化工原理-气体吸收作业(含答案)...doc
气体吸收1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×102kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30，溶液密度为1000 kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。解：查得u30，水的 稀溶液： 2在总压101.3kPa，温度30的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：（1） 从液相分析SO2的传质方向；（2） 从气相分析，其他条件不变，温度降到0时SO2的传质方向；（3） 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 所以 47.88 从液相分析< x=0.01故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。（2）查得在总压101.3kPa，温度0的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa =16.49从气相分析y*=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。（3）在总压202.6kPa，温度30条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa =23.94从气相分析y*=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:x=x*x=0.01250.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:y= y y*=0.30.24=0.063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=3.84×10-6 kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数=1.83×10-4 m/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（）、（）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以气相分压差（）表示总推动力时：=100×0.05-134×0.01=3.66kPa= kmol/（m2·s·kPa）=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/（m2·s）以（）表示的传质总推动力时： kmol/m3=0.4146×100×0.050.56=1.513 kmol/m3=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/（m2·s）（2）与（）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（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。4 若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，界面上气液两相平衡，推导出KL与kL、kG的关系。解：因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 界面上气液两相平衡 的关系式由 得 （1）由得 （2）由得 （3）（2）式（3）式，并与（1）式比较得5在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空气氨混合气中的氨，气相流率为 0.65kg/(m2·S)。操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为 ，气相总传质系数为0.043kmol/(m3·S)。试求：(1)吸收率由95提高到99，填料层高度的变化。（2）吸收率由95提高到99，吸收剂用量之比为多少？解：（1）吸收率为95时：V0.65290.0224 kmol/(m2·S)L0.0224×1.3980.0313 kmol/(m2·S)吸收率为99时：L0.0224×1.4570.0326 kmol/(m2·S)(2) L0.0224×1.3980.0313 kmol/(m2·S)L0.0224×1.4570.0326 kmol/(m2·S)6在一填料塔中用清水吸收氨空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则、如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为）解： 用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故 因气体流量V不变，所以、近似不变，HOG不变。 因塔高不变，故根据Z=可知不变。 当清水量加大时，因，故S降低，由图5-25可以看出会增大，故将下降。 根据物料衡算,VY不变，L增大，可近似推出将下降。7在一逆流操作的吸收塔中，如果脱吸因数为0.75，气液相平衡关系为，吸收剂进塔浓度为0.001（摩尔比，下同），入塔混合气体中溶质的浓度为0.05时，溶质的吸收率为90%。试求入塔气体中溶质浓度为0.04时，其吸收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其他条件不变，则其吸收率又如何？此结果说明了什么？解： 时：原工况 新工况 解得时：原工况 新工况 解得 从计算结果看，塔高一定，当用纯溶剂吸收混合气体中的溶质时，入塔气体组成变化，其他条件不变，其吸收率不变。8.在一逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气体中溶质组分，当液气比为1.5时，溶质的吸收率为90，在操作条件下气液平衡关系为。如果改换新的填料时，在相同的条件下，溶质的吸收率提高到98，求新填料的气相总体积吸收系数为原填料的多少倍？解：原工况： 新工况： 9用纯溶剂在一填料吸收塔内，逆流吸收某混合气体中的可溶组分。混合气体处理量为1.25Nm3/s，要求溶质的回收率为99.2%。操作液气比为1.71，吸收过程为气膜控制。已知10下，相平衡关系，气相总传质单元高度为0.8m。试求：（1）吸收温度升为30时，溶质的吸收率降低到多少？ （30时，相平衡关系）（2）若维持原吸收率，应采取什么措施（定量计算其中的2个措施）。解：（1）原工况： 新工况： 解得（2）温度升高，平衡线上移，推动力减小，保持吸收率不变，可采取措施：1）L/V增加，即增加溶剂量；2）增加填料层高度 L/V不变，温度升高，推动力减小靠增加塔高弥补。 温度改变，对气膜控制吸收过程，传质单元高度不变，10在一塔高为4m填料塔内，用清水逆流吸收混合气中的氨，入塔气体中含氨0.03（摩尔比），混合气体流率为0.028kmol/(m2·s), 清水流率为0.0573kmol/(m2·s)要求吸收率为98，气相总体积吸收系数与混合气体流率的0.7次方成正比。已知操作条件下物系的平衡关系为，试求：（1）当混合气体量增加20时，吸收率不变，所需塔高？（2）压力增加1倍时，吸收率不变，所需塔高？（设压力变化气相总体积吸收系数不变）解： 原工况： （1）气体流量增加20 因水吸收氨为气膜控制，所以V增加，传质单元高度变化（2）压力加1倍
