大学化工原理吸收考试题库

化工原理题库

6.在总压10l.3kPa,温度30c的条件下,SO摩尔分率为0.3的混合气体与SO摩尔分率为0.01的水溶液相接触,试问:

（1）从液相分析SO的传质方向：

2

（2）从气相分析，其他条件不变，温度降到0C时SO的传质方向；

2

（3）其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差

2

表示的传质推动力。

直得在总IKIO1.3kPa,温度O'C的条件下，SO在水中的享利系数

2E-167（KPU

查得在总压IO1.3kPa,温度30℃条件下SO,在水中的亨利系数£=4850kP0

在总压202.6kPa,温度30c条件下，SO,在水中的亨利系数£=4850kPa

E4850

解：⑴m===47.88

p101.3

从液相分析

炉=[=0.3=0.00627

m47.88<A-=O.OI

故SO必定从液相转移到气相，进展解吸过程。

2

E

（2）m=_1670=1649

pTbT.3

从气相分析

），・=〃*=16.49X0.01=0.16<y=0.3

故SO必定从气相转移到液相，进展吸取过程。

2

（3）W=f=4850_=23.94

p202.6

从气相分析

产心=23.94X0.01=0.24<>=0.3

故SO必定从气相转移到液相，进展吸取过程。

y0.3

工*=一.=------=0.0125

m23.94

以液相摩尔分数表示的吸取推动力为：

产r-.r=0.0125-0.01=0.0025

以气相摩尔分数表示的吸取推动力为：

△y=y-y*=0.3-0.24=0.06

8.在总压为lOOkPa、温度为30℃时，用清水吸取混合气体中的氨，气相传质系数卜=3.84X106ktnol/(rn2•s•kPa),液

G

相传质系数A=1.83X104m/s,假设此操作条件下的平衡关系听从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05,其气相平衡

L

分压为6/7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为片0.05,x=0.01时

以（P—P*）、［「一。）表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数：

AAAA

（2）分析该过程的掌握因素。

解：⑴依据亨利定律=---=134kPa

x0.05

E_134

相平衡常数m-=1.34

溶解度常数H=q。」_吧一。.4146

尸EM734x18

AS

以气相分压差（P-P,）表示总推动力时,

AA

P-P,=100X0.05-134X0.01=3.66kPa

AA

1-1_______L

+----------------=13180+260417=273597

KHkk0.4146x1.83x10-43.86x10-6

GLG

K=3.66x10-6kmol/(m2•s•kPa)

G

N=K(p-P8)-3.66X106X3.66-1.34X10-^kmul/(nP•s)

AGAA

以一,）表示的传质总推动力中

0.01

C=----------------------=0.56km<Wm3

A0.99x18/1000

C\~C=0.4146X100X0.05-0.56=1.513kmol/m3

AAt

<<

K=^L=2^^tL=8.8xiO-6m/s

LH04146

N=K(c*-C)=8.8X1o-eX1.513=1.3314X10-5kmol/(m?•s)

（2）与（P—P”）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2•s•kPa）/kmol：

AA

1

其中气相阻力为=13180,n2.s・kPa/kmol；

k

G

液相阻力=260417m2•s•kPa/kmol：

Hkt

气相阻力占总阻力的百分数为3/6304x11700%=95.2%。

273597

故该传质过程为气膜掌握过程。

【例5-11】在一填料塔中用清水吸取氮一空气中的低浓第气，假设清水量适量加大，其余操作条件不变，则、X如何变

r1

化？（体积传质系数随气量变化关系为kaxK0.8）

Y

解:用水吸取混合气中的氨为气膜掌握过程，故KaxkQOCVO.8

YY

因气体流量v不变，所以kQ、KQ近似不变，H不变。

YYOG

因塔高不变，故依据z=NH可知N不变。

OGOGOG

cmY-mXv

当清水量加大时，因5=,故S降低，由图5-25可以看出」--------会增大，故*将下降。

L/VY-mX2

22

依据物料衡算L（X-X）=V（Y-Y）^VY可近似推出X格下降

12121IJ

17.某填料吸取塔在101.3kPa,293K下用清水逆流吸取内阳一空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0,丙酮的回收率为

95%。该吸取为低浓度吸取，操作条件下气液平衡关系为丫=1・18〉,吸取过程为气膜掌握，气相总体积吸取系数

“与气体流率的0.8次方成止比。（塔截面枳为Im?）

（1）假设气体流量增加15%,而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？

（2）假设丙酮回收率由95%提高到98%,而气体流量，i、液进口组成，吸取塔的操作温度和压力皆不变，试求吸取剂用

量提高到原来的多少倍。

解：

（1）设操作条件变化前为原工况

s=--上上=0.59

L=2.0

Y-mXY11

X=0,―1______==_L=_____=_________20

2Y-mXY1-n1-0.95

222

1「（\Y-mX~

NOG=4一S_lnlY-SL二JHXL+S

L22J

=--1一一ln[（1-0.59）x20+0.59]

1-0.59

=5.301

设气量增加15%时为工况

【例5-7］在填料吸取塔内用水吸取混合于空气中的甲醇，某截面上的气、液两相组成为p=5kPa,c=2kmol/ms设在

肯定的操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数H为0.5kmo"(m，・kPa),液相传质分系数为k=2X10，m/s,气相传

L

质分系数为k=1.55X10-skmol/(nt•s,kPa).

G

(1)试求以分压表示吸取总推动力、总阻力、总传质速率、及液相阻力的安排。

(2)假设吸取温度降低，甲醇在水中的溶解度系数H变为5.8kmo"(m*-kPa),设气、液相传质分系数与两用浓度近似不变,

试求液和阻力安排为多少？并分析其结果。

解：

(1)以分压表示吸取总推动力

C2

P*=2=__=4kPa

AH0.5

Ap=p-p-=5-4=lkPa

AA4

总阻力

111

K=Hk+k

GLG

11

二-----------------+--------------

0.5x2xlO-51.55x10-5

=1x105+6.45xlO4

=1.645x105(m2-s-kFa)/kmol

总传质速率

N=K(p-//)=---------------X1=6.08xl0-6kmol/fm2s)

AGAA1.645x10s

液相阻力的安排

1

晒J1X105

L-___________=0.608=60.8%

11.645x105

由计算结果可以看出此吸取过程为液相传质阻力掌握过程。

(2)吸取温度降低时

总传质阻力

-----=———4-——

KGHkLkG

1™^—1

5.8x2x10-s1.55x10-5

=8.6x103+6.45x104

=7.31x104(m2-s•kPa)/kmol

液相阻力的安排

1

8,6x103

^L==0.1176=11.76%

17.3171b"

K

G

由液相阻力占吸取过程总阻力的11.76乐可知此吸取过程为气相传质阻力掌握过程。

1

7,丁•削减，由液相传质阻力掌握转化为气相传质阻力掌握，在这里相平

当低温吸取时，溶解度系数增大，液相阻力Hk

L

衡对传质阻力的安排起着很重要的作用。

【例5-5］某矿石焙烧炉排出含SO2的混合气体，除SO2外其余组分可看作惰性气体。冷却后送入填料吸取塔中，用清水洗

涤以除去其中的SO2。吸取塔的操作温度为20C,压力为101.3kPa。混合气的流量为1000m3/h,其中含SO2体积百分数为

9%,要求SO2的回收率为90%。假设吸取剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算：

（!）吸取剂用量及塔底吸取液的组成X：

I

（2）当用含SO20.0003（摩尔比）的水溶液作吸取剂时，保持二氧化硫回收率不变，吸取剂用量比原状况增加还是削减？

塔底吸取液组成变为多少？

IOL3kPa,20C条件下SO2在水中的平衡数据与Y相牛衡的液相组成=。。。32

解：按题意进展组成换算：

y009

进塔气体中so的组成为Y=|=_________=0099

2।1-0.09

1

出塔气体中S。,的组成为r2=y（l-n）=0.099（l-0.9）=0.0099

1000273X(1-0.09)=41.6kmol/h

进吸取塔惰性气体的摩尔流量为22?4~273+20

r-r41.6(0.099-0.0099)

L=Vi2=l()53kmol/h

(1)minX*_X0.0032

I2

实际吸取剂用量L=\.2L.=1.2XI053=1264kmol/h

mm

塔底吸取液的组成X,由全塔物料衡算求得：

41.6(0.099-0.0099)八…

_______________=U.UUzo/7

1264

X=X+VtY-Y}ZL=O+

I212

00099

⑵吸取率不变，即出塔气体中SO2为组成匕不变，*=＞而X2=O.OOO3

Y-Y41.6(0.099-0.0099)

L=V।2==1277kmol/h

所以minx*-x_-(n)o32^(n)oor-

12

实际吸取剂用量I^\.2L=12X1277=1532kmol/l)

min

塔底吸取液的组成天由全塔物料衡算求得:

41.6(0.()99-0.0099)

X=X+V(Y-Y)心0.0003+=0.0027

I2121532

由该题计算结果可见，当保持溶质回收率不变，吸取剂所含溶质越低，所需溶剂量越小，塔底吸取液浓度越低。

[H5-91在一塔径为0.8m的填料塔内，用清水逆流吸取空气中的氨，要求氨的吸取率为99.5%。空气和氨的混合气质量流

量为1400kg/h,气体总压为10L3kPa,其中氨的分压为1.333kPa。假设实际吸取剂用量为最小用量的1.4倍，操作温度

（293K）下的气液相平衡关系为P=O.75X,气相总体积吸取系数为0.088kmol/n】J•s,试求

(1)每小时用水量：

(2)用平均推动力法求出所需填料层高度。

解

1333v0.0132八八1ci

y=L±1=0.0132Y=-li-=--------=0.0134z

⑴1101.3i\-y1-0.0132

i

Y=r(l-n)=0.0134(1-0.995)=0.0000669

2I

X=0

因混合气中氨含量很少，故M六29kg/kmol

1400

V=----(1-0.0132)=47.7kmol/h

29

0=0.785x0.82=0.5

,Y-Y47.7(0.0134-0.0000669)

由式(5-82)得L=Vi2=_____________________________=35.6kmol/h

minX^-X67)T34~~^

])一()

0.75

实际吸取剂用量L=\AL=l.4X35.6=49.8kmol/h

min

⑵

x=x+v(y-y)0.0128

121249.8

y*=0.75X=().75x0.0128=O.(X)958

八二（）

2

AK=Y-Y'=0.0134-0.00958=0.00382

)ii

=Y-r*=0.0000669-0=().0()00669

222

△%一△JO.(X)382-O.O(XX)669八八2小。

Ar一」工『工二------

m7)7)0382--=0・°00928

In—LIn---------------

△

V20.0000669

Y-Y0.0134-0.0000669

N=J--------2=---------------------------=14.36

OG\Y0.000928

H=_1_JR至2?.=O.3Om

OGKoQ0.088x0.5

Y

z=NH=14.36X0.30=4.32m

OGOG

【例5-10］用清水逆流吸取混合气体中的CO，混合气体的流量为300标准m3/h,进塔气体中CO含量为0.06（摩尔分

2Z

率），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匕=1200尤要求CO?吸

取率为95%,试求：

（1）吸取液组成及吸取剂流量;

（2）写出操作线方程：

(3)填料层高度。

解:（1）由可知惰性气体流量l-0.06)-12.59kmol/h

X=0,n=_i

Y

L

Y-Y=Y-Y-

最小液气比4——3—•—♦•

X・-XYIm

minI22

操作液气比2=L6L

=1.6mn=1.6x0.95x1200=1824

V

min

心

xV

=1824X12.59=22964kmol/h

吸取剂流量L=

y=1=0.06=0064

।\-y1-0.06

VV

吸取液组成X=X+—,(y—Y)=X+—1=0,064x0.95/1824=3.33x10-5

12LI22L1

②操作线方程Y=-X+(Y-Lx)=1824X+(0.064-1824x3.33x10-5)

Viv1

整理得r=1824X+3.26X10-3

⑶脱吸因数S=__=1200=0,658

1824

N=Y-mX1

OG———ln|(1—S)T———L+S

1-51y2~mX

N二।「211

川ln|(1-0.658)+0.6581=5.89

OG1-0.658L1-0.95J

Z=NH=5.89x0.8=4.71m

OGOG

操作型计算［:例5-12】用清水在•塔高为12nl的填料塔内吸取空气中的丙酮蒸气，混合气体质量流速为0.668kg/（mr）,混合气

中含丙酮0.02（摩尔分率），水的质量流速为0.065kmol/（m，・s）,在操作条件下，相平衡常数为1.77,气相总体积

吸取系数为Ka=0.023lkmol/（mAs）o问丙酮的吸取率为98.8%时，该塔是否合用？

Y

Y=y_()。2

解:>T^y"—7^67)20.02

Y=r(l-n)=0.02x(l-0.988)=0.00024

2I

M=yM+(1-y)M=0.02x58+(1-0.02)x29=29.58kg/kmol

1A1£

S=mV=1.77x0.668,29.58=0615

L~0.065

入,1「11

N=

OGrryin^(i-s)+s

”_i「i1

~Inl(1-0.615)+0.6151=9.06

nOGr1-0.615L1-0.988J

H=_1_==0.9776〃？

OGK「Q-0.0231

Z=NH=9.06x0.9776=8.857m

OGOG

由于实际吸取塔Z”=12>Z=8.857,所以该吸取塔合用，能够完成分别任务。

【例5-131某逆流吸取塔，入塔混合气体中含溶质浓度为0.05（摩尔比，下同），吸取剂进口浓度为0.001,实际液气比

为4,此时出口气体中溶质为0.005,操作条件下气液相平衡关系为丫*=2.0X。假设实际液气比下降为2.5,其它条件

不变，计算时无视传质单元高度的变化，试求此时出塔气体溶质的浓度及出塔液体溶质的浓度各为多少？

cmV2

解：原工况3===0.5

L4

1「Y-mX1

N=----.In(1-S)一1一一—一+S

OG1-SY~mX

22」

1「0.05-2x0.0011

N=--------In(1—0.5)----------------------F0.5I=4.280

OG1-0.5L0.005-2x0.001J

mV-2

=一=0.8

工况S-=------

L2.5

N=1lnf(l-S)\~mX2+S

R1—S”7-mXI

22

因传质单元高度不变，HP.H「H

0GOG

又因Z"=Z

所以传质单元数不变，即

1「0.05-2x0.0011

N・=N=--------Ini(1-0.8)--------------------+0.81=4.280

0G

OG1_0.8|_y-2x0.001」

解得八=8.179xl0-3

2

V1

X=X+(_)-(/-r-)=0.001+.(0.05-8.179x10-3)=0.01773

1

22yl22.5

23.在一塔高为4m填料塔内，用清水逆流吸取混合气中的氨，入塔气体中含氨0.03（摩尔比），混合气体流率为

0.028kmoL/（m，-s）,清水流率为0.0573kmol/（ni^・s）要求吸取率为98%,气相总体积吸取系数与混合气体流率的0.7次方

成正比。操作条件卜.物系的平衡关系为y*=°3x,试求：

（1）当混合气体量增加20%时，吸取率不变，所需塔高？

（2）压力增加1倍时，吸取率不变，所需塔高？（设压力变化气相总体积吸取系数不变）

解:

原工况：八7）二第L・029

V=0.028X(1-0.029)=0.0272kmol/(m2•s)

「mV0.8x0.0272

=0.38

L~0.0573

1「11

11]

N=1「-0.38）+0.381=5.56

兀l.0.38lnL（1EM

H=——/=」=0.720m

OGKaQN5.56

YOG

（I）气体流量增加20%

因水吸取氨为气膜掌握，所以v增川，传质单元高度变化

OGKQCVO.7

Y

HOG=(")03=(1.2)3=1.056

HV

OG

H'nUcti=1.056x0.720=

0.760m

叱0.8x0.0272x1.2八什

S-L0.0573

1「11

N-=Ini(1-0.456)+0.456=6.103

°G1-0.456L1-0.98J

Z-=/V-•小=6.103x0.760=4.64m

OGOG

p0.8

（2）压力加1倍m-__m=___=0.4

P'2

m-V_0.4x0.0272

~L0?0573-

〃=______

ocKQC

Y

:.H不变

OG

Z-=N-=4.58x0.720=3.298m

22.用纯溶剂在一填料吸取塔内，逆流吸取某混合气体中的可溶组分。混合气体处理量为1.25m3/5,要求溶质的回收率为

99.2队操作液气比为1.71,吸取过程为气膜掌握。10C下，相平衡关系V*=0.5X,气相总传质单元高度为0.8m。

试求：

（1）吸取温度升为30C时，溶质的吸取率降低到多少？（30℃时，相平衡关系Y*=L2X）

（2）假设维持原吸取率，应实行什么措施（定量计算其中的2个措施）。

解:

mV

s==0.5=0,292

(1)原工况:

In,(1-0.292)+0.292|

L1-0.992

Z=N.H-6.34x0.8-5.072m

OGOG

「况：H-=HZ”=Z

OGOG

m1.2

S=--S=一一x0.292=0.7008

m0.5

11

N=N・=________ln|(1-0.7008)____+0.7008=6.34

OG

OG1-0.70081-n1•

解得n"=0.95

（2）温度上升，平衡线上移，推动力减小，保持吸取率不变，可实行措施:

1）L/V增加I,即增加溶剂量：

s=s“

mVmV

~lZ"'

m1.2

L"=——L=——L-2.4L

m0.5

2）增加填料层高度

m1.2

L/v不变，温度上升，