp/m2663104）总压为100，温度为15c时的亨利系数E为溶液密度为试计算：H、m的值（对稀水）；若空气中的

4、分压为50,试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表示。解：)H EMs/g1.22 m E/P 122 105 /1002)p Ex 50 122 105x x 4.10 10 4P HC53105 18/(103) 2196kN.m/KmoL1220502196CC0.023kmol/m35）在总压为100、水温为30c鼓泡吸收器中，通入纯,经充分接触后测得水中的平衡溶解度为溶液，溶液的密度可近似取为，试求亨利系数。解：=100KPa28571022.85710(mol/L)/kPa100HM2857104181945105kPa23.26）组分A通过另一停滞组分B进行扩散，

5、若总压为,扩散两端组分A的分压分别为和6.5实验测得的传质系数O若在相同的操作条件和组分浓度下，组分A和B进行等分子扩散，试分别求传质系数传质速率52RT 12 10 mol/(m sPa)141 10pB2=94.8KPa5 mol / (m2 s Pa解：pAi=23.2KPapA2=6.5KPapBi=PpAi=78.1KPa12105mol/(m2sPa)RT二NakGpaipA22.0104kmol/(m2s)，水温20C,7）已知：柏油路面积水空气总压100，空气中水汽分压1.5设路面积水上方始终有厚的静止空气层。间柏油路面积水吹干需多长时间？解：该过程可看作一组分通过另一停滞组分

6、的扩散过程查表得20时水的饱和蒸汽压为P=1.5kPa依题意pai=2.3346kPapA2=1.5kPapBi1002.334697.6654kPaPb21001.598.5kPapBm(pbipB2)/Ln(pBi/pB2)98.08kPa由表得：0水的扩散系数D0.22104m2/s20水的扩散系数D0.248104m2/sNaDp(paipA2)/(RTZPBm，0.248104100(2.23461.5)/(8.3142930.2510398.08)523.46105KmoL/(m2?s)以为扩散为稳定扩散，所以Nah/(Ma)MMaNa)10003103/(183.46105)4.

7、808103s8）试分别计算0C及101.3在空气中的扩散系数，并与实验值进行比较分析解：A:CO2,B:空气，Ma=44,Mb=29Vb=29.9,Va=34.0,P=101.3KPa,t=273.2K4-361°5T15-m.mP VaVb'321.155 10(2)A:SO2,B:空气，Ma=64,Mb=29Vb=29.9,Va=44.8,P=101.3KPa,t=273.2K436105T15mam9.822106PVa'3Vb,329）试计算与实验值进行比较分析。在35c水中的扩散系数，并P=0.7225cp10 5 cmV解：A：HCI,B：H2O,MB=

8、18,a=2.6Va=3.7+21.6=25.3,T=308.2K,80.57.410MBTD辰-3110.6VA10）某传质过程的总压为300收过程传质系数分别为,气液相平衡关系符合亨利定律,亨利系数E为,试求：吸收过程传质总系数;液相中的传质阻力为气相的多少倍解：1O.(1)E=10.67X103kPa,P=300kPam355711ml3557Kykykx10722Ky=0.391911111Kxmkykx355710722Kx=13.9411）在填料塔内以水吸收空气氨混合气中的氨。已知：总压P为1大气压，温度t为20r,亨利系数E为积传质分系数液相体积传质分系数o气相中含氨5.4%（体

9、积），液相中含氨0.062（摩尔分率），液相可按稀溶液处理。试求气、液界面处平衡的浓度以及气相传质阻力占总阻力的分率。解:m=E/P=76.6/101.33=0.756y=0.054x=0.062c=1000/18=55.56kmoL/mkymp?kam101.334.251040.0431kmoL/(m3?s)33kxmC?kLm5.821055.560.323kmoL/(m?s)在界面处：yimx,kym(y%)kxm(XiX2)yi0.756xi4.31102(0.054yi)0.323(xi0.062)得：Xi0.0629yi0.04751/kym1/kymm/kxm1/0.04310

10、.756/0.32325.54气相阻力占总阻力分率为:1/(0.043125.54)90.8°。12）若某组分在气相中的摩尔分率保持不变，将其总压增大一倍，但其质量流速不变，试分析的变化情况?In坠QPPbi解：kgD_P_RTPB2pBiRTPBmTPt,DP不变，(Pb2pbi)=2(pB2pbi)2ky=PkgkykyNA=ky(yiy2)NaNa13）用填料塔进行逆流吸收操作，在操作条件下，气相、液相传质系数分别为试分别计算相平衡常数为0.1和100时，吸收传质过程的传质2kx= 0.026 kmol/(m s)384611 mKy ky kx80.769Ky 0.01238

11、ik ： 1K 0.952495.24% mkx-Ky4.76%阻力分配情况。若气相传质分系数当气相流量G增加一倍时，试分别计算上述两种情况下总传质系数增大的倍数解：ky=0.013kmol/(m2s),m=0.1时，七76.92L 48.027 kx ky1.784m = 0.1 时，Kym = 100 时,Kx1 0.02571.008m=100时，12卜0769,38.462139.231Ky0.02549Kxkxmky'kx，k0.980498.04%G'=2G,ky'=208ky=0.0226338.904mky14）对低浓度气体吸收，当平衡关系为直线时，试证

12、明:分别为塔底与塔顶两端面上的气式中相吸收推动力证明：Nog(yiy2)/ym(yiy2)(Lny"ya)/(yimx2)(yamx2)(Lnyi/y2)/1m(xiX2)/(yiy2)Ln(yi/y2)/(1mG/L)15）用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为实际液气比为最小液气比的倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以两个参数列出计算的计算式。解：令进塔气体浓度为“则出塔气体浓度为y2yi(l)X2OL/G(L/G)min(yiy2)/x*imL/G(yiy2)/(>X2)m(yiyi(i)/XiXiyi/m由上题证明的结果：Nog(Lnyi/y2)/(imG/L

13、)又y.yimxiyiyi/y2yzOyi(i)y"y2(i)/(i)NogLn(i)/(i)/(i)16）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中的Vy2Lx2Vyi*Lxi气相流量为（标准状况）进塔气体中含6.0%（体积），要求条件下的平衡关系,操作液气比为最小液气比的1.6倍试求：吸收剂用量和出塔液体组成；写出操作线方程；气相总传质单元数v解：X2=o,yi=0.06,y2=0.06（1-0.95）=0.003V=300m3/h=12.27kmol/h,npv,m=1200RTLY1V2V11/VminV1X21/m1616ylyminyim L=22380.48kmol/h （

14、y1一y2）=L（x1一X2）=Lxi Xi=3.125XIO5In 11 Y . mx? 1A mx2 A1824x0.0031.In11±1Vi1Ay2AA17）试按吸收因数法推导出以液相浓度差为推动力的吸收过程传质单元数计算式：证明：N OLy yi/ mw t /. /NogXdx /(x* x)L( XiL(xix)/Gx)/GX1x dx/( yi/ m L(xi x ) /Gm x2Ln(1L/mG)X2(L/mG)/xiyi/m(L/mG)yi(L/mG)yi/(1L/mG)xi(L/mG)Xiyi/m/1L/(mG)Ln(1L/mG)(yi/mX2)(L/mG)(y

15、i/mXi)/(yi/mxi)/(1L/mG)Ln(1L/mG)(yimx2)/(yimxi)L/mG/(1L/mG)18）空气氨混合气中的氨,以清水在填料塔内逆流吸收进塔气中含氨4.0%（体积），要求回收率为0.96,气相流率采用的液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为，总传质系数试求：塔底液相浓度;所需填料层高度y2X2解：1)丫2L/GMmyi(1)0.040.040.00161.6(L/G)min1.6(%祠IglmX2)1.4130.04170.962928.52kg/kmoLG0.35/28.520.01227kmol/(m2?s)L1.413GXi y12) Hog G/Kym

16、Nog %丫2”ym (yimxi)0.017338kmol/(m2?s)L/G(yiY2)/兀xi0.02720.01227/0.0430.2853mymy2/Ln(yimxj/y?(0.040.920.02720.0016)/Ln(0.040.920.0272)/0.00160.00598Nog6.41HHog?Nog0.28536.411.83m19)接上题，若气、液相接触改为并流操作，气、液流量及进口浓度都不变，填,操作温度、料层高度为上题算出的压强亦不变，问回收率为多少?解：XiO且汽流量不变(yiy2)/X2L/G1.413因H及操作温度，压强不变Nog6.41ymyi(y2mx2

17、)/Lnyj(y2mx2)yiy21.413x2(yiy2)/ym6.411 y2/yi 1 0.01584/0.04 60.6%联立上面三式得y20.0158420）试在“yx”图中定性画出下列各吸收流程的操作线与平衡线G,y1Ljx2y3y2L%x2y2x3L,x2y4L/2,XiL/2,X32X3L2=Li/2GyGi,X3XiGi=G221）在一逆流接触的填料吸收塔中，用纯水吸收空气氨混合气中的氨，入塔气体中含9%,要求吸收率为95%,吸收剂用量为最小用量的1.2倍，操作条件下的平衡关系为传质单元高度为0.8m。试求：填料层高度;若改用含0.05%（摩尔分率）的稀氮水作吸收剂,及其它条

18、件均不变，吸收率为多少?解：)30.09X20y(10.95)0.090.0045L/G1.2(L/G)min1.2(0.090.0045)/(0.09/1.2)1.368XiG(yiy2)/L(0.090.0045)/1.3680.0625yi0.090.06251.20.015y20.0045ym(0.0150.0045)/Ln(0.015/0.0045)0.00872Ng(0.090.0045)/0.008729.8H9.80.87.84m2)yi0.09Xi0.0625x20.0005L/G不变(yiy2)/(XiX2)1.368解得：y20.00521y2/y>1(0.0052

19、/0.09)94.2422)以清水在填料塔内逆流吸收空气二氧化硫混合气中的，温度为20C,填料层高为4m。混合气流量为1.68其中含为0.05（摩尔分率），要求回收率90%,试求：总体塔底流出液体浓度为积传质系数：若要求回收率提高至95%,操作条件不变，要求的填料层高度为多少？解：Mm640.05290.9530.75G1.68/30.750.055kmol/(m2?s)查表(20。)E0.355104kPamE/P35由G(y1y2)L(xiX2)L2.475kmol(m2?s)yiyimxi0.05350.0010.015y20.005ym(0.0150.005)/Ln30.0091Nog

20、(0.050.005)/0.00914.94HNog?HogG?Noo/Kym2Kym0.068kmol/(m2?s)Hog0.81m2)y20.05(10.95)0.0025由G(yiy2)L(xiX2)Xi0.001056yiyimxi0.05350.0010560.01304ya0.0025ym(0.013040.0025)/Ln(130.4/25)0.00638Nog(0.050.0025)/0.006387.45H0.817.456.04m23)接上题，若液体流量增大15%,其它操作条件不变。已知为多少?解:LoG(yy)/x0.0546(0.050.005)1000c2L1.15L

21、o2.83kmol/(m2s)1.57O.O546072.830250.266kmol/(m1.622.830-823.797kmol/(sm3)1/Kyam/kxa1/kya35/3.7971/0.26612.98Kya0.077kmol/(sm)HOGG/Kya0.0546/0.0770.71m由NogH/Hog4/0.715.65ym(0.0535X1y2)/Ln(0.05NOG又可得(0.05y2)/ym(yiy2)/xiL/Gy20.0029即得X12.457kmol/(m2s)$S)35xi)/y2(0.05y2)/xi51.750.00091y2/yi0.94224）一逆流操作的

22、吸收塔中，如果,吸收剂进塔浓度0.75,相平衡关系为为0.001（摩尔分率，下同）进气浓度为0.05时，其回收率为90%,试求进气浓度为0.04时，其回收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其它条件不变，则其回收率又如何？解：依题意：Nog不变NgLn(1mG/L)(yimx2)/(y2mx2)mG/L/(1mG/L)mx2)保持不变0.001)/(0.005 2 0.001)1)由（0.04 2可推出0.001 )/0.04(189.1%)2 0.001 162)yi/（i可推出)yi1693.75°o25）某混合气体中含溶质5% （体积），要求回收率为85%。吸收剂进塔浓度为mG/L

23、不变，故(yimx2)/(y2(%mx2)/(y2mx2)(0.052相平衡关系为0.001（摩尔分率），在20C,101.3试求逆流操作和并流操作的最小液气比各为多少？由此可得到什么结论？解:Lx 2Gy2A逆流:yi=0.05,y2=0.05(1-0.85)=0.0075,m=40,X2=0.00126)LV minV、y2_JL-i70 » x2mJILxi并流：yi= 0.05, y2= 0.0075,m = 40, Xi=0.001Lvminy» 2X2 Xi52.3minyi y2 y2Xi mayz52.3用纯溶剂吸收某混合气体中的可溶组分。进塔气体浓度为X2

24、X1*V1 0.048 (摩为92%。取液尔分率），要求回收率气比为最小液气比的1.6倍。气液逆流，平衡关系，气相总传质单元高度为0.62米。试求填料层高、又，为增大填料润湿率，采用吸收剂再循环流程，气体流量及进、出塔的浓度不变，补充的纯溶剂流量和传质单元高度均不变，循环液流量与补充液流量之角星：)yi 0.048 y2L/G 1.6(L /G)minL/G(yi y2)/ Xiym(0.048 2.50.009166yi(1)0.00384X201.6(0.0480.00384)/0.0192X10.0123.630.012)/0.003840.0120.00384)/Ln(0.0482.5

25、比为0.10试求此操作所需的填料层高度Nog(yiy2)/ym(0.0480.00384)/0.0091664.82HHogNog4.820.622.99m2)对虚线框进行物料衡算L,G不变yjy2不变不变x20.1xi/1.10.0011ym0.0482.50.012(0.003842.50.0011)/Ln(0.0482.50.012)/(0.003842.50.0011)0.00603Nog7.320.627.324.54m27）在填料塔中，用纯油吸收空气中的苯，入塔混合气量为，其中含苯6%（体积），要求出塔气体中含苯不高于0.5%（体积），操作条件下的平衡关系,实际液气比取最小液气比的

26、1.5倍。试求：吸收剂用量及出塔液相浓度；全塔对数平均推动力;若采用吸收剂循环流程，在保证原吸收率不变的条件下，入塔液体浓度和循环液量最大应为多少？画出两种情况下操作线示意图。解：1)G1200/22.453.57kmol/hyi0.06y20.005X2OL/G1.5(L/G)min1.5(0.060.005)/(0.06/0.2)0.275L0.27553.5714.73kmol/hXiG(yiy2)/Lx2(0.060.005)/0.2750.22) yiyimxi0.060.20.20.02y2y20.005ym(0.020.005)/Ln(0.02/0.005)0.01083) 由题

27、意xo与y2呈平衡即:y2mxoxoy2/m0.005/0.20.025Xo(X1X2)/(1)Xi/(1)xo/(xixo)0.025/(0.20.025)0.143L0.14314.732.106kmol/h4)略28)空气四氯化碳化合气体中含四氯化碳5%(体积，下同)，气相流量G为要求回收率90%o吸收剂分两股，第一股含四氯化碳为0.002,从塔顶进入塔内；第一股含四氯化碳0.010,从塔中部某处进入塔内。两股吸收剂用量相同均为已知操作条件下体系的相平衡关系为,试计算：出塔液体浓度为多少？若全塔传质单元高度为0.8米，则第二股吸收剂加入的最适宜位置（加入口至塔底的高度）应在何处。解:2&

28、#39;21Gyiy(1) yi= 0.05, y2= 0.05X (1 - 0.9) = 0.005,G = 0.042kmol/(m s), X2= 0.002, X2= 0.01, m = 0.5Li = L2 = 0.021 kmol/(m s)G yiXi =y2L X2x22 Lx0.0512LxiX22L- V 力Xi X? 0.009a2LA9mGIn11mxz，3625Aymx2H=HogNog=0.8X3.625=2.9m29）矿石焙烧炉气中含SO24.5%（体积），其余惰性气体按空气计。炉气冷却后在填料塔中以清水逆流吸收炉气中的SO2e操作压强为1atm,操作温度为30T

29、o塔径为0.8m,填料层高为10m,要求回收率为95%,进塔炉气流量为1150m3/h（标准状态）。已知kGa为5X104kmol/（s-m3-kPa）,kia=5X10-21/So试求：塔底液体浓度为多少？®若将炉气进一步降温后再吸收，其操作温度降至20c时，其回收率为多少？设其它操作条件不变，kGa和kLa的值均不变。解：由题意：%0.045y0.00225x?0.0284kmol/(sm2)G1150/(22.436003.140,82/4)30c时，E0.485104kPa3m二E/P48.02C/Ms1000/1855.56kmol/m1 mkkva xaHog G/Kya

30、 1.05mNog H /Hog 9.53Kya 0.027kmol/(s.m3)由N OGyimx2(yiy2)/ymy?)/山mxj(y?mx?)/Inymx2经试差得：Xi = 0.000775（塔底出液浓度）20c时,E0.355104kPam二E/P35.03Kya0.0309kmol/(s.m3)Hog'G/Kya'0.918mNog'H/Hog'10.9由：N1,1n11yimx?1OG11AAy2mx2A1mGAL得：y?'0.00030951y?7yi99.330）一正在操作的逆流吸收塔，进口气体中含溶质浓度为0.05（摩尔分率，下同），吸收剂进口浓度为0.001,实际液气比为4,操作条件下平衡关系为mx2)s /(1 s) 0.002) 0.8 /0.20.001 0.01772,此时出口气相中含溶质为0.005。若实际液气比下降为2.5,其它条件