化工原理课后习习题答案第七章吸收习题解答

1、第七章 吸 收7-1 总压101.3 kPa，温度25时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数E为4.13 MPa， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m。（溶液密度近似取为1000kg/m3）解：溶质在液相中的摩尔分数： 二氧化硫的平衡分压：相平衡常数：7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。已知塔内温度为20，压强为1.52×105 Pa，亨利系数E为48.9MPa。解：相平衡常数为：硫化氢的混合气进口摩尔浓度：若填料塔出口水溶液中

2、硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x - y 图上表示。 （1）含NO2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含NO2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa，T=15，已知15时，NO2水溶液的亨利系数E=1.68×102 kPa；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa（绝对压强）。解：（1）相平衡常数为： 由于 ，所以该过程是吸收过程。 气相推动力为： 液相推动力为：（2）相平衡常数为： 由于 ，所以该过程仍是吸收过程。气相推动力为： 液相推动力为：7-4 在某操作条件下用填

3、料塔清水逆流洗涤混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某截面上该组分在气、液相中的浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02。在该吸收系统中，平衡关系为y = 0.5x ，气膜吸收分系数ky = 1.8×10-4 kmol / (m2·s)，液膜吸收分系数kx = 2.1×10-5 kmol / (m2.s)，试求：（1）界面浓度yi、xi分别为多少（2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数。解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： （1） 在界面处气液两相达平衡，有： （2）联立方程（1）、（2）

4、得 ，（2）气相传质阻力： 以气相为基准的液相传质阻力：因此，吸收过程为液膜扩散控制。总气相传质推动力为：气相推动力：气相推动力在总推动力中所占比例：7-5 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为25，压力为105kPa（绝对压力）。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为7.5 kPa，液相中甲醇浓度为2.85kmol / m3。甲醇在水中的溶解度系数H = 2.162 kmol / (m3·kPa)，液膜吸收分系数kL = 2.0×10-5 m / s，气膜吸收分系数kG = 1.2×10-5 kmol / (m2·s·k

5、Pa.)。试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度yi；（2）计算该截面上的吸收速率。解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： （1） 在界面处气液两相达平衡，有： （2）联立方程（1）、（2）得 ， 气液界面处气相侧甲醇浓度： （2）该截面上的吸收速率： 7-6 在101.3kPa及25的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的SO2混合气体。进塔气中含SO2分别为 0.04（体积分数），其余为惰性气体。水的用量为最小用量的1.5倍。要求每小时从混合气体中吸收2000 kg的SO2，操作条件下亨利系数4.13 MPa，计算每小时用水量为多少（m3）和出塔液中SO2的浓度（体积分

6、数） 此题的第二问修改成“出塔气中SO2的浓度（体积分数）”因条件不够计算不出来，原题第二问是计算出塔液中SO2的浓度（摩尔分数）。解：，相平衡常数为：由于是低浓度吸收，有：由物料衡算得： 每小时用水量：由物料衡算得： 出塔液中SO2的浓度：7-7 用清水在吸收塔中吸收NH3-空气混合气体中的NH3，操作条件是：总压101.3kPa，温度为20。入塔时NH3的分压为1333.2Pa，要求回收率为98%。在 101.3kPa和20时，平衡关系可近似写为 Y* =2.74 X。试问：（1） 逆流操作和并流操作时最小液气比 (L / V)min各为多少由此可得出什么结论（2）若操作总压增为303.9

7、 kPa时，采用逆流操作，其最小液气比为多少并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。解：，（1）逆流操作时最小液气比：并流操作时最小液气比： 由此可知：若完成相同的吸收任务，并流操作时的用水量比逆流操作时用水量大。 （2）由于亨利常数仅是温度的函数，若总压增加，相平衡常数会发生变化，又因为，该吸收为低浓度吸收，有： 加压后，逆流操作时的最小液气比： 由此可知，完成相同的吸收任务，加压后，逆流操作的用水量小于常压的用水量，但是加压会增加能耗，这是以增大能耗为代价来减少吸收操作的用水量。7-8 在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分。已知操作条件下该系统的平衡关系为Y=1.15X，入塔

8、气体可溶组分含量为9%（体积），吸收剂入塔浓度为1%（体积）；试求液体出口的最大浓度为多少？解： 由题可得，液体出口的最大浓度是与入塔气体浓度相平衡的液体浓度： 液体出口的最大浓度：7-9 在填料塔内用清水逆流吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体，SO2浓度为0.08（体积分数），其余可视为空气。冷却后送入吸收塔用水吸收，要求处理后的气体中SO2浓度不超过0.004（体积分数）。在操作条件下的平衡关系为Y* = 48X，所用液气比为最小液气比的1.6倍。求实际操作液气比和出塔溶液的浓度。并在Y-X图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关系。解：，逆流操作的最小液气比： 实际操作液气比： 由操作线

9、方程可得： 出塔溶液的浓度：7-10 常压（101.325kPa）用水吸收丙酮空气混合物中的丙酮（逆流操作），入塔混合气中含丙酮7%（体积），混合气体流量为1500 m3 / h（标准状态），要求吸收率为97%，已知亨利系数为200kPa（低浓度吸收，可视Mm）。试计算：（1）每小时被吸收的丙酮量为多少；（2）若用水量为3200kg/h，求溶液的出口浓度？在此情况下，塔进出口处的推动力Y各为多少（3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，求所需用水量，此用水量为最小用水量的多少倍？解：， 混合气体的摩尔流率： 相平衡常数为： 所以，操作条件下的平衡关系为：（1）每小时被吸收的丙酮量为： （2

10、）吸收剂的摩尔流率：由操作线方程可得： 溶液的出口浓度：塔进口处的推动力： 塔出口处的推动力： （3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，有： 由操作线方程可得： 最小用水量： 7-11 在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分，若系统的平衡关系为Y = 0.3X。试求：（1）已知最小液气比为0.24，求其回收率；（2）当液气比为最小液气比的1.2倍，塔高不受限制时该系统的最大回收率；（3）如果吸收因子A = 1.25，回收率为90%，并已知该系统的气、液相传质单元高度HL和HG都是2 m， 其填料层高度为多少？解：(1) 当最小液气比时 回收率为：（2）L / V =

11、1.2（L/V）min= 1.2× 0.24= 0.288 < 0.3 若塔高不受限制时，气液将在塔底达到平衡，此时有塔底 最大回收率： （3） 又 7-12 在一逆流填料吸收塔中，用纯水吸收空气 - 二氧化硫混合气中的二氧化硫。入塔气体中含二氧化硫4%（体积分数），要求吸收率为95%，水用量为最小用量的1.45倍，操作状态下平衡关系为Y*=34.5X，HOG=2m。试求：（1）填料层的高度；（2）若改用含二氧化硫0.08%的稀硫酸作吸收剂，Y1及其他条件不变，吸收率为多少（3）画出两种情况下的操作线及平衡线的示意图。解：（1）， （2）， 其他条件不变，即L/V不变，则(L/

12、V)min也不变， （3） 7-13 在一塔径1.3m，逆流操作的填料塔内用清水吸收氨空气混合气体中的氨，已知混合气体流量为3400m3/h（标准状况）、其中氨含量为NH35%（体积分数），吸收率为90%，液气比为最小液气比的1.3倍，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，气相体积总传质系数KYa = 187 kmol/(m3×h)，试求：（1）吸收剂用量；（2）填料层高度；（3）在液气比及其它操作条件不变的情况下，回收率提高到95时，填料层高度应增加多少。解：（1）出塔氨含量：进塔惰性气体含量：最小液气比：实际液气比：吸收剂用量：（2）求塔底排出水中丙酮含量塔横截面积：传质单元高度：

13、传质单元数：填料层高度为：（3）7-14 由矿石焙烧炉送出来的气体含有SO2 6%（体积分数），其余可视为空气，冷却送入填料塔用水吸收。该填料层高度为6米，可以将混合气中的SO2 回收95%，气体速率为600kg惰气/(m2×h)，液体速率为900 kg/(m2×h)。在操作范围内，SO2的气液平衡关系为，受液体速率影响很小，而是单位时间内通过塔截面的气体质量，试计算将操作条件作下列变动，所需填料层有何增减（假设气、液体速率变动后，塔内不会发生液泛）（1）气体速度增加20%；（2）液体速度增加20%。解：单位塔截面积空气流量：单位塔截面积水的流量：（1）当气体流量增加20，

14、 所以：（2）当液体流量增加20， 又：气体流量不变，也不变，所以：7-15 某制药厂现有一直径为1米，填料层的高度为4米的吸收塔。用纯溶剂逆流吸收气体混合物中的某可溶组分，该组分进口浓度为0.08（摩尔分率），混合气流率为40kmol/h，要求回收率不低于95%。操作液气比为最小液气比的1.5倍，相平衡关系为Y* = 2X，试计算：（1）操作条件下的液气比为多少；（2）塔高为3米处气相浓度；（3）若塔高不受限制，最大吸收率为多少？解：（1），（2） 当时，设其气液相浓度分别为、， 又由得：则：；即 （1）又由操作线方程 （2） （1）、（2）式联解得：，（3）若塔高不受限制，因为2.85&g

15、t;2，所以，在塔顶达到平衡，最大吸收率为100。7-16 在装填有50mm拉西环的填料塔中用清水吸收空气中的甲醇，直径为880mm，填料层高6m，每小时处理2000m3甲醇-空气混合气，其中含甲醇5%（体积分数）；操作条件为298.15 K，101.3 kPa。塔顶放出废气中含甲醇0.263%（体积分数），塔底排出的溶液每kg含甲醇61.2g；在此操作条件下，平衡关系Y = 2.0X。根据上述测得数据试计算：（1）气相体积总传质系数KYa；（2）每小时回收多少甲醇；（3）若保持气液流量V、L不变，将填料层高度加高3m，可以多回收多少甲醇。解：（1）；则 （2）（3）V、L不变，则即不变，则又

16、 7-17 现需用纯溶剂除去混合气中的某组分，所用的填料塔的高度为6m，在操作条件下的平衡关系为Y = 0.8X ，当L / V = 1.2时， 溶质回收率可达90%。在相同条件下，若改用另一种性能较好的填料，则其吸收率可提高到95%，请问第二种填料的体积传质系数是第一种填料的多少倍？解：在同一吸收塔中操作，则有：7-18 用填料塔解吸某含有二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.0085和0.0016（摩尔分数）。解吸所用载气为含二氧化碳0.0005（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35、101.3kPa，此时平衡关系为Y = 106.03X。操作气液比为最小气液比

17、的1.45倍。若取HOL=0.82m，求所需填料层的高度？解：，由平衡关系Y = 106.03X可得：，最小气液比为：，7-19 某合成氨厂在逆流填料塔中，用NaOH溶液吸收变换气中的CO2。已知进塔混合气流量为kg/h，密度为12.8kg/m3；进塔的液体流量为kg/h，密度为1217kg/m3，粘度为0.52mPa.s。拟采用乱堆50mm×50mm×0.9mm的钢制鲍尔环。试估算填料塔的塔径。解：在乱堆填料泛点线上读出相应的纵坐标值为0.023，即对于50mm×50mm×0.9mm的钢制鲍尔环，代入上式得：泛点气速：取空塔气速为：塔径：取塔径为3.0m。7-20 在某逆流操作的填料塔内，用清水回收混合气体中的可溶组分A，混合气体中A的初始浓度为0.02 （摩尔分数）。为了节约成本，吸