化工原理-气体吸收作业含答案

1、气体吸收1 .向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的 CO 气体，经充分接触后，测得水中的 CO 平衡浓度为 2.875x102kmol/m3,鼓泡器内总压为 101.3kPa,水温 30C,溶液密度为 1000kg/m3。试求亨利系数 E、溶解度系数 H 及相平衡常数解：查得 u30C,水的ps=4.2kPa*pA=p_ps=101.3-4.2=97.1kPa:10003=55.56kmol/mMS18CA2.87510 x=-=c55.56*E=-=.=1.876105kPax5.17104一一一51.876105一101.32 .在总压 101.3kPa,温度 30c 的条件下，SO2摩尔

2、分率为 0.3 的混合气体与 SO2摩尔分率为 0.01 的水溶液相接触，试问：(1)从液相分析 SO2的传质方向；(2)从气相分析，其他条件不变，温度降到 0c 时 SO2的传质方向；(3)其他条件不变，从气相分析，总压提高到 202.6kPa 时 SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。解：(1)查得在总压 101.3kPa,温度 30c 条件下 SO2在水中的亨利系数 E=4850kPaE4850“QQm-1=47.88p101.3从液相分析*y0.3x=一=0.00627x=0.01m47.88故 SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。稀溶?夜:c4

3、=5.1710一CA*2.8751097.1=2.9610kmol/(kPa=1854(2)查得在总压 101.3kPa,温度 0c 的条件下，SO2在水中的亨利系数 E=1670kPa从气相分析y*=mx=16.49X0.01=0.16y=0.3故 SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。(3)在总压 202.6kPa,温度 30c 条件下，SO2在水中的亨利系数 E=4850kPa从气相分析y*=mx=23.94X0.01=0.24y=0.3故 SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。x*=y=-03-=0.0125m23.94以液相摩尔分数表示的吸收推动力为：?x=x*x=0.012

4、5-0.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为：?y=y-y*=0.3-0.24=0.063.在总压为 100kPa、温度为 30c 时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数kG=3.84X10-6kmol/(m2-s-kPa),液相传质系数kL=1.83X10-4m/s,假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为 0.05,其气相平衡分压为 6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为 y=0.05,x=0.01 时*(1)以(PA-PA)、(CA-CA)表木的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；(2)分析该过程的控制因素。*一解：(1)根据亨利定律

5、E=匹=回7=134kPax0.05E_1670p-101.3=16.49E4850p-202.6=23.94相平衡常数m=E=134=1.341007。1000溶解度常数H=一-=0.4146EMs13418pA一p；=100X0.05-134X0.01=3.66kPa11111=-=z273597KGHkLkG0.41461.831043.8610 整KG=3.66x10kmol/(m2s.kPa)-6-52、NA=KG(pA-pA)=3.66X10X3.66=1.34X10kmol/(ms)C；-CA）表示的传质总推动力时:*一_2CA-CA=0.4146x10

6、0X0.050.56=1.513kmol/m3._._._._.一G9、NA=KL(CACA)=8.8X10X1.513=1.3314X10kmol/(m.s)（2）与（pA-pA）表示的传质总推动力相应的传质阻力为1O其中气相阻力为=13180m2。s-kPa/kmol；kG12放相阻力=260417m2skPa/kmol;HkL气相阻力占总阻力的百分数为260417X100%=95.2%。273597故该传质过程为气膜控制过程。4.若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，界面上气液两相平衡，推导出 KL与心、kG的关系。解：因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线CA=H

7、pA界面上气液两相平衡cAi=HpAi的关系式以气相分压差（PA-P；）表不总推动力时:CA0.010.9918/10003=0.56kmol/mKL二KG3.66100.4146,66,=8.810m/s273597(m2-s-kPa)/kmol;*、由NA=KL（CA一CA）得L1.398092=0.658NOGY-mX2Y2-mX2,S1*、NA=(CA-CA)(1)KL由NAkG(PA一PAi)得一*一NA二kG(cA-也)AGHHH*；NA=(CA-CAi)(2)kG由NA=kL(CAiCA)得1.NA=(CAjCA)(3)kL(2)式+(3)式，并与(1)式比较得11HK?kLkG

8、5 .在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空气氨混合气中的氨，气相流率为 0.65kg/(m2S)。操3作放气比为最小放气比的 1.6 倍，平衡关系为y=0.92x,气相总传质系数Kya为 0.043kmol/(mS)o试求:(1)吸收率由 95%提高到 99%,填料层高度的变化。(2)吸收率由 95%提高到 99%,吸收剂用量之比为多少?解：(1)吸收率为 95%时:W=0.65/29=0.0224kmo1/(m2S)V0.0224HOG=0.521mKya0.043-=1.6-=1.60.874=1.398VVminL=0.0224x1.398=0.0313kmol/(mYI-Y2*X1-

9、X2Y-Y,-=m=0.920.95=0.874Y2/m6 .在一填料塔中用清水吸收氨-空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则X1如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为kya垢V0.8）解：用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故KYakYa-cV08因气体流量 V 不变，所以kYa、KYa近似不变，HOG不变。1-CC、1Vc”NOG=ln(1-0.658)0.658=5.891-0.6581-0.95Z=N0GHOG=5.890.521=3.1m吸收率为 99%时：V0.0224HOG=HOG0.521mKya0.043LYI-丫2YI-Y2min=;=m=0.920

10、.99=0.911VX1-X2Y2/mL=0.0224X1.457=0.0326kmol/(m2-S)cmV0.92彳S=0.631L1.4571OG二1-sln|(1sjXmX2+SY-mX2NOG11ln(1-0.631)0.631=9.821-0.6311-0.99Z=NOGHOG=9.820.521=5.1m5.113.1=1.65(2)L=0.0224x1.398=0.0313kmol/(m2-S)L=0.0224X1.457=0.0326kmol/(m2-S)L=0.0326L0.0313=1.04丫2、=1.60.911=1.457因塔(Wj 不变，故根据 Z=NOG,HOG可知

11、NOG不变。一-m,一一，丫1-mX2当清水量加大时，因 S=,故 S 降低，由图 5-25 可以看出会增大，故丫2将下降。L/V丫2-mX2根据物料衡算L(XiX2)=V(YiY2)%VYI,VY不变，L增大，可近似推出Xi将下降。7 .在一逆流操作的吸收塔中，如果脱吸因数为 0.75,气液相平衡关系为Y*=2.0X,吸收剂进塔浓度为 0.001(摩尔比，下同)，入塔混合气体中溶质的浓度为 0.05 时，溶质的吸收率为 90%试求入塔气体中溶质浓度为 0.04 时，其吸收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其他条件不变，则其吸收率又如何？此结果说明了什么?解:X=0.001时:原工况S=0.75

12、丫2=Y(1一)=0.05(1-0.9)=0.005新工况NOGNOGMS)广1In1-0.75(1-0.75)0.05-20.0010.75=6.2330.005-20.001HOG=HOGNoG.-l-m(1-S)Y；mX2+S丫2-mX2NOG=NOG10.04-20.001In(1-0.75)；0.751-0.75丫2-20.0016.233解得丫2=4.375103_一_30.04-4.37510=0.8906:89.06%0.04X2=0时:原工况S=0.75丫2=Y(1一)=0.05(1-0.9)=0.005NOGY-mX24SY2一mX298%,求新填料的气相总体积吸收系数为原

13、填料的多少倍?11ln(1-0.5)0.5=3.41-0.51-0.90新工况：SNOG10.05In(1-0.75)0.75=4.7151-0.750.005、一一一-1新工况HOG=H0GZuZ1YNOG=ln(1S)，+S1-S|Y2一10.04NOG=NOGln(1-0.75)0.75=4.7151-0.75Y2解得Y2=4.0010JY；-匕0.04-4.0010-=1,2=0.9=90%0.04从计算结果看，塔高一定，当用纯溶剂吸收混合气体中的溶质时，入塔气体组成变化，其他条件不变，其吸收率不变。8.在一逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气体中溶质组分，当液气比为1.5 时，溶质

14、的吸收率为 90%,在操作条件下气液平衡关系为 Y*0.75X。如果改换新的填料时,在相同的条件下，溶质NOGln(1-0.5)1-0.5IL1-0.980.5=6.477JHOGVKYa11HOGNOGNOGKyaKY3NOGNOG6.4773.411.900的吸收率提高到解：原工况:S=mV=075=0.5L1.5NOG1-1-S）11-Sln(1-S)NOG9.用纯溶剂在一填料吸收塔内，逆流吸收某混合气体中的可溶组分。混合气体处理量为 1.25Nm3/s,要求溶质的回收率为 99.2%。操作液气比为 1.71,吸收过程为气膜控制。已知 10c 下，相平衡关系*Y=0.5X,气相总传质单兀

15、局度为 0.8m。试求:(1)吸收温度升为 30c 时，溶质的吸收率降低到多少？(2)若维持原吸收率，应采取什么措施(定量计算其中的解:(1)原工况：S=mV=晅=0.292L1.71S=mS=1.20.292=0.7008m0.511NOG=NOG=ln(1-0.7008)0.7008=6.341-0.70081-解得=0.95(2)温度升高，平衡线上移，推动力减小，保持吸收率不变，可采取措施:1)L/V 增加，即增加溶剂量；S=SmV_mVLL2)增加填料层高度L/V 不变，温度升高，S=mS=12x0.292=0.7008,推动力减小靠增加塔高弥补。m0.5-一_*._(30C时，相平衡

16、关系Y=1.2X)2 个措施)。NOG1-Sln(1-S)-mX2-mX2+S1=1c1ln(1-S)1-S1-NOG11ln(1-0.292)0.292=6.341-0.2921-0.992Z-NOGHOG=6.340.8-5.072m新工况:H0G=HOG1.20.5L=2.4L11NOG=ln(1-0,7008)0.7008=12.171-0.7008_1-0.992温度改变，对气膜控制吸收过程，传质单兀局度不变，HOG=H0G=0.8_.一一_Z=NOGHOG=12,170.8=9.736mZ=9.736-5.072=4.664m10.在一塔高为 4m 填料塔内，用清水逆流吸收混合气中

17、的氨，入塔气体中含氨 0.03(摩尔比)，混合气体流率为 0.028kmol/(m2-s),清水流率为 0.0573kmol/(m2-s)要求吸 U攵率为98%,气相总体积吸收系数与混合气体流率的 0.7 次方成正比。已知操作条件下物系的平衡关系为Y*=0,8X，试求：(1)当混合气体量增加 20%时，吸收率不变，所需塔高？(2)压力增加 1 倍时，吸收率不变，所需塔高？(设压力变化气相总体积吸收系数不变)解：原工况：y1=0,03=0,0291Y110.03V=0.028(1-0.029)=0.0272kmol/(m2s)101cNOG=In(1-S)+S1-S11-。.VZ4HOG=0.720mKYa,1NOG5.56(1)气体流量增加 20%因水吸收氨为气膜控制，所以V增加，传质单元高度变化HOG=1.0560.720=0.760mmV0.80,02720.0573=0.38NOG11In(1-0.38)-