第五章吸收课后习题答案

第五章吸收课后习题答案一、 填空1.减小；靠近。2.不变；增加。3.对数平均推动力法；脱吸因数法。4.气；液；吸收；液；气；解吸5.散装填料二、 选择1.B；2.A；3.C；4.D；5.A.三、计算题相组成的换算【5-1】在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。巳知入塔混合气中氨含量为.5%(质量分数，下同)吸收后出塔气体中氨含量为117%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比T】、Y2。解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y］和y2。—0.0903y—0.0903y10.055/17+0.945/290.0017/17y2-0.0017/17+0.9983/29—.进、出塔气体中氨的摩尔比％、f2为0.0903Y— —0.099311-0.0903Y-°.0029—0.002921-0.0029气液相平衡氧气在水中的亨利系数E为3.31x106kPa。)【5-2】某系统温度为10°C，总压氧气在水中的亨利系数E为3.31x106kPa。)解：由于H解：由于H牝Ems所以c*—Hp二—1000x21.27—3.57x10c*—HpEM3.31x106x18故mA=3.57x10-4x32x1000=11.42g/m3【5-3】在温度为40C、压力为101.3kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为5.0kPa时，氨在水中的溶解度为76.6g(NH3)/1000g(H2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6 17 —0075TOC\o"1-5"\h\z76.61000 . + 17 18由p*—Ex亨利系数为p* 15.0E—亍辰曲—2°°.°kPa

相平衡常数为相平衡常数为m=E=2000=1.974pt101.3由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40°C时水的密度为P=992.2kg/m3溶解度系数为H=—P—=—9922_kmol/(m3-kPa)=0.276kmol/(m3-kPa)

EM200.0x18S【5-4】在101.3/s20C下，稀氨水的气液相平衡关系为：y>=0.94x，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成xa=0.05的氨水接触，确定过程的方向。若含氨0.02摩尔分数的混合气和％=0.。5的氨水接触，又是如何？解：用相平衡关系确定与实际气相组成y=0.094成平衡的液相组成x*=y/0.94=0.094/0.94=0.1由于xA=0.05<x*，所以气液相接触时，氨将从气相传质进入液相，发生吸收过程。若含氨0.02摩尔分数的混合气和xa=0.05的氨水接触，则x*=y/0.94=0.02/0.94=0.021所以，气液相接触时，氨由液相传质进入气相，发生解吸过程。吸收速率【5-5】在温度为20C、总压为101.3kPa的条件下，CO2与空气混合气缓慢地沿着Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过1mm厚的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中，混合气体中CO2的摩尔分率为0.2,CO2到达Na2CO3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO2的浓度可忽略不计。巳知温度20C时，CO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求CO2的传质速率为多少？解：巳知：CO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8x10-5m2/s扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压P=101.3kPa气相主体中溶质CO2的分压PA1=PyA1=101.3x0.2=20.27kPa气液界面上CO2的分压pA2=0所以，气相主体中空气(惰性组分)的分压pB1=p-pA1=101.3-20.27=81.06kPa气液界面上的空气(惰性组分)的分压pb2=P-PA2T01.3—0=101.3kPaPBmPPBmPB2-PB1

lnP2

P

B1101"06=90.8kPaI101.3

ln 81.06代入得：RTZpBmP得：RTZpBmP(PA1-PA2)1.8X10-5 101.3X103( ) f 坟0.27X1.8X10-5 101.3X103( ) f 坟0.27X103-0，=0.167mol/(m2•s)8.314x(273+20)x1x10-390.8x103 167mol/(ms)【5-6】在总压为100kPa、温度为30°C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-P*cA-cA*表示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。p* 6.7解：(1)根据亨利定律E=i= =134kPax0.05E134相平衡常数m=—=p=1.34100口P1000

溶解度常数H=ET=B8s=0.4146pA—pA=100x0.05-134x0.01=3.66kPa1 1 1 1 1——=——+—= + =13180+240617=253797Kg Hklkg0.4146x1.83x10-43.86x10-6Kg=3.94X10—6kmol/(m2.s.kPa)NA=Kg(pA—p;)=3.94x10-6x3.66=1.44x10-5kmol/(m2-s)0.01c= =0.56A0.99x18/1000kmol/m3cA-cA=0.4146x100x0.05-0.56=1-513km°l/m3K_3.94x10-6~HH—0.4146=9.5x10-6m/sNA=Kl(ca-cA)=9.5x10-6x1.513=1.438x10-5kmol/(m2-s)(2)与pA—pA表示的传质总推动力相应的传质阻力为53797(mwkPa)/kmol；其中气相阻力为~=13180m2-s-kPa/kmol；kG1液相阻力五一HkL=2406171液相阻力五一HkL=240617m2-s-kPa/kmol；240617气相阻力占总阻力的百分数为253797x100%=94.8%故该传质过程为气膜控制过程。吸收塔的计算【5-7】在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体溶质组分A,吸收塔内操作压强为106kPa,温度为30°C,混合气流量为1300m3/h，组成为0.03(摩尔分数)，吸收率为95%。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为Y=0.65X。试求进入塔顶的清水用量L及吸收液的组成。解：(1)进入吸收塔的惰性气体为：V/ 273P\/—VVV22.4273+1101.33(1-y)=1300x273V/ 273P\/—VVV22.4273+1101.33- 22.4273+30101.33Y=—^=0,03=0.030931 1-y1 1-0.03Y2=Y(1-n)=0.03093x(1-0.95)=0.00155X?=0；m=0.65最小吸收剂用量为：LminY-YLminY-YX*-X253.06x(0.03093-0.00155)=32.8kmol/h0.030930.65>minY->minY-Y―12匕-Xm2LV=1-5=1.5x0.8=1.2min故清水用量为乙=1.5稣小1&32.8=49.2姑0血(2)吸收液组成可由全塔物料衡算求得，即53.06x(0.03093-0.00155)_49.2【5-8】一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，入塔气体中含A1%(摩尔比)，经吸收后溶质A被回收了80%，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m，试求填料层所需高度。解：Y1=0.01;Y2=0.01x(1-0.8)=0.002;X2=0X*=—=Y=0.011m10.01-0.002八。=0.80.01-0又由V(y1-y2)=l(X1-X2)，得1.2=1.2=0.01-0.002x1-0所以X1=0.0067所以AYm-AY2AY 1AYIn——iA所以X1=0.0067所以AYm-AY2AY 1AYIn——iAY2(Y-Y*)-(Y-Y*)=―1 1 2 2—IY-Y*ln 1-Y-Y*22(0.01-0.0067)-(0.002-0)=0.0026i0.01-0.0067In 0.002—0NOGM=0.01-0.002=3.07AY—0.0026mZ=Hog•Nog=1x3.07=3.07m【5-9】在常压逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中溶质组分A。进塔气体组成为0.03(摩尔比，下同)，吸收率为99%；出塔液相组成为0.013。操作压力为101.3kPa，温度为27^，操作条件下的平衡关系为Y=2X(Y、X均为摩尔比)。巳知单位塔截面上惰气流量为54kmol/(m2.h)，气相总体积吸收系数为1.12kmol/(m3-h-kPa)，试求所需填料层高度。解： Y]=0.03; Y2=Y1(1-n)=0.03x(1-0.99)=0.0003; X1=0.13; X2=0AYmAY-AY_(Y—Y*)-(Y-Y*)「AY Y-Y*ln——In1 AY2 Y2-Y2*(0.03-2x0.013)-(0.0003-0)In0.03-2x0.013

0.0003-0=0.00143NOGY-Y0.03-0.0003—1 AYm0.00143=20.77„VV 54H= = = =0.476mogKYaQKgaPQ 1.12mx101.3Z=N°C-Hog=20.77x0.476=9.886m【5-10】在逆流操作的填料塔中，用清水吸收焦炉气中氨，氨的浓度为8g/标准m3,混合气处理量为4500标准m3/h。氨的回收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。操作压强为101.33kPa，温度为30°C，气液平衡关系可表示为Y*=1.2X(Y、X为摩尔比)。气相总体积吸收系数KYa=0.06kmol/(m2-h)，空塔气速为1.2m/s，试求：(1)用水量L(kg/h)；(2)塔径(m)；(3)塔高(m)。

81(17x1000) y0.0105 八〜八，解：y1= ~~1 =0.0105；《=pV=]顷质=0.0106；22.4'1 .22.4y疔Y(1-n)=0.0106x(1-0.95)=0.00053；X*=匕=°^=0.00883；格=021 1m1.2 2V=竺皿x—x(1-0.0105)=0.0552kmolIs360022.40.0106-0.000530.00883L.=0.0552x =0.0630kmolIs0.00883L=1.5Lm1n=1.5X0.0630=0.0945kmOl|S=6120kg/h(2)由于V=竺xaz^=1.387m3|s故(2)由于s3600 273 ，故4VD=4VD=S\：兀u■'4x1.3873.14x1.2=1.21m一兀 3.14 _ 一(3)O=—D2=—x1.212=1.149m2) 4 40.0552Hog宵^0.06x1.149=0.8m根据全塔物料衡算X]=x0.0552Hog宵^0.06x1.149=0.8m根据全塔物料衡算X]=x2+V(y1-y2)IL，得X]=O+0.0552x(0.0106-0.00053)10.0945=0.00588AV AY-ayAY=——1ay2In——1AY2(Y-Y*)-(Y-Y*)

—11 22—IY-Y*ln Y-Y*22(0.0106-1.2x0.00588)-(0.00053-0)=0.00159i0.0106-1.2x0.00588In 0.00053-0Z=NOG•Hog=0.8x(0.0106-0.00053)/0.00159=5.07m【5-11】某制药厂现有一直径为0.6m,填料层高度为6m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004o已知操作条件下的气液平衡关系为Y=1.5X。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。解：改造前填料层高度为Z=HOGNOG改造后填料层高度为Z=H'N'OGOG故有Z=hOgNOgZHOGNOG由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故H'=HOGOG对于纯溶剂吸收X2=0，匕*=0TOC\o"1-5"\h\z. 1 ^Y*由N=——ln[(1-S) l+S]og1-S Y-Y*1 Y故N=——ln[(1-S)r+S]og1—S Y2N=Jln[(1-S)%+S]OG1-S Y'因此，有Z ln[(1-S)Y+S]2操作液气比为0讪=匕一七=0.02-0.004=4q'—X.'-X—0.004-0=S=mqnv=15=0.375q4n,Lwln[(1-0.375)^002+0.375]Z= 0.002 =1509= =.JU/Z ln[(1-0.375)^