化工原理下册第六章吸收习题答案

1、 6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g水中含氨1 g的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa。试求： (1) 溶解度系数H (kmol·m-3·Pa-1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m； (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H，E，m值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000）解：（1）根据已知条件定义（2）根据已知条件可知根据定义式可得 （3）根据已知条件可知于是得到 （4）由于和仅是温度的函数，故和不变；而，与和相关，故。分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。 （2）注意，和的影响因素，

2、这是本题练习的主要内容之一。6-2 在25下，CO2分压为50 kPa的混合气分别与下述溶液接触：(1) 含CO2为0.01 mol/L的水溶液；(2) 含CO2为0.05 mol/L的水溶液。试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力。解： 由亨利定律得到根据 化工原理 教材中表 8-1 查出所以可以得到又因为所以得于是：（1）为吸收过程，。 （2）为解吸过程，。分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时： 推动力 （吸收） 推动力 （解吸）或者 , 用摩尔分数差表示时 由，判断出将发生吸收过程，推动力；由 ，判断出将发生解吸过程，推动力 （2）推动力均用正值表示。6-3

3、指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y图上表示。 (1) 含SO2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO2为0.03(摩尔分数)的混合气接触，总压为101.3 kPa，t=35； (2) 气液组成及总压同(1) ，t=15；(3) 气液组成及温度同(1) ，总压为300 kPa(绝对压力)。解 (1) 根据化工原理教材中表 8-1 知T = 35时，SO2 的 , 故根据相平衡关系 , 得由于，所以将发生解吸过程。传质推动力为(2 ) T = 15时 , SO2的 ，故根据相平衡关系 , 得由于，所以将发生吸收过程。 传质推动力为(3)同理可知 , 当 T = 35，p

4、 = 300 kPa时 ,，故由于，所以将发生吸收过程。推动力为示意图见题6-3 图。题6-3 图分析 体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变 ,即吸收和解吸。6-4 氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25下用水吸收，过程中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为1000 m3 ，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(m3) 。解 惰性气体量 ，进口中 NH3 之量为,出口中NH3 之量为,于是总出气量= 880 + 9 =,被吸收的NH3量为,为 77.3kg。分析 (1) 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以

5、体积为基准。此处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。(2) 本题是并流还是逆流? 有区别吗 ?(3) 如何才能不断移走热量? 该用填料塔还是板式塔 ?(4) 不移走热量对吸收有什么影响 ?6-5 一浅盘内存有2mm厚的水层，在20的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm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2.6×10-5m2/s，大气压强为1.013×105Pa。求蒸干水层所需时间。解：本题中水层Z的变化是时间的函数，且与扩散速率有关。查教材附录水的物理性质得，20时水的蒸汽

6、压为2.3346kPa。已知条件为：代入上式得：水的摩尔质量，设垂直管截面积为A，在时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即 则在，到，之间积分，得6-6 含组分A为0.1的混合气，用含A为0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的A。已知A在气、液两相中的平衡关系为，液气比为0.8，求：(1) 逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若，各量又是多少？分别在y-x图上表示；(2) 若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？解 (1) 逆流操作(题6-6 图(a)时，已知题6-6 图， 当，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b), 。根据物

7、料衡算可知此时 , 吸收率为 当,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9图(b)，。仍可以根据物料衡算 ，求出(2) 并流操作且时(题8-9 图(c)，因为，所以有根据操作线关系,有式，联立，求得:于是分析 逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。6-7 用水吸收气体中的SO2 ，气体中SO2 的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO2 的平均浓度为1g/1000g。塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数=0.3&

8、#215;10-2kmol/（m2·h·kPa），液相传质分系数= 0.4 m/h。操作条件下平衡关系。求总传质系数KY（kmol/（m2·h）。解 根据和得现已知，因此要先根据下式求出才能求出:因此还要求出 ：于是便可求出和分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。6-8 在1.013×105Pa、27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知H=0.511 kPa ·m3/kmol，气膜吸收分系数kG=1.55×105kmol/(m2·s

9、83;kPa)，液膜吸收分系数kL=2.08×105 (m/s)。试求吸收总系数KG并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。解 根据定义式和，可知所以只要求出即可。又所以因为为气相阻力，为总阻力，故分析 此题应和题6-9一起综合考虑。6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27，压强为1.013×105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m3。试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。解 吸收速率可以用公式 求出。其中于是可得分析 (1) 此时，根据, 还可以计算出气液界面气相侧中的甲

10、醇分压（）以及液相侧中的甲醇浓度 （），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。(2) 是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了 (质量分数仅为0.0064%)，这些水又有何用呢？(3) 若将题目中 甲醇浓度改为，则质量分数为6.4 %，便可以用精馏法回收其中的甲醇。6-10 附图为几种双塔吸收流程，试在y-x图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。题6-10附图(c)（d）6-11 在某逆流吸收塔内，于101.3kPa、24下用清水吸收混合气体中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（

11、体积分数）。系统符合亨利定律，E=545×101.3kPa。若吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。 解：已知 y1=0.02 y2=0.001 P =101.33KPa 则 又据全塔物料衡算即操作液气比为776.25 出口液相组成X1为6-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2，SO2的初始浓度为5（体积分数），操作条件下的相平衡关系为y5.0x，分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m的相对大小。当，时，操作线与与平衡线交

12、于塔底，由相平衡关系可以计算液体出口的最大浓度为由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为：当，操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为：由物料衡算关系可求得液体出口浓度为：从以上计算结果可知，当时，气体的极限残余浓度随增大而减小；当时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。6-13 在某填料吸收塔中，用清水处理含SO2的混合气体。逆流操作，进塔气体中含SO2为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相对分子质量取28。水的用量比最小用量大65%，要求每小时从混合气中吸收2000kg的SO2。已知操作条件下气、液平衡关系为。计算每小时用水量为

13、多少立方米。解：根据题意得根据吸收的SO2质量求得混合气中惰性气体的流量根据物料衡算解得又 则 则每小时的用水量为6-14 用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为，采用的液气比是最小液气比的倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以、两个参数列出计算NOG的表达式。解：令进塔气体浓度为y1，则出塔气体浓度为 x2=0由上题证明的结果： 又6-15 在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091，操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为，假设总体积传质系数与流动方式无关。试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓

14、度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力之比。解：逆流吸收时，已知y1=0.091，x2=0.0099所以 改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为、，进塔气。物料衡算：将物料衡算式代入NOG中整理得：逆流改为并流后，因KYa不变，即传质单元高度HOG不变，故NOG不变所以由物料衡算式得：将此两式联立得： 由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同的情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。6-16 今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m3/h（标准状况），原料气中含甲醇100g/m3，吸收后的水中含甲醇量等于与进

15、料气体相平衡时组成的67%。设在标准状况下操作，吸收平衡关系为，甲醇的回收率为98%，Ky = 0.5 kmol/（m2·h），塔内填料的有效比表面积为190 m2/m3，塔内气体的空塔流速为0.5 m/s。试求： (1) 水的用量；(2) 塔径；(3) 填料层高度。解 下面计算中下标1表示塔底，2表示塔顶。根据已知操作条件，有 ，（1） 根据全塔的甲醇物料衡算式 可以得出用水量（2） 塔径，可圆整到0.84m。（3） 由于是低浓度吸收，故可以将近似为,并存在，则可进行以下计算：填料层高度先计算气相总传质单元数： 再计算气相总传质单元高度最终解得分析 (1)这是一个典型的设计型问题，

16、即已知工艺要求，希望设计出用水量、塔径和塔高。(2) 若不进行以上近似，则可按下述方法求解:式中：-气体总流量。于是对上式进行积分得（当然此时也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似）（3） 或者做以下近似处理得其中，可取和的平均值；可取和的平均值。取则以上两种方法的计算结果具有可比性。6-17 在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收空气中的NH3，入塔混合气中NH3的含量为0.01（摩尔分率，下同），吸收在常压、温度为10的条件下进行，吸收率达95%，吸收液中NH3含量为0.01。操作条件下的平衡关系为，试计算清水流量增加1倍时，吸收率、吸收推动力和阻力如何变化，并定性画出吸收操作线的变化

17、。解：吸收率增加，吸收推动力增加2是清水增加一倍时的操作线，斜率增加，推动力增大。6-18 某吸收塔用25mm×25mm的瓷环作填料，充填高度5m，塔径1m，用清水逆流吸收流量为2250m3/h的混合气。混合其中含有丙酮体积分数为5%，塔顶逸出废气含丙酮体积分数将为0.26%，塔底液体中每千克水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25下进行，物系的平衡关系为y=2x。试求（1）该塔的传质单元高数HOG及体积吸收系数Kya；（2）每小时回收的丙酮量，kg/h。解：（1）M丙酮=58 由全塔物料衡算： （2） 每小时回收的丙酮量为：6-19 在一填料层高度为5m的填料塔内，用纯溶剂吸

18、收混合气中的溶质组分。当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为y=0.5x。现改用另一种性能较好的填料，在相同的操作条件下，溶质回收率可提高到95%，试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍？解：本题为操作型计算，NOG宜用脱吸因数法求算。原工况下：因X2=0，则：新工况（即新型填料）下：则 即新型填料的体积传质系数为原填料的1.38倍。讨论：对一定高度的填料塔。在其他条件不变下，采用新型填料，即可提高KYa，减小传质阻力，从而提高分离效果6-20某填料吸收塔高2.7m，在常压下用清水逆流吸收混合气中的氮。混合气入塔的摩尔流率为0.03kmol/(m2·

19、s),清水的喷淋密度0.018 kmol/(m2·s)。进口气体中含氮体积分数为2%，已知气相总体积吸收系数Kya=0.1 kmol/(m3·s),操作条件下亨利系数为60kPa。试求排出气体中氮的浓度。解： 即操作线与平衡线平行，此时 故 所以解得6-21 某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是3，气体入口摩尔分数y1=0.001，回收率可达90%.已知物系的平衡关系为y=2x。 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数x2升至0.00035，试求：（1）可溶组分的回收率下降至多少？（2）液相出塔摩尔分数升高至多少？解：（1）当上升时

20、，由于H不变，不变 也不变，即（3） 物料衡算6-22用一填料塔逆流吸收空气中的氨。单位塔截面上的混合气体流率为0.036 kmol/m2·s，含氨2（摩尔分率，下同），新鲜吸收剂为含氨0.0003的水溶液，从塔顶加入。要求氨的回收率不低于91，设计采用液气比为最小液气比的1.3倍。氨-水-空气物系的相平衡关系为y=1.2x。已知气相总传系数 Kya为0.0483 kmol/ m3·s ，过程为气膜控制。 试求：(1)所需塔高.(2)若采用部分吸收剂再循环从塔顶加入，新鲜吸收剂用量不变，循环量与新鲜吸收剂量之比为1:10，为达到同样的回收率，所需塔高为多少?解：（1）对吸收

21、塔作物料衡算吸收塔内液气比为全塔物料衡算其中 全塔的传质单元数所需塔高为（2） 当有部分吸收剂再循环后，吸收剂的入塔含量为 吸收塔内液气比全塔物料衡算 联立 、两式可解得 全塔的传质单元数所需塔高6-23 为测定填料层的体积吸收系数Kya，在填料塔内以清水为溶剂，吸收空气中低浓度的溶质组分A。试画出流程示意图，指出需要知道哪些条件和测取哪些参数；写出计算Kya 的步骤；在液体流量和入塔气体中组分A浓度不变的情况下，加大气体流量，试问尾气中组分A的浓度是增大还是减小？题6-23图解 流程如图（a）所示，由于所以，为了测出，需要知道物系的平衡关系，因而需要测定温度，以便于从手册中查找有关数据，还需

22、测量进、出口的气、液流量及组成、塔径和填料层的高度。求KYa的步骤如下：（1） 在稳定操作条件下测出L，V，X1，X2=0，Y1,Y2 以及温度；（2） 依据平衡关系求出平均推动力Ym；（3） 量出塔径DT =4DT2 及填料层高度H；（4） 将以上各量代入式，及求得Kya。若加入大气体流量，尾气中组分A的浓度将增高。其分析如图b所示。分析（1）实验时要多测一些L和V条件下的数据以便总结出规律。（2）试分析增大气体流量后 X1 会如何改变 ?（3）测水流量 L 有何用途 ?6-24 某逆流操作的填料吸收塔，塔截面积1m2，用清水吸收混合气中的氨气，混合气量为0.06kmol/s，其中氨的浓度为

23、0.01（摩尔分率），要求氨的回收率至少为95%。已知吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总体积吸收系数为0.06kmol/(m3·s)，且G0.8。操作压力101.33kPa，操作温度30，在此条件下，气液平衡关系为，试求：（1） 填料层高度（m）；（2）若混合气体量增大，则按比例增大吸收剂的流量，能否保证溶质吸收率不下降？简述其原因；（3）若混合气体量增大，且保证溶质吸收率不下降，可采取哪些措施？解：（1）根据题意得 全塔的传质单元数全塔的传质单元高度（2） 假设能保证吸收率不下降，则有又因为L与V按比例增大，所以，则，则不变又因为 则假设不成立，不能满足要求（3） 在H不变时，

24、则，又因为与m均不变，需要L或者换用更加高效的填料思考题6-1吸收的目的和基本依据是什么？吸收的主要操作费用花费在哪里？答：目的是分离气体混合物，依据是气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同；操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。6-2 选择吸收剂的主要依据是什么？什么是溶剂的选择性？答：溶解度大，选择性高，再生方便，蒸气压低，损失小。溶剂对溶质溶解度大，对其他组分溶解度小。6-3 E、m、H三者各自与温度、总压有何关系？答：m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。6-4 扩散流JA，净物流N，传质速率NA相互之间有什么联系和区别？答：，。浓度梯度引起，微压力差引起，溶质传递。6-5 漂流因子有什么含义？等分子反向扩散时有无漂流因子？为什么？答：表示了主体流动对传质