气体吸收习题答案

本文格式为Word版，下载可任意编辑——气体吸收习题答案第五章吸收

气液平衡

1、向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，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m。解：

查得30℃，水的ps?4.2kPap*A?p?ps?101.3?4.2?97.1kPa

稀溶液：c??MS?100018?55.56kmol/m3

x?cAcpAxcApA*?2.875?1055.5697.15.17?10?2?5.17?10?4

*E???4?1.876?10kPa

5H??2.875?1097.15?2?2.96?10?4kmol/(kP?ma)

3m?Ep?1.876?10101.3?1852

2、在压力为101.3kPa的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数），试求所得氨水的最大物质的量浓度。已知操作温度20℃下的相平衡关系为pA?2000x。

*解：混合气中氨的分压为

pA?yp?0.02?101.33?2.03

与混合气体中氨相平衡的液相浓度为

x**?pA2000*?2..32000?1.02?10?3?3

3cA?xc?1.02?10100018?0.0564kmol/m

3、在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO220％（体积分数）空气-CO2混合气与水充分接

触，试求液相中CO2的物质的量浓度。解：

查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×105kPaCO2难为溶于水的气体，故溶液为稀溶液H??SEMS?10001.88?10?185?2.96?10?4kmol/(m?kPa)3*pA?yp?0.20?101.33?20.3kPa

c*?HpAA?2.96?10?4?20.3?6.01?10?3kmol/m

34、含CO230％（体积分数）空气－CO2混合气，在压力为505kPa，温度25℃下，通入盛有1m3水的2m3密闭贮槽，当混合气通入量为1m3时中止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa，设CO2大部分放出，求能最多获得CO2多少kg？。设操作温度为25℃，CO2在水中的平衡关系听从亨利定律，亨利系数E为1.66×105kPa。解：

pA?Ex（1）pA?1.66?10x

*5*气相失去的CO2物质的量＝液相获得的CO2物质的量

(pA?pA)VGRT*?cVLx

*(0.3?505?pA)?18.314?2980.0612?4.04?10?4?100018*?1?x

pA?55.56x（2）

（1）与（2）解得：x?5?10减压后：m?Ep??4

51.66?1020?8300

x1?y1m?18300?1.2?10?4

稀溶液：x?X?W/441000/18

xW?2444W?2444?5?10?4?1.2kg

?4W1?2444?1.2?10?0.29kg

?W?1.2?0.29?0.91kg

5、用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），吸收后气体出口中含氨0.4％（体积），溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为Y*?2.52X。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。

解：

Y1?y11?y1y21?y2?0.061?0.060.0041?0.004?0.064Y1?2.52X1?2.52?0.012?0.03024

*Y2???0.00402Y2?2.52X2?2.52?0?0

*塔顶：?Y2?Y2?Y2*?0.00402?0.00402塔底：?Y1?Y1?Y1*?0.064?0.03024?0.034

6、在操作条件25℃、101.3kPa下，用CO2含量为0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO210％（体积分数）的CO2－空气混合气在一容器充分接触，试:

（1）判断CO2的传质方向,且用气相摩尔分数表示过程的推动力；

（2））设压力增加到506.5kPa，CO2的传质方向如何，并用液相分数表示过程的推动力。解：

（1）查得25℃、101.3kPa下CO2－水系统的E＝166MPam?Ep??16390.1013

166y*?mx?1639?0.0001?0.164?y?0.10y?y*

所以CO2的传质方向由液相向气相传递，解吸过程。解吸过程的推动力为?y?y*?y?0.164?0.10?0.064

（2）压力增加到506.5kPa时，m'?Epym''?1660.50650.10327.7?327.7

x*???4?3.05?10?4

?x?1?10

x?x

*所以CO2的传质方向由气相向液相传递，吸收过程。

吸收过程的推动力为?x?x*?x?3.05?10?4?1?10?4?2.05?10?4

由上述计算结果可以看出：当压力不太高时，提高操作压力，由于相平衡常数显著地

提高，导致溶质在液相中的溶解度增加，故有利于吸收。扩散与单相传质

7、某容器内装有2mm四氯化碳，在20℃的恒定温度下逐渐蒸发，通过近似不变的2mm静止空气层扩散到大气中，设静止的空气层以外的四氯化碳蒸气压为零，已知20℃、大气压为101.3kPa下，四氯化碳通过空气层的扩散系数为1.0×10m/s。求容器内四氯化碳蒸干所需时间为多少小时？解：

查得20℃下四氯化碳饱和蒸气压为32.1kPa；密度为1540kg/m3；四氯化碳分子量MA＝154kg/kmol；气相主体中空气（惰性组分）的分压

pB1?p?pA1?101.3?32.1?69.2kPa

－5

2

气液界面上的空气（惰性组分）的分压

pB2?p?pA2?101.3kPa

四氯化碳的气化速率为

?AhMA?

扩散速率为

NA?DpRTzlnpB2pB1

定态传质时，四氯化碳的气化速率等于其在空气中的扩散速率，即

NA?DpRTzlnpB2pB1＝

?AhMA?

??RTz?AhMADplnpB2pB1?8.314?293?0.002?0.002?1540154?1?10?5?101.3?ln101.369.2?252.4s?0.07h

8、在填料吸收塔内用水吸收混合于空气中的甲醇，已知某截面上的气、液两相组成为pA=5kPa，cA=2kmol/m3，设在一定的操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数H为0.5kmol/(m3·kPa)，液相传质分系数为kL＝2×10－5m/s，气相传质分系数为kG＝1.55×10－

5

kmol/(m·s·kPa)。试求以分压表示吸收总推动力、总阻力、总传质速率、及液相阻力的

2

分派。解：

以分压表示吸收总推动力

pA?*cAH?20.5?4kPa

?pA?pA?p*?5?4?1kPaA总阻力

1KG?1Hk10.5?2?1055?5L?1kG?11.55?104?5?

?1?10?6.45?102?1.65?10(m?s?kPa)/kmol总传质速率液相阻力的分派

1Hk1KGL55NA?KG(pA?pA)?1/1.65?10?1?6.08?10*5?6kmol/(m2?s)

?1?10?0.606?60.6%1.65?10

由计算结果可以看出此吸收过程为液相传质阻力控制过程。

9、对习题8的过程，若吸收温度降低，甲醇在水中的溶解度系数H变为5.8kmol/(m·kPa)，设气、液相传质分系数与两相浓度近似不变，试求液相阻力分派为多少？并分析其结果。吸收温度降低时总传质阻力

3

1KG?1Hk1L?1kG?5?5.8?2?1034?11.55?104?5

?8.6?10?6.45?102?7.31?10(m?s?kPa)/kmol液相阻力的分派

1Hk1KG8.6?107.31?1034

L??0.1176?11.76%

由液相阻力占吸收过程总阻力的11.76%，可知此吸收过程为气相传质阻力控制过程。吸收过程设计型计算

10、用20℃的清水逆流吸收氨－空气混合气中的氨，已知混合气体温度为20℃，总压为101.3kPa，其中氨的分压为1.0133kPa，要求混合气体处理量为773m/h，水吸收混合气中氨的吸收率为99％。在操作条件下物系的平衡关系为Y*?0.757X，若吸收剂用量为最小用的2倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少kg？（2）塔底液相浓度（用摩尔分数表示）。解：

（1）Y1?pApB?1.0133101.3?1.0133?0.01

3

Y2?Y1(1??)?0.01(1?0.99)?1?10V?773?273293?22.4?4

(1?0.01)?31.8kmol/h

Lmin?VY1?Y2X1?X*2?31.8(0.01?0.0001)0.010.757?0?23.8kmol/h

实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h＝856.8kg/h（2）X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+

31.8(0.01?0.0001)47.6?0.0066

11、在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A，已知进塔混合气体中组分A的浓度为0.04（摩尔分数，下同），出塔尾气中A的浓度为0.005，出塔水溶液中组分A的浓度为0.012，操作条件下气液平衡关系为Y?2.5X。试求操作液气比是最小液气比的倍数？

*解：

Y1?y11?y1y21?y2x11?x1?0.041?0.040.0051?0.0050.0121?0.012?0.0417

Y2???0.005

X1???0.0121Y1?Y2Y1?Y2Y20.005?L????m(1?)?2.5(1?)??*YX1?X2Y10.0417?V?min1

m?2.2LV?Y1?Y2X1?X2?0.0417?0.0050.0121?0?3.03

LV?L?/??V??min?3.032.2?1.38

12、用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分数)的水溶液吸收含SO2为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为Y?17.8X，求气相总传质单元数。解：吸收剂流量L?y11?y13780018?2100kmol/h

*Y1??0.091?0.09?0.099

Y2?Y1(1??)?0.099(1?0.8)?0.0198

惰性气体流量V?100(1?y1)?100(1?0.09)?91kmol/h

X1?X2?VL*(Y1?Y2)?1.1?10?3?912100?3(0.099?0.0198)?4.53?10?3

?Y1?Y1?Y1?0.099?17.8?4.53?10?Y2?Y2?Y2?0.0198?17.8?1.1?10?Y1??Y2ln?Y1?Y20.0184?2.2?10ln0.01842.2?10?4?4?0.0184?2.2?10?4*?3

?Ym???4.1?10?3

NOG?Y1?Y2?Ym?0.099?0.01984.1?10?3?19.3

13、用清水逆流吸收混合气体中的CO2，已知混合气体的流量为300标准m3/h，进塔气体中CO2含量为0.06（摩尔分数），操作液气比为最小液气比的1.6倍，传质单元高度为0.8m。操作条件下物系的平衡关系为Y＊＝1200X。要求CO2吸收率为95％，试求：（1）吸收液组成及吸收剂流量；（2）写出操作线方程；（3）填料层高度。

解：（1）由已知可知惰性气体流量V?Y1-Y2Y1（1－0.06)?12.59kmol/h

22.4300X2=0，?＝

Y?Y2Y?Y2?L??1?m?最小液气比???1*?XY/m??min122操作液气比

?L??1.6???1.6m??1.6?0.95?1200?1824V?V?min?L???V＝1824×12.59＝22963kmol/h?V??0.064VLVLL吸收剂流量L＝?Y1?y11?y1?0.061?0.06吸收液组成X1?X2?(2)操作线方程

Y?LV(Y1?Y2)?X2?LVY1??0.064?0.95/1824?3.33?10?5?5

X?(Y1?X1)?1824X?(0.064?1824?3.33?10)

整理得Y=1824X+3.26×10-3(3)脱吸因数S?1mVL?12023824?0.658

NOG??Y?mXln?(1?S)11?S?Y2?mX122??S?

?NOG?1??ln?(1?0.658)?0.658??5.89

1?0.6581?0.95??Z?NOG?HOG?5.89?0.8?4.71m

14、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/(m2·S)。操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为Y*?0.92X，气相总传质系数KYa为0.043kmol/(m3·S)。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：

V＝0.65／29＝0.0224kmol/(m2·S)HOG?VKya?0.02240.043?0.521m

Y1?Y2Y1?Y2?L????m??0.92?0.95?0.874??*X1?X2Y2/m?V?min?L??1.6???1.6?0.874?1.398VV??minLL＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)

S?mVL?0.921.398?0.658

NOG??Y?mXln?(1?S)11?S?Y2?mX1122??S?

?NOG?1??ln?(1?0.658)?0.658??5.89

1?0.6581?0.95??Z?NOG?HOG?5.89?0.521?3.1m

吸收率为99％时：

H'OG?HOG?'minVKYa'2?0.02240.043?0.521m

?L????V?L'?Y1?Y*X1?X2'min?Y1?Y2Y'2/m?m??0.92?0.99