化工原理下册--吸收习题标准答案

1、6-16-1已知在101.3kPag色对压力下)， 100g水中含氨1g的溶液上方的平衡氨气分压为987Pa。试求：(1)溶解度系数H(kmolm-3Pa-1);(2)亨利系数E(Pa);(3)相平衡常数m；(4)总压提高到200kPa俵压)时的H,E,m值。(假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000kg/m3)解：(1)根据已知条件*PNH3=987Pa1/17一3=0.5824kmol/m101/1000定义PNH3=CNH3.HNH3HNH3=CNH3PNH3=5.910“kmol/m3Pa(2)根据已知条件可知根据定义式*一pNH3=ENH3xNH3可得ENH3

2、=9.42104PaCNH31/17XNH31/17100/18-0.0105(3)根据已知条件可知*YNH3=PNH3/P=987/101325=0.00974mNH3=y；H3XNH3=0.928(4)由于H和E仅是温度的函数，故HNH3和ENH3不变；而*m=y*/x=-p-=-Ex=-,与T和p相关，故mNH3=)x0.928=0.309。pxpxp3分析(1)注意一些近似处理并分析其误差。(2)注意E,H和m的影响因素，这是本题练习的主要内容之一6-26-2在25c下，CO2分压为50kPa的混合气分别与下述溶液接触：(1)含CO2为0.01mol/L的水溶液；(2)含CO2为0.0

3、5mol/L的水溶液。试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力解：由亨利定律得到*pCO2=50kpa=ExCO2根据化工原理教材中表8-1查出5ECO225C=1.6610kPa所以可以得到*_4%。2=3.0110“又因为于是得到所以得HCO225cH2OEMH2O1000_5_1.6610518-3.34710kmol/kPa*m3*43cCO2=HCO2pCo2=3.34710-50=0.0167kmol/m或者，用摩尔分数差表示时由设2=1.8父10”，判断出将发生吸收过程，推动力18Ax=1.201父10”；由XCO2=9父10”，判断出将发生解吸过程，推动力取=5.99父10”（

4、2）推动力均用正值表示。6-36-3指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y图上表示。（1）含SO2为0.001（摩尔分数）的水溶液与含SO2为0.03（摩尔分数）的混合气接触，总压为101.3kPa,t=35C;（2）气液组成及总压同（1）,t=15C；于是:(1)为吸收过程，.：c=0.0067kmol/m3。(2)为解吸过程，Ac=0.0333kmol/m3。分析(D推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时:*cCO2pCO2H;0.012229.9kPa3.34710”推动力：p=20.1kPa（吸收）*cCO2pCO2H;0.057:149.4kPa3.

5、34710”推动力Ap=99.4kPa(解吸)（3）气液组成及温度同（1）,总压为300kPa您对压力）解（1）根据化工原理教材中表8-1知T=35C时，SO2的E=0.567x104kPa,故101.3根据相平衡关系，得：y=0.056-0.03-0.026(2)T=15c时，SO2的E=0.294x104kPa,故根据相平衡关系，得-一、.由于V VA AVNNA A, ,所以将发生解吸过程。传质推动力为_4E0.29410101.3=29*N NA A=mxA=290.001=0.029传质推动力为yA,所以将发生吸收过程。推动力为示意图见题6-3图题6-3图分析体会通过改变温度和总压来

6、实现气液之间传质方向的改变，即吸收和解吸。6-46-4氨-空气混合气中含氨0.12（摩尔分数），在常压和25c下用水吸收，过程中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为1000m3,出口气体中含氨0.01（摩尔分数）。试求被吸收的氨量（kg）和出口气体的体积（m3）o解惰性气体量V=1000父0.88=880m3,进口中NH3之量为120m3,出口中NH3之量为1200.010.99=9m3,于是总出气量=880+9=0.120.881000101325c8891013250.12-0.018.3142988.314298分析（1）进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准，一般不以体积为基准。

7、此处由于温度和压力均不变，故摩尔数的变化正比于体积的变化，所以以体积作为衡算的基准。（2）本题是并流还是逆流？有区别吗？（3）如何才能不断移走热量？该用填料塔还是板式塔？（4）不移走热量对吸收有什么影响？6-56-5一浅盘内存有2mm厚的水层，在20c的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气膜层，此空气膜层以：y=0.03-0.0189=0.0111889m3,被吸收的NH3量为=4544mol,为77.3kg。笑际收善外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.6M0-5m2/s,大气压强为1.013105Pa。求蒸干水层所需时间。解：本题中水层Z的变化是时

8、间8的函数，且与扩散速率有关。NA=_DP_PA1-叼一运RTZpB1一pB2pB1查教材附录水的物理性质得，20c时水的蒸汽压为2.3346kPa。已知条件为:PAI=101.3kPa,PA2=0kPa,PB2=101.3kPa,PBI=101.3-2.3346=98.97kPa,P=PA2PB2=101.3kPa,代入上式得:5一zDPPAIPA21PB22.60105101.3101.3-0,101.3NA二 ln=lnRTZpB1-pB2pB18.3142930.005101.3-98.9798.97=5.0310-6kmol/m2s水的摩尔质量M=18kg/kmol,设垂直管截面积为

9、A,在d8时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即6-66-6含组分A为0.1的混合气，用含A为0.01(均为摩尔分数)的液体吸收其中的A。已知A在气、液两相中的平衡关系为y y= =x x, ,液气比为0.8,求：=1.5(1)逆流操作时， 吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若G,各量又是多少？PNAAduAdZM喘二NAM5.031018上9.05410,m/s1000在日=0,Z=0至lj0=0,Z=2父104之间积分，得-32109.05410-8=2.21104s分别在y-x图上表示；(2)若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少?解(1)逆流操作(

10、题6-6图(a)时，已知题6-6图0.010.1X2=为0.01,Y=0.111-0.011-0.1当L/V=0.8m=1,以及塔高无穷高时，在塔顶达到吸收平衡(题8-9图(b),*4，。卓。一、Y2min=丫2=mX?=0.01。仍可以根据物料衡算L(X1-X2)=V(Y1-Y2min),求出X1=0.0770.11-0.010.11-90.9%000(O(2)并流操作且匕2=0.8时(题8-9图(c),因为H=巴所以有分析逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡;此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。操作线斜率小于平衡线斜率时， 气液在塔底呈平衡； 吸收液浓度是最高

11、的,但吸收率不是最局。6-76-7用水吸收气体中的SO2,气体中SO2的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO2的平均浓度为1g/1000g。塔中操彳压力为10.13kPa(ft压)，现已知气相传质分系数kG=0.30-2kmol/(m2hkPa),液相传质分系数kL=0.4m/h。操作条件下平衡关系y=50 x。求总传质系数KY(kmol/(m2h)。解根据)=Kyyy*-Ky-y*_KYp(y-y*)_Y11-y1-y*JY(1-yK-y*)p(1-y(1-y*)NA=KGPA-PA*KY-PKG1-y1-y根据操作线关系，有式，联立，求得于是Y=mX1Y-丫_LX2-X1VX1=丫=0

12、.06550.11-0.06550.11=40.5%,*NA=KYY-Y*KYPA-PAP1-y1-y*现已知p=111.4kPa,y=0.02,y*=mxA=50 x164=2.81父10，因此164100018要先根据下式求出KG才能求出KY:111=+KGkGHkL因此还要求出H H: :cAxAc1000183H=A=0.01kmol/m*kPapApmxA111.450于是便可求出KG=0.0017kmol/m2*h*kPa和KY=0.187kmol/m2*h分析此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。6-86-8在1.013105Pa27c下用水吸收混于

13、空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知H=0.511kPam3/kmol,气膜吸收分系数kG=1.55105kmol/(m2skPa),液膜吸“便分系数kL=2.08X05(m/s)。试求吸收总系数KG并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。*解根据定义式NA=KGSA-PA)=KL(CA-CA)和pA=A,可知HKLKGH所以只要求出KG即可。又11111=53=176376734=24371KGkGHkL5.6710-1.9810-0.075所以KG=4.110-5kmol/m2*hPaKL=0.02m/h11因为,为气相阻力，,为总阻力，故kGKG气相阻

14、力/总阻力=1763724371=72.4%分析此题应和题6-9一起综合考虑。6-96-9在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27C,压强为1.013105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg,液相中甲醇浓度为2.11kmol/m3。试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。解吸收速率可以用公式NA=KG(p-p*)求出。其中p=5.07kPa_3*c2102p=1.02310kPaH1.95511=1.1210-kmol/m2,s,kPa1.5510*1.9552.0810与NA=1.1210为5.07-1.02310与=5.68kmol/

15、m2，s分析(1)此时，根据NA=KG(PPi)=1.55父10-5(5.07-Pi)=5.68父10,，还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压(Pi=1.405kPa)以及液相侧中的甲醇浓度(G=Hpi=2.748kmol/m3),此值远高于主体溶液中的甲醇浓度。是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气体， 因止匕2mol/m3应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了(质量分数仅为0.0064%),这些水又有何用呢？若将题目中甲醇浓度改为2kmol/m3,则质量分数为6.4%,便可以用精微法回收其中的甲醇6-106-10附图为几种双塔吸收流程，试在y-x图上定性画出每种吸收流程中

16、A、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。KG11kG1HkL于是可得题6-10附图(c)yiy2y30X3X2Xiy1y16-116-11在某逆流吸收塔内，于101.3kPa24c下用清水吸收混合气体中的H2S,将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。系统符合亨利定律，E=545xi01.3kPa。若吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。解：已知y1=0.02y2=0.001E=5.52x104KPaP=101.33KPa则Y1二-002-=0.0204Y2=0.001=0.0011-0.021-0.001m544.75-=1.5=1.55

17、17.5=766.25VVminf八11一5X1=X1=一|(Y1-Y2)+X2=K0.0204-0.001)=2.5父105LJ776.25)即操作液气比匕为776.25出口液相组成X为2.5父10,V6-126-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2,SO2的初始浓度为5%（体积分数），操作条件下的相平衡关系为y=5.0 x,分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m的相对大小。当L/G=4,L/Gm=5.0,操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限

18、出口浓度为：y2,min=mx2=0由物料衡算关系可求得液体出口浓度为：G0.05X1=X2,Ty1-y2,min=0.00833I6从以上计算结果可知，当L/G=丫2-丫2=0.00151NOG=8.49再计算气相总传质单元高度HOG41.52KYa，1Kya0.51900.844=0.79m最终解得H-6.7m分析(1)这是一个典型的设计型问题，即已知工艺要求，希望设计出用水量、塔径和塔图。(2)若不进行以上近似，则可按下述方法求解：-Vdy二KyadHy-y塔径DL舟|=。.8M可圆整到0.84m。(3)由于是低浓度吸收，故可以将y=1.15x近似为Y=1.15X,并存在Ky%KY,则可

19、进行以下计算:填料层高度H=NQGHOG先计算气相总传质单元数:式中：V-气体总流量。于是对上式进行积分得VdyJ_,一/*ILy2Kya1y-y(当然此时Ky也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似)(3)或者做以下近似处理*Y-Y二 Ky1Y1Y*i/i/1KY二Kyy1Y1Y其中，Y可取丫和X的平均值；Y*可取丫*和Y；的平均值。YY2Y12=0.03842、，XiX20.04250X2=0.0213jf*tJf*vNA=KY丫-丫=Kyy-y=Ky*Y*Y=mX=1.150.0213=0.024441.250.471190二0.841241limV:YI-mX2mVNOG=rv

20、ln.1-|十1_mVALJY2_mX2L_LH=N0GH0G=0.8358.481=7.1m以上两种方法的计算结果具有可比性。6-176-17在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收空气中的NH3,入塔混合气中NH3的含量为0.01（摩尔分率，下同），吸收在常压、温度为10c的条件下进行，吸收率达95%,吸收液中NH3含量为0.01。操作条件下的平衡关系为y=0.5x,试计算清水流量增加1倍时，吸收率、吸收推动力和阻力如何变化，并定性画出吸收操作线的变化。解：吸收率增加，吸收推动力增加KY=0.510.038410.0213_2=0.0471kmol/m*hHOG=0.835m11.1541.251

21、一72.061.1541.2572.06=8.481ln1.1541.250.0753-72.060.001510.5x2是清水增加一倍时的操作线，斜率增加，推动力增大6-186-18某吸收塔用25mm0.01x(1-0.91)=0.001解：m=Ep=60101.3=0.6即操作线与平衡线平行，此时ym二y1二y2y2-mx2LG-0.018/0.03-0.6-mHOGGKya0.030.1-0.3mH=HOGNOG一27-_故NOG=9.00.3当X2上升时，由于H不变，HOG不变NOG=H/HOG也不变，即5.38ln(1-0,667)0,6671-0.667y2-0.00035X2y2

22、=0,0013(3)物料衡算V(yf)=L(X1-X2)V,X1=(y1-y2)X21=-X(0.01-0,0013)0,00035=0.003256-226-22用一填料塔逆流吸收空气中的氨。单位塔截面上的混合气体流率为0.036kmol/m2s,含氨2%(摩尔分率，下同)，新鲜吸收剂为含氨0.0003的水溶液，从塔顶加入。要求氨的回收率不低于91%,设计采用液气比为最小液气比的1.3倍。氨-水-空气物系的相平衡关系为y=1,2X0已知气相总传系数Kya为0.0483kmol/m3s,过程为气膜控制。试求：所需塔图.(2)若采用部分吸收剂再循环从塔顶加入，新鲜吸收剂用量不变，循环量与新鲜吸收

23、剂量之比为1:10,为达到同样的回收率，所需塔高为多少？解：(1)对吸收塔作物料衡算ImA-L/V2=0,6673OG11、yi-mx=rInK1-)-1_1Ay2_m&一A11-0.667ln(1-0.667)0.01-0.0002X20.001-0.0002X.0.667=5.380.01-0.00035X2y10.01-0.00130.01-0.87Niy0.02-0.090.02=1.112y1m-x20.02/1.2-0.0003yiy2xie，X2吸收塔内液气比为全塔物料衡算=1.3LI=1.3x1.1112=1.446GGJminLx1-x2-Gy1-y2其中y2=1-y

24、1=1-0.910.02=0.0018XJ1-y2x2=0.910.020.000=30.01289LG1.446全塔的传质单元数NOG=y_.y1-y2lny1-mK=1lny1-mx1ymy1-mx111y2m”y2一m”1一mGLy2一mx21,0.02-1.20.01289=|n=6741-1.21.4460.0018-1.20.0003所需塔图为H=HOGNOG=GN0G=。毓6.74=5.02mKya0.0483(2)当有部分吸收剂再循环后，吸收剂的入塔含量为.x1Lx2L0.1x1Lx2L0.1x10.0003V_=x21LL0.1LL1.1吸收塔内液气比GminLx1-X2=G

25、y1-y2全塔的传质单元数1,0.02-1.20.0129In17.231-1.21.590.0018-1.2所需塔图G0.036H=HOGN0GNOG17.25=12.84mKya0.04836-236-23为测定填料层的体积吸收系数Kya,在填料塔内以清水为溶剂， 吸收空气中低浓度的溶质组分A。试画出流程示意图，指出需要知道哪些条件和测取哪些参数；写出计算Kya的步骤；在液体流量和入塔气体中组分A浓度不变的情况下，加大气体流量，试问尾气中组分A全塔物料衡算L LQ QL+LL1.11.11.446=1.59GGGy1-y2L总G0.910.021.59x2两式可解得X1=0.0129X2=

26、0.001445NOG1Iy-mxIn,1-mGL总y2-mx2的浓度是增大还是减小？题6-23图解流程如图(a)所示，由于所以，为了测出Kya,需要知道物系的平衡关系，因而需要测定温度，以便于从手册中查找有关数据，还需测量进、出口的气、液流量及组成、塔径和填料层的高度。求的步骤如下：(1)在稳定操作条件下测出L,V,以及温度；(2)依据平衡关系求出平均推动力；(3)量出塔径-及填料层高度H;(4)将以上各量代入式，及求得。KyaV-工H%若加入大气体流量，尾气中组分A的浓度将增高。其分析如图b所示。分析(1)实验时要多测一些L和V条件下的数据以便总结出规律。(2)试分析增大气体流量后X1会如

27、何改变？(3)测水流量L有何用途？6-246-24某逆流操作的填料吸收塔，塔截面积1m；用清水吸收混合气中的氨气，混合气量为0.06kmol/s,其中氨的浓度为0.01(摩尔分率)，要求氨的回收率至少为95%。已知吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总体积吸收系数为006kmol/(m3s),且KyaXG0。操作压力101.33kPa,操作温度30C,在此条件下，气液平衡关系为y=1.2x,试求：(1)填料层高度(m)；(2)若混合气体量增大，则按比例增大吸收剂的流量，能否保证溶质吸收率不下降？简述其原因；(3)若混合气体量增大，且保证溶质吸收率不下降，可采取哪些措施？解：(1)根据题意得Y=

28、1-=0.0101%二丫1)=0.01011-0.95)=5.0510”1-y1V=G1-y1=0.061-0.01=0.0594kmol/s=1.5m=1.51.20.95=1.71min全塔的传质单元数0.05940.99m0.06H=HOGNOG=0.996.36=6.3m(2)假设能保证吸收率不下降，则有=0.95LILI1mV又因为L与V按比例增大，所以L=匹,则，=mV=0.702V)V)AL丫2=丫2，贝UNOG不变HOG/HOG=VV0.2A1HaH则假设不成立，不能满足要求(3)在H不变时，HOGT,则NOG又因为n与m均不变，需要LT或者换用更加高效的填料思考题6-16-1

29、吸收的目的和基本依据是什么？吸收的主要操作费用花费在哪里？答：目的是分离气体混合物，依据是气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同;操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。1.mVY1-mX2NOG=77In112OG1mVLY2-mX2mVL士1.20.0101-01.715.0510-1.2+-01.71=6.36全塔的传质单元高度HOGVKYaJ又因为HOGVVKYajV,3,0.2V6-26-2选择吸收剂的主要依据是什么？什么是溶剂的选择性？答：溶解度大，选择性高，再生方便，蒸气压低，损失小。溶剂对溶质溶解度大，对其他组分溶解度小。6-3E6-3E、m m、H H三者各自与温度、总压有何关系？答：m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。6-46-4扩散流JA,JA,净物流N,N,传质速率NANA相互之间有什么联系和区别？答：N=NM+JA+JB,NA=JA+NMCA/CM。JA,JB浓度梯度