吸收课后习题答案

第五章吸收课后习题答案填空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】Y1、Y2解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。进、出塔气体中氨的气液相平衡【5-2】某系统温度为10℃，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？（已知10℃时，氧气在水中的亨利系数E为3.31×106kPa。）解：由于，所以故mA=3.57×10-4×32×1000=11.42g/m3【5-3】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由亨利系数为kPa相平衡常数为由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。kg/m3溶解度系数为【5-4】在101.3kPa，20℃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xA=0.05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=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20℃、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。已知温度20℃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：已知：CO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/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=101.3×0.2=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－pA2=101.3－0=101.3kPa空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：代入得：=0.167mol/(m2·s)【5-6】在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数kG=3.84×10-6kmol/(m2·s·kPa)，液相传质系数kL=1.83×10-4m/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。解：（1）根据亨利定律相平衡常数溶解度常数=100×0.05-134×0.01=3.66kPa=kmol/（m2·s·kPa）=3.94×10-6×3.66=1.44×10-5kmol/（m2·s）kmol/m3=0.4146×100×0.05－0.56=1.513kmol/m3=9.5×10-6×1.513=1.438×10-5kmol/（m2·s）（2）与表示的传质总推动力相应的传质阻力为53797（m2·s·kPa）/kmol；其中气相阻力为m2·s·kPa/kmol；液相阻力m2·s·kPa/kmol；气相阻力占总阻力的百分数为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℃，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：X2=0；m=0.65最小吸收剂用量为：故清水用量为L=1.5Lmin=1.5×32.8=49.2kmol/h（2）吸收液组成可由全塔物料衡算求得，即X1=X2+V（Y1-Y2）/L=0+【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=0.01×（1-0.8）=0.002;X2=0=1.5=1.5×0.8=1.2又由V（Y1－Y2）＝L（X1－X2），得X1=0.0067所以=0.0026由=所以=1×3.07=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）。已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：Y1=0.03;Y2=Y1（1-η）=0.03×（1-0.99）=0.0003;X1=0.13;X2=0=0.00143===20.77×0.476=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℃，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KYα=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）。解：；；Y2=Y1（1-η）=0.0106×（1-0.95）=0.00053；；X2=0L=1.5Lmin=1.5×0.0630=0.0945kmol/s=6120kg/h(2)由于，故（3）根据全塔物料衡算X1=X2＋V（Y1－Y2）/L，得X1=0＋0.0552×（0.0106－0.00053）/0.0945=0.00588=0.00159=0.8×（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=0.004。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改造后填料层高度为故有由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故对于纯溶剂吸收，由故因此，有操作液气比为填料层增加的高度为【5-12】在逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分。已知：吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总传质单元高度HOG=1.11m，操作条件下的平衡关系为Y=mX，要求A组分的回收率为90%，试求所需填料层高度。在上述填料塔内，若将混合气的流率增加10%，而其它条件（气、液相入塔组成、吸收剂用量、操作温度、压强）不变，试定性判断尾气中A的含量及吸收液组成将如何变化？已知KYa∝V0.7。解：（1）(L/V)min=(Y1-Y2)/x1*=(Y1-Y2)/(Y1/m)=mηL/V=1.5(L/V)min=1.5mηS=m/(L/V)=m/(1.5mη)=1/(1.5η)=1/(1.5×0.9)=0.741(Y1-Y2)/Y1=η,1-Y2/Y1=η,Y1/Y2=1/(1-η)=10==4.64Z=NOG×HOG=4.64×1.11=5.15m（2）由于V'=1.1V,KYa∝V0.7所以HOG∝V0.3,HOG'∝V'0.3