化工原理答案-第五章--吸收

1、第五章 吸收相组成的换算【5-1 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%求其摩 尔分数y和摩尔比Y各为多少？解因摩尔分数二体积分数，y 0.2摩尔分数 摩尔比 Y020.251 y 10.2【5-2 20C的l00g水中溶解3,3在溶液中的组成用摩尔分数 x、 浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？解摩尔分数x 凹 =0.01051/17 1008浓度C的计算20C，溶液的密度用水的密度s 998.2kg/m3代替。溶液中3的量为n 1 103/17kmol溶液的体积V 101 10 3 / 998.2 m3溶液中3的浓度cn= 1 10 3/173V 101 10 / 998.23=0.58

2、1kmol/ m或 c Msx 警 00105 0582kmoE33与水的摩尔比的计算1/17100/180.0106或X总雀0.0106【5-3进入吸收器的混合气体中，3的体积分数为10%吸收率为90%求离开吸收器时3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为被吸收的溶质量Y Y2彳Y21 原料气中溶质量YiY1解原料气中3的摩尔分数y 0.1摩尔比Y 1yy1100.1W吸收器出口混合气中3的摩尔比为笔(1)丫1摩尔分数(1 0.9) 0.1110.0111Y20.0111y22 =0.010981 Y 1 0.0111气液相平衡【5-4 l00g水中溶解lg NH3，查得20C时

3、溶液上方的平衡分压为798。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为 kPa)、溶解度系数H单位为kmol/(m0.581 /0.7980.728kmol/(m kPa) kPa)和相平衡常数m。总压为100kPa。解液相中NH3的摩尔分数x仃仃畀爲佗0.0105气相中NH3的平衡分压P* =0.798 kPa亨利系数E p*/x 0.798/0.0105 76溶解度系数H c/ p*液相中NH3的摩尔分数x 1/170.01051/7 100/18气相的平衡摩尔分数y*p*/ p 0.798100相平衡常数0.76100 0.0105E/p 76/100 0.76【5-5

4、 空气中氧的体积分数为 21%试求总压为101.325kPa，温度为10C时，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10C时氧在水中的3液相中NH3的浓度c ；侖禺0,581 kmo/m3溶解度表达式为P* 3.313 106x ,式中p*为氧在气相中的平衡分压， 为kPa; x为溶液中氧的摩尔分数。解 总压 p 101.325 kPa空气中O2的压力分数p/Zp体积分数0.21空气中 O2的分压P；0.21 101.325 kPa亨利系数 E 3.313 106kPa(1)利用亨利定律p/ Ex计算与气相分压Pa 0.21 101.325kPa相平衡的液相组成为x 直号扛01125 6.42

5、106kmol OZkmol 溶液E 3.313 10此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42 10 6 kmol O2单位因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol水溶液1kmol水=18水10C，水的密度999.7kg/m3故1kmol 水溶液 18/999.7m3 水即9987 m3水中最大可能溶解6.42 10 6kmol氧故1m3水中最大可能溶解的氧量为6.42 10 6 999.71843.57 10 kmol O23.57 10 4 321.14 10 2kgQ 11.4gQ(2)利用亨利定律pA乞计算H999.753H =6= 1.676 10 kmo/ m kPaEMs 3.31

6、3 10181m3水中最大可能溶解的氧量为CApAH (0.21 101.325) (1.676 10 5) 3.57 10 4kmolO/ m3溶液3.57 10 4 321.14 10 2 kg O211.4g O2【5-6】含3体积分数1.5%的空气3混合气，在20C下用水吸收 其中的3总压为203。3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下 的亨利系数E 80kPa。试求氨水溶液的最大浓度，kmolNHZm3溶液。解气相中N%的摩尔分数y 0.015总压p 203kPa，气相中NH3的分压pApy 203 0.015kPa(1)利用亨利定律p* Ex计算与气相分压p相平衡的液相中3的摩

7、尔分数为pA 203 0.015x A0.0381E 80NH3水溶液的总浓度sMs998.23kmol /m18水溶液中NH3的最大浓度CAex 薯 0.0381182.11kmol NH 3 / m 溶液(2)利用亨利定律p*A乞计算HkPa)/m3溶液s 998 2 E 80kPa,H -=0.693 kmol/(mEMs 80 18P；H(203 0.015) 0.6932.11 kmol NH【5-7】温度为20C,总压为0.1MPa时，2水溶液的相平衡常数为1660。若总压为1MPa时，相平衡常数m为多少？温度为20C时的亨利系数E为多少MPa?解相平衡常数m与总压p成反比，p 0

8、.1MPa 时 m 1660, p' 1MPa 时 m' m= 1660 ®=166p'1亨利系数E mp m' p' 166 MPa【5-8】用清水吸收混合气中的3，进入吸收塔的混合气中，含 3 体积分数为6%吸收后混合气中含3的体积分数为0.4%,出口溶液的 摩尔比为0.012kmol NH/kmol水。此物系的平衡关系为Y* 0.76X。气液逆流 流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解 已知 0.06，贝V 绻 YJ1 讨i0.06/0.94 0.0638已知 y2 0.004，贝卩 Y2 0.004 / 1 0.004 =4.

9、02 103已知X10.012，则 彳 0.76 0.0120.00912已知X2 0，则丫2 0塔顶气相推动力丫2 丫2 丫2*=4.02 10 3塔底气相推动力丫 Y Y* 0.0638 0.00912 0.0547【5-9 2分压力为50的混合气体，分别与2浓度为0.01kmol/m3的水 溶液和2浓度为0.05kmo/m3的水溶液接触。物系温度均为25C，气液相平衡关系P* 1.662 105xkPa。试求上述两种情况下两相的推动力(分别以 气相分压力差和液相浓度差表示)，并说明2在两种情况下属于吸收还 是解吸。解 温度t 25C，水的密度为s 997kg/m3混合气中2的分压为p 5

10、0kPa水溶液的总浓度c芹 穿kmol/m3水溶液(1) 以气相分压差表示的吸收推动力液相中2的浓度Ca 001kmol CO2/ m3水溶液液相中2的摩尔分数x Ca/c -°吐=1.805 10 4997/18与液相平衡的气相平衡分压为p* 1.662 105x 1.662 1051.805 10 4 30kPa气相分压差表示的推动力p p p* 50 30 20kPa （吸收）液相中2的浓度Ca 0.05kmol / m3 水溶液液相中2的摩尔分数x Ca/C0.05997/7849.027 10与液相平衡的气相平衡分压为p* 1.662 105 x 1.662 105 9.0

11、27 10 4 150kPa气相分压差表示的推动力p p* p 150 50 100kPa （解吸）（2）以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相CQ分压p 50kPa平衡的液相组成为 x*p 501.662 1051.662 105平衡的液相浓度液相中2的浓度Ca 0.01kmol CO2/ m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为c cA cA 0.01666 0.01 0.00666kmol / m3（吸收）液相中2的浓度Ca 0.05 kmol CO2 / m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为c Ca c； 0.05 0.01666 0.0333kmol /m3（解吸）习题5-10附图吸收过程

12、的速率【5-10 如习题5-10附图所示，在一细金属管 中的水保持25C，在管的上口有大量干空气 （温度 25C，总压101.325）流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为100。试计算在稳定状态下的汽化速率，2kmol/(m s)。解 25C时水的饱和蒸气压为3.2895kPa从教材表5-2中查得，25C, 101.32咏Pa条件下，HO在空气中的分子扩散系数 D 0.256cm2/s 0.256 10 4m2/s 。扩散距离 Z 100mm 0.1m，总压 p 101.325 kPa水表面处的水汽分压pA1 3.2895kPa空气分压 pB1 p pA1 101.325 3.2

13、89598.04 kPa管上口处有大量干空气流过，水汽分压PA2 0空气分压 Pb2 101.325kPa空气分压的对数平均值为pBmpB2pB1In陛pB13.2895,101.325 ln98.0499.8kPa水的汽化速率NaDp_RTZ PBmpA1pA20.256 10 4101.3258.314 298 0.199.83.2895 0723.45 10 kmol / m s【5-11】 用教材图5-10 (例5-4附图)所示的装置，在温度为48C、总压力为101.325kPa条件下，测定4蒸气在空气中的分子扩散 系数。48C时，4的饱和蒸气压为37.6，液体密度为1540kg/m3

14、。垂直管 中液面到上端管口的距离，实验开始为 2，终了为3, 4的蒸发时间为1.556 104s。试求48C时，4蒸气在空气中的分子扩散系数。解 计算48C时4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为2 2RT Z Zo D2pM In 匚 P Pa已知4液体密度1540 kg / m348C时4的饱和蒸气压pA 37.6kPa丿总压 p 101.325kPa, T 273 48 321K开始 Z0 2cm，终了 Z 3cm4的蒸发时间 1.556 104s4的摩尔质量 M 154 kg / kmol摩尔气体常数R 8.314 kJ/(kmol K)已知数据代入计算式，得扩散系数D 0.0912c

15、m2/s【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A，吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5，液相中溶质 A的摩尔分数为0.015 o气膜传质系数kY 25 10 5kmol / ( s)，液膜传质系数 kx 3.5 10 3kmol /(m2 s)。气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数m 0.7 o 总压为 101.325kPa。试求：(1)气相总传质系数Ky，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质 A的传质速率Na o解(1)气相总传质系数Ky1Ky424 102 101 m 10.7kYkx2.5 10 5 3.5 1044.02 10Ky 2.4

16、88 10 5 kmol/ ni s气膜阻力1/kY 4 104(m2 s) /kmol，液膜阻为 m/kx 2 102(m2 s) / kmol o气膜阻力与总阻力的比值为41/Ky 4兽°.995，为气膜控制。1/ kYPa(2)传质速率Y A0.0519p Pa 101.325 50.7 0.0152 0.0106X 0-0150.0152, Y* mXx 11 0.015NA Ky Y Y* 2.488 10 50.05190.01061.03 10 6 kmol/ m2 .s【5-13】根据Pa py, pi py及Ca cx, c cx ,试将传质 速率方 程 NakG

17、(PaPi)kLcCa变换成Nakyy y kx x X的形式。ky与kG、kx与心有何关系。解 Na kG Pa PikG py pyi =pkG y yi ky y y式中ky pkGNakLccakLcXicx ckLxixkx(xix)式中kx CkL吸收塔的计算【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的sq，其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO2的95%吸 收塔的操作温度为30C，压力为100kPa，每小时处理的炉气量为1000m3(30C、100kPa时的体积流量)，所用液-气比为最小值的1.2倍。求每 小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为液

18、相中SQ溶解度/kg SQ 100kg(H 2O)气相中SQ平衡分压/kPa7.55.02.51.51.00.50.20.1解最小液一-比G Y 丫2的计算G mi n X1 X2y0.09, Y L=0.09891 y 1 0.090.95,乙(1 )Y 10.950.09890.00495吸收剂为水，X2 0，总压p 100kPa原料气中 SQ 分压 Pso2py1 100 0.09 9kPa从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0.868“kgSO2100kgH2。换算为摩尔比*0.868/643X12.44 10100/18最小液-气比L丫110.0989 0.00495 oo c*38.5

19、G minX1 X20.00244 用水量计算L/G 1.2 1.2 38.5 46.2G min已知炉气流量1000 m3 /h (30C ,100kPa)标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4 m3/kmol(273.15K,01.325kPa)炉气的摩尔流量为39.7kmol/ h1000 273 a 丄30315 101.325 22.4惰性气体流量G 39.7(1 009 36.1kmol/h吸收用水量L 46.2 36.1 1668kmol/ h18 16683 104kg / h 出塔水溶液的组成X1丫1 丫2L/G0.0989 0.0049546.22.0310【5-15】在一

20、吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20 C条件下吸收混合气体中的2,将其组成从2%笔至0.1% (摩尔分数)。20C时2水溶液的亨利系数E 144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求:(1)液-气比及溶液出口组成X1。(2)试求总压改为1MPa时的及X1解(1) 总压p O.IMPa时L/G及Xi%1yiP OP2041 丫20.001, X2m E/ p 144/0.11440G min Y / mX20.02041 0.0010.02041/1440 01369LL1.21.2 1369 1643GG minX10.020410.00101643-51.18 10(2)总压p

21、 1MPa时的L/G及X1m E/ p 140 144(L/G)min136.90.02041 0.0010.02041/144L/G 1.2(L/G)min 1.2 1369 164.3X10.02041 0.001164.31.18 10从上述计算结果可知，总压从0.1增大到1,溶液出口组成从1.18 105 增加到 1.18 104。【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%入塔的混合气中含苯2% (摩尔分数)；入塔的煤油中含苯0.02%(摩尔分数)。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50C，压 力为100,相平衡关系为Y* 0.36X，气相总传质系数 Kya

22、 0.015kmol/(m3 s)。 入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol/(m2 s)。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的 计算式计算。解(1)气相总传质单元高度H°g计算入塔混合气的流量色=0.015 kmol /(m2 s)Q3y10.02, KYa 0.015 kmol/ m s惰性气体流量20.0147kmol /(m s)G G 1 y,0.015 1 0 02Q QH OGGKYa Q0.01470.0150.98 m(2)气相总传质单元数Hog计算Y池需0 0204，回收率°99=0 0204 10.99

23、 = 2 .0410 4x20.0002,X2 x20.0002吸收因数法计算Nog*X1Y/ m0.0204/0.360.0567L” L L¥1.5 1.5*-1.GGminX1X2mG0.360.6720.536L50.0204 0.0002040.0567 0.00020.536Nog1In1 mGLmGmX2mG1 0.672ln0.0204 0.36 0.00021 0.672 0.000204 0.36 0.00020.67212对数平均推动力法计算NogLYGX1X2X1X2Y1 Y2L/G0.0002 °.0204 0-000204 0.03790.536

24、*YmXt0.36 0.03790.0136Y*mX20.36 0.00020.000072YYY*0.0204 0.01366.8 10 3丫2丫2Y2*0.204 103330.072 100.132 10Ym33Y1Y2 6.8 100.132 101 69 103In0.132Y2Nog Y_上。0204。000204 1231.69 10(3)填料层高度Z计算Z HogNog 0.98 12 11.8m【5-17】混合气含2体积分数为10%其余为空气。在 30C、2下用水吸收，使2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成X! 6 104(摩尔比)。混合气体处理量为2240mKXa cK

25、La 55.3 502765 kmol / (m h) /h (按标准状态，273.15K, 101325Pa)，塔径为1.5m。亨利系数 E 188MPa ， 液相体积总传质系数Kl a 50kmol ,(m3 h kmol/m3)。试求每小时用水量及填料塔的填料层咼度。解(1)用水量计算0 10 00534y 0.1,Y 0.111, Y20.005,Y 5.0310 3 ,X16 10 4 ,X200.90.995''混合气流量 G 2240 100kmol/h.4惰性气体流量G G' 1 y1100 1 0.1 90kmol /h用水量 L GW 丫2)叫。11

26、1 呼503)1.59 10 4kmol/hX1 X26 101.59 104 182.86 105kg/h(2)填料层高度Z计算水溶液的总浓度体积传质系数3液相总传质单元高度H olLKXa Q1.59 1042765 一4(1.5)2c s / M s 995.7/18 55.3kmol / m3.26m 对数平均推动力法计算Nol 气液相平衡常数m E罟94X!Y/ m 0.111/941.18 10 3X2Y2/m 0 .00503/ 945.35 10 5344X, X,1.18 106 10 = 5 .8 1055X2 X25.35 1005.35 10X, X258 10 5 5

27、 35 10 5412=2 209 10 4,X158 105'IninX15.35 10液相总传质单元数Nol 3 第/ 2.72Xm吸收因数法计算NolmG空四1.87994 90Nol1In 11 mGL X2 X1mG X1 X1mG1 _11 879 ln1 18 10 3011 879 436 10 1 18 101 879273填料层高度Z Hol Nol 3.26 2.738.9m【5-18 气体混合物中溶质的组成Y 0.02 (摩尔比)，要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y* 1.0X。(1) 试求下列3种情况下的液相出口组成人与气相总传质单元数Nog (利用

28、教材中图5-23)，并迸行比较，用推动力分析Nog的改变。3种情况的溶质回收率均为99% 入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G 2.0 ； 入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G 1.2 ； 入塔液体中含溶质的组成X2 0.0001 (摩尔比)，液-气比L/G 1.2。(2) 入塔液体为纯吸收剂，最小液-气比(L/G)min 0.8，溶质的回收率最大可达多少?解(1)求Xi与Nog回收率0.99, Yi0.02，相平衡常数1匕 1 Y 1 0.990.020.0002 X20, LyG 2, LymG 2册聆0.01查图5-23，得Nog 7.8丄 Y Y2G X1 X20.02 0.0002X10

29、X10.0099 X20,Ly G 1.2, Ly mG 1.2储 0.。1查图 5-23，得 Nog 170.02 0.0002X1 0X10.0165 X2 0.0001, Ly G 1.2, Ly mG 1.2篦 mX2Y mX20.0002 0.00010.02 0.00015.03 100.02 0.0002"X0.0001查图 5-23，得 Nog 21X10.0001 0.02 0.0002 0.01661.2计算结果比较: 与比较，X2相同，L/G减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小。为达到一定的溶质回收率要求(即达到一定的丫2要求)，Nog需要增大，同时

30、X1也增大了。与比较，L/G相同，使X2增大，即操作线斜率相同，操作线 向平衡线平行靠近，使推动力减小，Nog增大，同时X1也增大了。(2) X2 0, (L/G)min 0.8 ,(L/G)min 0.8m当液体出口组成 人与气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即 X1*Y/ m由物料衡算得L()minGYi丫2Xi* X2Y_m丫2X2回收率Y丫2Y_LmG0.8L/G min0.8溶质的回收率最大可达 80%【5-19】某厂有一填料塔，直径880,填料层高6m所用填料为 50瓷拉西环，乱堆。每小时处理2000m3混合气（体积按25C与101.33kPa计）， 其中含丙酮摩尔分数为5

31、%用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%。塔底送出来的溶液，含丙酮 61.2g。根据上述 测试数据计算气相体积总传质系数©a。操作条件下的平衡关系为Y* 2.0X。上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮？若把填料层加高3m,可以多回收多少丙酮？解（1）计算体积总传质系数©a先从已知数据求N°g相平衡常数y10 05y °05, 丫 比甘 0-0526,y2 0.00263,%0.002630.002641 0.00263X20塔底排出的水溶液，每l000g含丙酮61.2g丙酮的摩尔质量为58kg / kmolX161.2/58(1000

32、 61.2)/180.0202传质单元数N OGYi 丫2Yi 丫2YmYiYi*InYi Y* 丫2 丫*0 0526 0 00264: 80 0526 2 0 02020 0026400 05262 0 0202In0.002640Nog也可用吸收因数法计算Xi X2°°526 °。02642.470.0202 02 L2.47，mG 2i.240.00264丫 丫20.0526 000.0502从教材图5-23查得Nog或用计算式求出NogmG2.470.8ii“NogIn i,mGi -LmG YmGiIni 0.8ii 0.8i0-0526 00.002

33、64 00.8i=8.03已知填料层高度Z 6m，计算HogNog-0.758再从式 HogKYaQ计算"惰性气体流量G 2000 (1 0.05)20000.95 m>h (20 C,01.33kPa)理想气体在273K、0i.325kPa时的摩尔体积为22.4 m3/kmol 在298K、0i .325kPa下的摩尔体积为298322.424.45m/kmol273G 2000 °.95=77.7kmol/h,塔径 DT 0.88 m 24.45T塔截面积Q D； - 0.88 2 0.608m24 T 4体积总传质系数GHog Q77.70.75 0.60831

34、70kmol/(m h)每小时丙酮回收量为G Y Y2 = 77 .70.05260.00264 3.88kmol/h58 3.88 225kg / h填料层加高3m, Z 6 3 9m, H°g 0.75 贝 UNogZ 912, 1.24Hog 0.75 mG从教材图5-23查得仝o.023YY'2 0.023 Y 0.023 0.0526 0.00121填料层Z 9m时，丙酮的回收量为G“ Y'2)77.7 0.05260.00121 = 3.99kmol/h多回收丙酮3.99 3.88 0.11kmol/h也可以如下计算G(篦 丫2)77.7 0.002640

35、.001210.111kmol/h【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A,以逆流方式操作。进入塔底混合气中溶质A的摩尔分数为1%溶质A的吸收率为90%此时，水的流量为最小流量的1.5倍。平衡线的斜率。 试求：(1)气相总传质单元数Nog ; (2)若想使混合气中溶质A的吸收率为95%仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度 Hog不受液体流量变化的影响。此时，可调节什么变量，简便而有效 地完成任务？试计算该变量改变的百分数。解已知 y10.01,0.8,m 1, X20Y0.010.0101, y 1 Y(1-0.9)0.01010.001011 y 1 0.01&#

36、39;v 7(1)计算气相总传质单元数NogLG min X1 XLL-1.5 G min1.35 d 朋1.351Y Y2Y 笔一2 Y/m X20.0101 0.001010.0101/11.50.9 1.35LmGNogm_ln.mG1 -LmG Y mX2L 丫2 mX2mGL0.0101 00.00101 04 64填料层高度Z H og Nog111 35(2) 要想使吸收率从90%提高到95%可增大吸收剂用量对于已有的填料塔，其填料层高度已定，吸收剂用量改变不会改变Hog。因此，Nog不会改变，仍为Nog 4.64。新工况下，Y'21 Y 10.950.01015.05

37、10 44Y'2 mX25.05 10Y mX20.01010 05用 Nog4.64 与Y'2Y1 mX2mX2 0.05，从图5 23查得是2."1,故L 2为了使吸收率从90%提高到95% L/ G需要从1.35增加到2.1 ,增加的百分数为2.1 1.35 100 55.5%1.35【5-21 某填料吸收塔的填料层高度已定，用清水吸收烟道气中的2 , 2的组成为0.1 (摩尔比)，余下气体为惰性气体，液一气比为180,吸收率为95%操作温度为30C,总压为2。2水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算下列3种情况的溶质吸收率、吸收液（塔底排出液体）组成 X

38、I、塔内平均传质推动力Ym，并与原有情况进行比较：（1）吸收剂由清水改为组成为 0.0001 （摩尔比）的2水 溶液；（2）吸收剂仍为清水，操作温度从30C改为20C; （3）吸收剂为清水，温度为30C。由于吸收剂用量的增加，使液 -气比从180增加到200解 总压 p 2MPa, Y 0.1(1)X2 0改为 X '2 0.0001新工况的Y'2计算此时，H OGG不会改变，因填料层高度Z为一定值，所以NogKYaQZHog不变。原工况Nog1In .mG 1 -LmG 丫 mX2 mGL Y mX2 L新工况N'OG1In1 mGL1 mGL丫 mX '2y

39、'2mX '2mGLNogN'og丫 mX2Y mX2mX '2Y'2 mX '2Y 0.1，丫2丫1(1 )0.1 (1 0.95)0.005X20, X'20.0001查得30 C时2水溶液的188MPam E/ p 188/2 94将上述数据代入式（a）Y'0.01390.1 00.1 94 0.00010.005 0 Y'2 94 0.0001解得新工况的吸收率丫'2/丫 10.0139/0.10.861吸收液组成计算已知L/G 180原工况X, G Y,Y2X2“°.°0500.000

40、528180新工况X 1 G Y Y '2LX '20.10.01390.00010.000578180平均传质推动力的计算方法按原工况计算NogN1In 10 52220.1 00 52224 84nog 10.52220.0050原工况YmY 丫20.1 0.0050.0196Nog4.84因N'ogNog4.84新工况Y'mY1 Y'2-0-1 °.°139 0.0178N'og4.84方法原工况丫1丫1 Y*Y mXt 0.194 0.0005280.05037mQ7 L 94/180 0.5222Y2= Ya-Y2*

41、= Y2mX 0.005-00. 005Ym1nYY20.05037 0.005,0.05037n 0.0050.0196新工况¥ Y mX20.194 0.0005780.04567Y2 Y' mX20.013994 0.00010.0045YY20.01780.04567 0.0045 d 0.04567 1n0.0045从上述计算结果可以看出:当吸收剂组成由汎0增加到X； 0.0001时，传质推动力由 Ym 0.0196 降为 Ym 0.0178溶质吸收率由0.95 降为'0.861吸收液组成由 X!0.000528 增至 X10.000578对现有吸收塔，吸收

42、剂入塔组成增大，使传质推动力降低，而导致溶质吸收率下降。如果不需要计算平均传质推动力的数值，而只需对比，则可如下计算。 n OG N OG新工况*丫 丫2 /Nog原工况Ym丫 丫2 /NogY1 Y2 0.1 0.01390.906丫 Y 0.1 0.005（2） X2 0，操作温度从30C改为20C查得20C时2水溶液的e144 MPam E/ p 144/272新工况的丫2计算mGL721800.4原工况Nog4.84（前面已计算）新工况Nog1 m2L丫 mX2 mGY2 mX2L0611n0.6Nog Nog 4.844 841n 006 0 42 904丫2e2904遊0.4Y2丫

43、20.00336新工况的吸收率丫2/丫110.00336/0.10.966吸收液组成计算原工况 X1 0.000528 （前面已计算）新工况X1 G 丫 丫2X2 “ 0.°0336 0 0.000536L180平均传质推动力计算原工况Ym丫丫2Nog葺泸0-0196 （前面已计算）NogNog 4.84新工况丫 丫1 %m Nog°°.00336 0 024.84从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当操作温度降低，平衡线斜率减小（即m减小），传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。(3)X2 0,温度 3QC, 94原工况L/G180 mG/ L94/1800. 5

44、22新工况L/G200 mG/L 94/2000. 47新工况的丫2计算原工况Nog4.84 （前面已计算）新工况Nog1In1mG Y mx2iin i1 mG LL% mX2因NogNog 4.844.841 1n 10 1 00.470.4710.470丫2mGL解得丫20.00423新工况的吸收率Y2/Y110.00423/0.10.958吸收液组成计算原工况X10.000528(前已计算)新工况X12（丫1 丫2）0.1 0.0042300.000479平均传质推动力计算原工况' 丫 笔0 i 0 005口、丄皆、Ym!2.0.0i96（刖已计算）mNog4.84新工况N o

45、g N og 4.84Yi Y20 1 0 00423Ymi ' 2.:0.0i98Nog4.84从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当吸收剂用量增加，操作 线斜率增大，传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。【5-22 有一逆流操作的吸收塔，其塔径及填料层高度各为一定 值，用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G,吸收剂清水流量L及操作温度与压力分别保持不变， 而使进口混合气体中的溶 质组成Yi增大。试问气相总传质单元数、 混合气出口组成Y2、吸收液 组成Xi及溶质的吸收率n将如何变化？并画出操作示意图。解 填料层高度Z已定，且气象总传质单元高度Hog 旦不变，故Ky a QZ 十

46、壬Nog变。Hog 物系一定，操作温度及压力不变，故气液相平衡常数m定，且G及L不变，故一定。因与各为一定值，从教材中的计算式（5-76 ） 或图5-23可知空也 为一定值。且吸收剂为清水，故X2=0,则上为一Y mX2Yi定值。即随着Yi的增大，Y2按一定比例增大。如习题 5-22附图所示， 气相进口组成由Yi增大到y，则气相出口组成由Y2增大到丫2. 操作线斜率不变，因 Yi增大到丫，附图中的操作线由线平行上 移为TB线。TB线与水平的等丫线交垫横坐标xi为新条件下的液 相出口组成。即吸收液组成由 Xi增大到xi。 由第问的分析结果可知迄彳=一定值，故吸收率i芷不Yi YiY习题5-22附

47、图解吸塔计算【5-23】由某种碳氢化合物（摩尔质量为113 kg/kmol）与另一种不挥发性有机化合物（摩尔 质量为135kg/kmol ）组成的溶液，其中碳氢化合物 占8% （质量分数）。要在100C、101. 325 （绝 对压力）下，用过热水蒸气进行解吸，使溶液 中碳氢化合物残留0.2% （质量分数）以内，水帖2（霸祁SV OOOL£M3习题5-23附图os-OKH=0<X13 W蒸气用量为最小用量的2倍。气液相平衡常数0.526，填料塔的液相总传质单元高度Hol= 0.5m。试求解吸塔的填料层高度。解GX1 X2L minY*Y2Y*mX,0.526 0.1040.05

48、47GLc Gc 0.104 0.00239223.72L min0.0547 0L mG10.5110.0526 3.72NoLLnmG人 Y2 /mX2 Y2 /mLmGmG- 1n 1 0.511 0-1040.5116.31 0.5110.00239ZHol Nol 0.5 6.3 3.15m传质系数计算和吸收剂部分循环【5-24 现一逆流吸收填料塔，填料层高度为8m,用流量为100 （mh）的清水吸收空气混合气体中某溶质， 混合气体流量为6003/ （ h）,入塔气体中含溶质0.05 （摩尔分数，下同），实验测得出塔气体中溶质的吸收率为95%。已知操作条件下的气液相平衡关系为2.8X

49、。设吸收过程为气膜控制。（1）计算该填料的气相总体积传质系数；（2）吸收过程中，将吸收后吸收液的50%送入解吸塔解吸后循环使 用，解吸后的液体含氨 0.004，若维持进吸收塔总液体量不变，计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶加入情况下，出塔气体中溶质的摩尔分数。0.051-0.050.0526吸 收率为 95 % 时，y2=0.05( 1 - 0.95 )= 0.0025 ,丫2y21-y20.00251-0.00250.0025混合气体流量G= 600/22.4=26.8液气比L 121 373 G 26.8吸收因数s皿2旦0.75L 3.73气相总传质单元数Nog 丄ln 1-S Y1-mX2 S1-SY2-mX20.757.17Nog 1 ln 1 -0.75 0.0526-01-0.750.0025-0气相总传质单元高度Hog 81.12mNog7.17气相总体积传质系数a23.9kmol/(m3 h)Hog 1.12(3)纯水和解吸后液体混合