柴誠敬習題答案(08)第八章氣體吸收【答案類別】

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1、 第八章 氣體吸收 1. 在溫度為40 ℃、壓力為101.3 kPa的條件下，測得溶液上方氨的平衡分壓為15.0 kPa時，氨在水中的溶解度為76.6 g (NH3)/1 000 g(H2O)。試求在此溫度和壓力下的亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)m及溶解度系數(shù)H。 解：水溶液中氨的摩爾分數(shù)為 由 亨利系數(shù)為 kPa 相平衡常數(shù)為 由于氨水的濃度較低，溶液的密度可按純水的密度計算。40 ℃時水的密度為 kg/m3 溶解度系數(shù)為 2. 在溫度為25 ℃及總壓為101.3 k

2、Pa的條件下，使含二氧化碳為3.0%（體積分數(shù)）的混合空氣與含二氧化碳為350 g/m3的水溶液接觸。試判斷二氧化碳的傳遞方向，并計算以二氧化碳的分壓表示的總傳質(zhì)推動力。已知操作條件下，亨利系數(shù)kPa，水溶液的密度為997.8 kg/m3。 解：水溶液中CO2的濃度為 對于稀水溶液，總濃度為 kmol/m3 水溶液中CO2的摩爾分數(shù)為 由 kPa 氣相中CO2的分壓為 kPa < 故CO2必由液相傳遞到氣相，進行解吸。 以CO2的分壓表示的總傳質(zhì)推動力為 kPa 3. 在總壓為110.5 kPa的條件

3、下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空氣中的氨氣。測得在塔的某一截面上，氨的氣、液相組成分別為、。氣膜吸收系數(shù)kG=5.2×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù)kL=1.55×10-4 m/s。假設操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，溶解度系數(shù)H＝0.725 kmol/(m3·kPa)。 （1）試計算以、表示的總推動力和相應的總吸收系數(shù)； （2）試分析該過程的控制因素。 解：(1) 以氣相分壓差表示的總推動力為 kPa 其對應的總吸收系數(shù)為 kmol/(m2·s·kPa)

4、以液相組成差表示的總推動力為 其對應的總吸收系數(shù)為 （2）吸收過程的控制因素 氣膜阻力占總阻力的百分數(shù)為 氣膜阻力占總阻力的絕大部分，故該吸收過程為氣膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。操作壓力為105.0 kPa，操作溫度為25 ℃。在操作條件下平衡關(guān)系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系數(shù)為2.126 kmol/(m3·kPa)。測得塔內(nèi)某截面處甲醇的氣相分壓為7.5 kPa，液相組成為2.85 kmol/m3，液膜吸收系數(shù)kL=2.12×10-5 m/s，氣相總吸收系數(shù)KG＝1.206×10

5、-5 kmol/(m2·s·kPa)。求該截面處（1）膜吸收系數(shù)kG、kx及ky；（2）總吸收系數(shù)KL、KX及KY；（3）吸收速率。 解：(1) 以純水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃時水的密度為 kg/m3 溶液的總濃度為 kmol/m3 （2）由m/s 因溶質(zhì)組成很低，故有 （3）吸收速率為

6、 5. 在101.3 kPa及25 ℃的條件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合氣中的二氧化硫。已知混合氣進塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.002。假設操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)為4.13×103 kPa，吸收劑用量為最小用量的1.45倍。 （1） 試計算吸收液的組成； （2） 若操作壓力提高到1013 kPa而其他條件不變，再求吸收液的組成。 解：（1） 吸收劑為清水，所以 所以操作時的液氣比為 吸收液

7、的組成為 （2） 6. 在一直徑為0.8 m的填料塔內(nèi)，用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體。已知混合氣的流量為45 kmol/h，二氧化硫的體積分數(shù)為0.032。操作條件下氣液平衡關(guān)系為，氣相總體積吸收系數(shù)為0.056 2 kmol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩爾比為飽和摩爾比的76%，要求回收率為98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料層高度。 解： 惰性氣體的流量為

8、 水的用量為 求填料層高度 7. 某填料吸收塔內(nèi)裝有5 m高，比表面積為221 m2/m3的金屬階梯環(huán)填料，在該填料塔中，用清水逆流吸收某混合氣體中的溶質(zhì)組分。已知混合氣的流量為50 kmol/h，溶質(zhì)的含量為5％（體積分數(shù)％）；進塔清水流量為200 kmol/h，其用量為最小用量的1.6倍；操作條件下的氣液平衡關(guān)系為；氣相總吸收系數(shù)為；填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90％。試計算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直徑。 解：

9、（1）惰性氣體的流量為 對于純?nèi)軇┪? 依題意 （2） 由 填料塔的直徑為 8. 在101.3 kPa及20 ℃的條件下，用清水在填料塔內(nèi)逆流吸收混于空氣中的氨氣。已知混合氣的質(zhì)量流速G為600 kg/(m2·h)，氣相進、出塔的摩爾分數(shù)分別為0.05、0.000526，水的質(zhì)量流速W為800 kg/(m2·h)，填料層高度為3 m。已知操作條件下

10、平衡關(guān)系為Y= 0.9 X，KGa正比于G 0.8而于W無關(guān)。若（1）操作壓力提高一倍；（2）氣體流速增加一倍；(3) 液體流速增加一倍，試分別計算填料層高度應如何變化，才能保持尾氣組成不變。 解：首先計算操作條件變化前的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù) 操作條件下，混合氣的平均摩爾質(zhì)量為 m （1）

11、 若氣相出塔組成不變，則液相出塔組成也不變。所以 m m m 即所需填料層高度比原來減少1.801m。 （2） 若保持氣相出塔組成不變，則液相出塔組成要加倍，即 故 m m m 即所需填料層高度要比原來增加4.910 m。 （

12、3） W對KGa無影響，即對KGa無影響，所以傳質(zhì)單元高度不變，即 m 即所需填料層高度比原來減少0.609 m。 9. 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1.2 m，填料層高度為3 m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的溶質(zhì)組分。入塔混合氣的流量為40 kmol/h，溶質(zhì)的含量為0.06（摩爾分數(shù)）；要求溶質(zhì)的回收率不低于95%；操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y = 2.2X ；溶劑用量為最小用量的1.5倍；氣相總吸收系數(shù)為0.35 kmol/ (m2·h)。填

13、料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90％。試計算（1）出塔的液相組成；（2）所用填料的總比表面積和等板高度。 解：（1） 惰性氣體的流量為 （2） m 由 填料的有效比表面積為 填料的總比表面積為 由 由 填料的等板高度為 10. 用清水在塔中逆流吸收混于空氣中的二氧化硫。已知混合氣中二氧化硫的體積分數(shù)為0.085，操作條件下物系的相平衡常數(shù)為26.7，載

14、氣的流量為250 kmol/h。若吸收劑用量為最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率為92%。試求水的用量（kg/h）及所需理論級數(shù)。 解： 用清水吸收， 操作液氣比為 水的用量為 用清水吸收， 由 11. 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為 0.6 m，填料層高度為6 m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分?，F(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)如下：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為 Y

15、= 1.5 X ?，F(xiàn)因環(huán)保要求的提高，要求出塔氣體組成低于0.002（摩爾比）。該制藥廠擬采用以下改造方案：維持液氣比不變，在原塔的基礎上將填料塔加高。試計算填料層增加的高度。 解：改造前填料層高度為 改造后填料層高度為 故有 由于氣體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故 對于純?nèi)軇┪眨? 由 故 因此，有 操作液氣比為 填料層增加的高度為 12. 若吸收過程為低組成氣體吸收，試推導。 解： 由 　 故 　 13. 在裝填有25 mm拉西環(huán)的填料塔中，用清水吸收空氣中低含量的氨

16、。操作條件為20 ℃及101.3 kPa，氣相的質(zhì)量速度為0.525 kg/(m2·s)，液相的質(zhì)量速度為2.850 kg/(m2·s)。已知20 ℃及101.3 kPa時氨在空氣中的擴散系數(shù)為m2/s，20 ℃時氨在水中的擴散系數(shù)為m2/s。試估算傳質(zhì)單元高度HG、HL 。 解：查得20 ℃下，空氣的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： Pa·s kg/m3 由 查表8-6，，， 查得20 ℃下，水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： Pa·s kg/m3 由 查表8-7，， 14. 用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知進、出

17、解吸塔的液相組成分別為0.008 5和0.001 6（均為摩爾比）。解吸所用載氣為含二氧化碳0.000 5（摩爾分數(shù)）的空氣，解吸的操作條件為35 ℃、101.3 kPa，此時平衡關(guān)系為Y=106.03X。操作氣液比為最小氣液比的1.45倍。若取m，求所需填料層的高度。 解：進塔載氣中二氧化碳的摩爾比為 最小氣液比為 操作氣液比為 吸收因數(shù)為 液相總傳質(zhì)單元數(shù)為 填料層高度為 15. 某操作中的填料塔，其直徑為0.8 m，液相負荷為8.2 m3/h，操作液氣比（質(zhì)量比）為6.25。塔內(nèi)裝有DN50金屬階梯環(huán)填料，其比表面

18、積為109 m2/m3。操作條件下，液相的平均密度為995.6 kg/m3，氣相的平均密度為1.562 kg/m3。 （1）計算該填料塔的操作空塔氣速； （2）計算該填料塔的液體噴淋密度，并判斷是否達到最小噴淋密度的要求。 解：（1）填料塔的氣相負荷為 填料塔的操作空塔氣速為 （2）填料塔的液體噴淋密度為 最小噴淋密度為 ，達到最小噴淋密度的要求。 16. 礦石焙燒爐送出的氣體冷卻后送入填料塔中，用清水洗滌以除去其中的二氧化硫。已知入塔的爐氣流量為2400 m3/h，其平均密度為1.315 kg/m3；洗滌水的消耗量為5

19、0 000 kg/h。吸收塔為常壓操作，吸收溫度為20 ℃。填料采用DN50塑料階梯環(huán)，泛點率取為60％。試計算該填料吸收塔的塔徑。 解：查得20 ℃下，水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： Pa·s kg/m3 爐氣的質(zhì)量流量為 采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計算泛點氣速， 橫坐標為 查圖8-23，得縱坐標為 對于 DN50塑料階梯環(huán)，由表8-10 和附錄二分別查得 1/m 故 解出 m/s 操作空塔氣速為 由 圓整塔徑，取=1.0 m 校核 ，故所選填料規(guī)格適宜。 取 m3/（m·h） 最小噴淋密度為 操作噴淋密度為 > 操作空塔氣速為 泛點率為 經(jīng)校核，選用=1.0 m 合理。 16 教學f