化工原理 吸收计算题答案

吸收计算题-10题-2012（一）某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/（h-m2），操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数ka=64.6kmol/(h-m3)，k^a=16.6kmol/(h-m3)，相平衡关系为PA=4.62cA（式中气相分压pa的单位是kPa，平衡浓度单位是kmol/m3）。求:（1）容积总传质系数Ka及传质单元高度Hog；（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。解：（1）由亨利定律P=Ex=Hc=Hc-xy=mx:.m=Hc/P='应c=0.0456cM101.3MMka=kac=16.6ckmol/h-m3=2.75x10-3h-m3/kmolm0.0456c=Mka16.6c1m1-…一一+——=——+2.75x10-3=0.0182h-m3/kmolKakaka64.6「.Ka=54.9kmol/h=2.75x10-3h-m3/kmolOGKa54.9（1）液相阻力占总阻力的百分数为:=0.151=15.1%m/ka2.75x10-31/Ka—0.0182（二）某填料吸收塔用含溶质％=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比L/V=3，气体入口质量分数y1=0.01回收率可达门=0.90。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升至x2=0.00035=0.151=15.1%（1）可溶组分的回收率M下降至多少?（1）可溶组分的回收率M下降至多少?（2）液相出塔摩尔分数x1升高至多少?解：（1）y2="f)=0.01X(1-0.9)=0.001m2-=解：（1）NOG：ln[(1-：)=t+NOG1-1Ay-mxAA2210.01-0.0002x2ln[(1-0.667)+0.667]=5.381-0.6670.001-0.0002x2当，2上升时’由于H不变，H°g不变Nog=H/Hog也不变，即ucc10.01-0.00035X25.38=ln[(1-0.667)+0.667]1-0.667y'-0.00035x22=0.00130.011=°.01一0.0013=0.87y10.01（1）物料衡算V(y-y')=L(x'—xx)TOC\o"1-5"\h\z1212，V，，二x=(y—y)+x1L122=3x(0.01-0.0013)+0.00035=0.00325（三）有一填料吸收塔，在28°C及101.3kPa，用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨，使其含量由5%降低到0.04%（均为摩尔％）。填料塔直径为0.8m，填料层体积为3m3,平衡关系为Y=1・4X，已知Kya=38.5kmol/h。问（1）出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时，该塔能否使用?（2）若在上述操作条件下，将吸收剂用量增大10%，该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛）解：（1）惰性气体流量Y解：（1）惰性气体流量Y=0.05=0.0526311-0.05200273V=xx(1-0.05)=7.69kmol/h22.4301Y=0.0004=0.000421-0.0004X1=0.80X:=0.0301XX1=0.80X:=0.03011m1.40.0301-0L=V(Y1一七)=7剧X(0.05263-0.0004)=13.34kmol/hx1-X2△*=匕-mX1=0.05263-1.4x0.03010.0301-0AY'=Y2=0.0004AYAY'—AY'——1T^-.AY'In——iAY；=0.00308Z，—U(Y.-Y；)_7.69x(0.05263—0.0004)_674^-%心寸2-38.5x0.785x0.8；x0.00308—，“该塔现有填料层高度z=3=6m0.785x0.82因为Z'〉Z所以该塔不适合。(2)吸收剂用量增大10%时L”=1.1x13.34=\4.67kmol/h=14.67kmol/h7.69x(0.05263—=14.67kmol/hX〃=0.02741A%、〃=匕—mX“=0.05263—1.4x0.0274=0.01424AY2=Y2=AY2=Y2=0.0004AY〃0.01424—0.0004In0.014240.0004=0.00387z〃=V(匕-Y「=7.69x(0.05263—0.0004)=536^

-KySaj〃-38.5x0.785x0.82x0.00387—.秫因为z〃〈z所以该塔适合。（四）一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m，进塔混合气组成为0・04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033，求此时填料层高度为若干米?解：(1)液气比为最小液气比的多少倍？0.0053=0.005331—0.0053Y=0.04=0.041711—0.04X=瞒0128=0.0053=0.005331—0.0053L/y_J1-Y0.0417-0.00533-X

iY-Y(L/V)=-^-2minX*-X（2）所需填料层高度?Z=HogxNog=2.8040.01297-0_Y—Y_0.0417-0.00533-Y/4-0.0417/2.5-.(L/V)=2-8°42.18-1.286minS=mV/L=2.5/2.804=0.892ln[(1-S)匕—mX2+S]Y-mX一1一ln[(1-0.892)0.0417-01-0.8920.00533—0NOG+0.892]=5.11故Z=HogxNog=1.5x5.11=7.67m（3）此条件下的填料层高度。0.0033=0.003311-0.0033Y2=Lln[(1-S)「mX2+S]1-SY-mX1—ln[(1-0.892)0.0417—0+0.892]1-0.8920.00331-0=7.52n，OGZ，=HogxNog=1.5x7.52=11.28m（五）某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为9m,平衡关系Y=1・4X，测得气体进、出口浓度Y1=0.03,Y2=0.002，液体出口浓度X1=0.015（均为摩尔比）。试求：（1）操作液气比L/V；（2）气相总传质单元高度Hog，（3）如果限定气体出口浓度Y2=0・0015,为此拟增加填料层高度，在保持液气比不变的条件下应增加多少？解：（1）操作液气比L/V；L/V=Y1-Y2x1-X20.03-0.002=1.8/0.015-0（2）气相总传质单元高度HogZ=HOGXNOGS=mVZ=HOGXNOGNOG—ln[(1—S)匕—m2+S]1—SY2—mX21—ln[(1—0.749)0.03—0+0.749]1—0.7490.002—0=6.004Hog=Z/Nog=9/6=1.5(3)Z—Z=NOG由题意知匕=0.0015其它条件不变，则Hog=1.5不变新情况下的传质单元数为:N'=-^ln[(1-S)「m2+S]og1—SY；-mX2—1—ln[(1—0.749)°.03—0+0.749]1—0.7490.0015—0=6.98Z'=HxN=1.5x6.98=10.47mZ'—Z=10.47—9=1.47m用水吸收气相混合物中的氨，氨的摩尔分数y=0.05，气相总压为101.33kpa(1atm)湘平衡关系满足享利定律c=Hp，其中H=1.073kmol/(m3.kpa)，气膜传质阻力为总传质阻力的80%，总传质系数笔=2.57X10-6kmol/(m2-s-kpa)。试求:(1)液相浓度为0.068kmol/m3时的吸收速率;(2)气膜及液膜传质分系数kG^kL。解：(1)由题中所给条件可写出对应的传质速率方程:N=K(p-p*)p=p总y=5.065kp,c0.068p*=—==0.07kpH1073NA=2.57x10-6x(5.065—0.07)=1.28x10-5kmol/(m2.s)

10.8(2)kGKG2.57x10-60^8=3.21x10-4kmol,(m2-s-kp)0..2HkL=2.57X10-6=1.197x10-5ms0.2H0.2x1.073有一吸收塔，用清水在101.33灿。，20c下吸收混于空气中氨。已知填料度为4m，入塔气体质量流速G=600kg；(m2-h)，含氨6%(体)，吸收率为99%，水的流速W=790kg：(m2-h)，逆流操作，平衡关系Y*=0.9X，K^G0.8。试计算当操作条件分别作如下改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率?10.8(2)kGKG⑴操作压强增加1倍；⑵⑴操作压强增加1倍；⑵液体流量增加1倍；(3)气体流量增加1倍;解：首先计算原塔的Hog及NogZ=4mZ=4mT=293Ky1—1-y1次些=0.06381-0.062.h)mV0.9x19.94…=0.4143.89NOG上ln)Y-mX一s)』+sY2-mX2空1+0.41=6.921-0.99H=og2.h)mV0.9x19.94…=0.4143.89NOG上ln)Y-mX一s)』+sY2-mX2空1+0.41=6.921-0.99H=ogHg6.92=0.58m7600(1-0.06)=19.94kmol(空气)(m2-h)O28.28L790=43.89kmol18Em=—P在低压下E仅是温度的函数所以s'=s=0.205所以2

所以H=—-—ln0G1—s'HOGH'——OGHOGpP'1—s',1+s^11—中A1-0.205]…+0.205」=5.511-0.99V_V^^^~pKGQH'OG=HLG0.58~T=所以H=—-—ln0G1—s'HOGH'——OGHOGpP'1—s',1+s^11—中A1-0.205]…+0.205」=5.511-0.99V_V^^^~pKGQH'OG=HLG0.58~T=0.29m则Z'=H'N'g=0.29x5.51=1.6m所需填料层高度较原来减少了4—1.6=2.4m(2)L'=2L,mVmVss===—LL2则由(1)可知，Nog=5.51液体流量的增加对总吸收系数的影响可忽略，因为该系统气膜控制，H'og=Hog不变贝gZ=NogH'og=5.51x0.58=3.2m即所需填料层高度较原来减少0.8m….V'-Vc-…(3)V=2Vs'=m—=2m=2s=2x0.41=0.82LLN'=^—In+s'1OG1—s'1—中LA*ln!—082+0.82]=16.311—0.99XG0.8由题知KOG=kGa=20.8KGa2VHOGKGpQ20.8KGpQ=20.2HOG解：本题为操作型计算，nog宜用脱吸因数法求算。原工况下:其中因X2=0N=-^lnOG1—S则:（1其中因X2=0N=-^lnOG1—S则:（1—S）4^+S

Y2—mXY-mX~12=~T===10Y—mXY1—91—0.9222N八=OG1—0.51lnK1—0.5）x10+0.5〕=3.41气相总传质单元高度为:H

OGKaQ.NYOG新工况（即新型填料）下:—=1.4663.41NoG土ln0・5x+0.5=4.7031—0.95—=1.0634.703H'OGKaQN'KX=上=14岌1.38KaHf—=1.0634.703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，在其它条件不变下，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。（九）在一逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某组分A，已知操作条件下平衡关系为y=2.2x，入塔气体中A的含量为6%（体），吸收率为96%，取吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试求：（1）出塔水溶液的浓度；（2）若气相总传质单元高度为0.8m，现有一填料层高为8m的塔，问是否能用？

已知平衡关系为Y=1・5X，（10）某厂吸收塔填料层高度为4m，用水吸收尾气中的有害组分A，塔顶X2=0，Y2=0.004，塔底X1=0.008,Y已知平衡关系为Y=1・5X，(1)气相总传质单元高度;(2)操作液气比为最小液气比的多少倍;（3）由于法定排放浓度Y2必须小于0.002，所以拟将填料层加高，若液气流量不变，传质单元高度的变化亦可忽略不计，问填料层应加高多少?解：（1）气相总传质单元高度Y*=1.5X1=1.5x0.008=0.012AYm(Y—Y*)—(AYm(Y—Y*)—(Y—Y*)_(0.02—0.012)—0.004112-Y—Y*lnu-Y—Y*CE八〜c=0.00577i0.02—0.012In0.004（2）NOGHOGY—YAy2m0.02—0.004°”=2.770.00577=Z/Nog=4/2.77=1.44m操作液气比为最小液气比的多少倍0.008因为X2=0，故L/V=J-七=0.02—0.004=2X—X(L/V)minY—Y0.020.008(L