化工原理吸收课后-答案~内容.doc

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1、-_第二章第二章 吸收习题解答吸收习题解答1 从手册中查得 101.33KPa、25时,若 100g 水中含氨 1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为 0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m3kPa)及相平衡常数 m。解解:(1) 求H由.求算.33NH NHCPH已知:.相应的溶液浓度可用如下方法算出: 30.987NHaPkP 3NHC以水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为100g.则:31000/kg m333331 170.582/100 1 1000 0.5820.590/()0.987NHNH a NHCkmo

2、l mCHkmolmkPP(2).求.由m333333330.9870.00974101.33 1 170.01051100 17180.009740.9280.0105NHNHNHNH NHNHNHNHymxPyPxymx 2: 101.33kpa、1O时,氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31106x 表示。式中:Po2为氧在气相中的分压,kPa、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧.解解:氧在空气中的摩尔分数为.故0.21-_22226 6101.33 0.2121.2821.286.43 103.31 1063.31 10OOa

3、O OPPykPPx因值甚小,故可以认为 2OxXx即: 2266.43 10OOXx所以:溶解度6 522 3 22()()6.43 10321.14 1011.41 18()()kg Og O kg H Om H O 3. 某混合气体中含有 2%(体积)CO2,其余为空气。混合气体的温度为 30,总压强为 506.6kPa。从手册中查得 30时 C02 在水中的亨利系数 E=1.88x105KPa,试求溶解度系数 H(kmol/（m3kPa、 ）)及相平衡常数 m,并计算每 100 克与该气体相平衡的水中溶有多少克 CO2。解解:(1).求由求算H2H OHEM243 510002.955

4、 10/()1.88 1018a H OHkmolmkPEM(2)求m51.88 10371506.6Em(2) 当时.水溶解的0.02y 100g2CO(3)225 5506.6 0.0210.1310.135.39 101.88 10COaCOPkPPxE 因很小,故可近似认为xXx552222422()()445.39 105.39 10()()18()()1.318 10()kmol COkg COXkmol H Okg H Okg CO kg H O故克水中溶有100220.01318COgCO4.在 101.33kPa、0下的 O2与 CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已-_

5、知相距 0.2cm 的两截面上 O2的分压分别为 13.33kPa 和 6.67kPa,又知扩散系数为0.185cm2/s,试计算下列两种情况下 O2的传递速率,kmol/(m2s):(1) O2与 CO 两种气体作等分子反向扩散;(2) CO 气体为停滞组分。解：解：（1）等分子反向扩散时的传递速率2O122523125 52 3()0.185/1.85 10/ . 273101.325.0.22 1013.33.6.671.85 10(13.336.67)2.71 10 (/)8.314 273 2 10AAAaAaAaADNPPRTZ Dcmsms TKPkP ZcmmPkP PkPNk

6、mol ms （2）通过停滞的扩散速率2OCO5 2 123 1521.85 10101.33101.336.67()lnln8.314 273 2 10101.33 13.333.01 10/B AAA BmBPDPDPNPPRTZPRTZPkmol ms 5一浅盘内存有 2mm 厚的水层,在 20的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为 5mm 的静止空气膜层,此空气膜层以外的水蒸气分压为零。扩散系数为 2.6010-5m2/s,大气压强为 101.33KPa。求蒸干水层所需的时间。解解:这是属于组分通过停滞组分的扩散。( )A已知扩散距离（静止空气膜厚度）为.水层

7、表面的水蒸气分压35 10Zm 的饱和水蒸气压力为(20)C 12.3346AaPkP静止空气膜层以外;水蒸气分压为20AP522.6 10/ .101.33.27320293aDms PkP TK单位面积上单位时间的水分蒸发量为5 2 123 1622.6 10101.33101.33()lnln8.314 293 5 10101.332.33465.03 10/()B AAA BmBPDPDPNPPRTZPRTZPkmolms -_故液面下降速度:6 85.03 10189.07 10/998.2AALdNMm sd 水层蒸干的时间:3 4 85 102.205 106.125/9.07

8、10hhshdd6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算 0、101.33kPa 时氨和氯化氢在空气中的扩散系数 D(m2/s),并将计算结果与表 2-2 中的数据相比较。解解:(1):氨在空气中的扩散系数.查表知道,空气的分子体积:2.4329.9/BVcmmol氨的分子体积:325.8/AVcmmol又知29 /.17 /BAMg mol Mg mol则时,氨在空气中的扩散系数可由式计算.0.101.33aCkPMaxweaGilliland:353/21/252 1/31/3114.36 10(273)()172910614 10/101.33(25.8)(29.9)NHDms (2)

9、同理求得521.323 10/HClDms7.在 101.33kPa、27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低,平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 H=1.955kmol/(m3kPa),气膜吸收系数 kG=1.5510-5kmol/(m2skPa),液膜吸收系数 kL=2.0810-5kmol/(m2kmol/m3)。试求总吸收系数 KG,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。.解解:总吸收系数5255111.122 10/()1111 1.55 101.955 2.08 10GaGCKkmolms kPkHk -_气膜助在点助中所占百分数.PP1/1.12272.

10、31/1/1.55GGCk kHk8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇,操作温度 27,压强 101.33KPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5 kPa,液相中甲醇组成为2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解解:吸收速率()AGAANKPP由上题已求出521.122 10/()Gakkmolms kP 又知：31.955/()aHkmolmkP则该截面上气相甲醇的平衡分压为/2.11/1.9551.08.5.AaAaPC HkP PkP则55221.122 10(5 1.08)4.4 10/()0.1583/()ANkmolmskmolmh

11、9：在逆流操作的吸收塔中,于 101.33kpa、25下用清水吸收混合气中的 H2S,将其组成由 2%降至 0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.5216kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的 12 倍,试计算操作液气比及出口液相组成若压强改为 1013kPa,其他条件不变,再求手及。VL1XVL1X解：解：（1）求下，操作液气比及出口液相组成。101.33akP41 1 12 2 225.52 10545101.33 0.020.020411 0.020.0010.00111 0.0010EmP yYyyYyX最小液气比12 min 1 20.02040.001()518

12、0.0204/545YYL YVXm 操作液气比为min1.2 ()1.2 518622LL VV-_出口液相浓度12125()10(0.02040.001)3.12 10622VXXYYL（2）：求下的操作液气比及出口液组成1013akP45.52 105451013EmP则： 12 min 1 20.02040.0001()51.80.0204/5451.2 51.862.2YYL YVXm L V 出口液相组成：11，在 101.33kPa 下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为 0.1,混合气体于 40下进入塔底,体积流量为 0.556m3/s,空塔气速为 1.2m/s。吸收剂用

13、量为理论最小用量的 1.1 倍,氨的吸收率为 95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数的平均值为 0.1112。在操作条件下的气液平衡关系为YaKs)kmol/(m3,试求塔径及填料层高度。XY6 . 2*解：解： 4 12121()0(0.02040.001)3.12 1062.2VXXYYL-_121212 min 1 211220.10.11111 0.1 (1)0.1111 (1 0.95)0.0055550.0.1111 0.005555()2.470.1111 2.61.1 2.472.721()(0.1111 0.005555)00.03882.72 2.60.9562.72 1

14、ln1GYYYXYYL YVXm L V VXYYXL mVSLNS 122210.1111(1)ln(1 0.956)0.95613.81 0.9560.005555YYSSYY塔截面积：20.556/1.20.463m 塔径：40.4630.77Dm又知：0.5562730.90.0195/22.427340Vkmol s则：0.01950.380.1112 0.463G YaVHmK塔上填料层高度：0.38 13.85.23GGZHNm12在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2,气体流量为 5000m3(标准)/h,其中SO2占 10%,要求 SO2回收率为 95%。气、液逆流接触,在塔

15、的操作条件下 SO2在两相间的平衡关系近似为。试求:XY7 .26*(1)若取用水量为最小用量的 15 倍,用水量应为多少?(2)在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数;(3)如仍用(2)中求出的理论板数,而要求回收率从 95%提高到 98%,用水量应-_增加到多少?解：解：（1）求用水量：1212 min 12min(0.100.11111 0.10 0.1111 (1 0.95)0.005565000(1 0.10)201/22.4 ()201 (0.111 0.00556)5100/0.1111026.7 1.51.5 51007650/YYVkmol hV YYLkmol hXXLLk

16、molh 水）（2）：求理论板数梯级图解法( )a1122201()(0.1111 0.00556)0.002777650VXYYXL在直角坐标图中给出平衡线及操作线YX.26.7 7oE CYBT由图中点开始在操作线与平衡线之间画梯级B得理论板层数5.5TN 用克列姆塞尔算图( )b295.0X则相对回收率12120.1111 0.005560.950.1111YY YmX在理论最小用水量下，J 据此查图得：TN 221而min0.95Amin0.95L mVmin(1.51.5 0.951.5 0.95 26.7 2017650/LLmVkmolh水）查图（或由式计算）可知当：221277

17、c时1.43.0.95LAmV5.5TN -_两种方法解得的结果相同。（3）求时所需增加的水量98用克列姆塞尔法估算，已知：0.98.5.5TN据此查图得2211.75A 则:1.751.75 26.7 2019390/LmVkmol h故需要增加的用水量4 ()(939076501740/3.13 10/LLkmolhkgh水水）13. 在一个接触效能相当于 8 层理论塔板的筛板塔内,用一种摩尔质量为 250、密度为则 900kg/m3的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为101.33kPa,温度为 15,进塔气体含丁烷 5%(体积),要求回收率为 95%。丁烷在15时的蒸气压强为

18、194.5kPa,液相密度为 58Okg/m3假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用,求:(1)回收每 1m3丁烷需用溶剂油多少(m3)?(2)若操作压强改为 304.OkPa,而其他条件不变,则上述溶剂油耗量将是多少(m3)?解解:(1).由拉乌尔定律194.51.92101.33pyxxxp由于为低组成吸收,可以认为1.92YX122210.050.0526.0.01 0.05 (1)0.0526 (1 0.95)0.00263YXYYY 由克列姆塞尔方程得到:11122121120.0526lnln0.0263080.05260.00263lnln0TYYY YYNYY YYY -_解得:11

19、10.0420.0420.0221.921.92YYX由此可知,每回收丁烷所需纯溶剂油数量为1kmol121145.50.0220kmolXX(丁烷）（油）/ km ol丁烷的摩尔质量为.则回收每液体丁烷所需溶剂油的体积为58.0831m3345.5 250/900126.2/58.08/580mm（丁烷）（油）(2).若则:304.0.pkPa194.50.6398 .0.6398304.0yxxYX因为故20X 20Y(条件未变,仍用上法求得)10.042.Y1 1120.0420.06560.6398 1115.24/0.06560YXmkmolkmolxx （丁烷）（油）3315.24

20、 250190042.28/58.08/580mm（油）（液体丁烷）14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烃中的 H2S,进塔气相含H2S 2.91%(体积),要求吸收率不低于 99%,操作温度 300K,压强为 101.33kPa,平衡关系为,进塔液体为新鲜溶剂,出塔液体中 H2S 组成为 0.013kmol(H2S)XY2*/kmol(溶剂)。已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为 0.015 kmol/(m2s),气相体积吸收总系数为 0.000395kmol/(m3skPa),求所需填料层高度。解解:12 GG YamV YYZHNKY:（）已知:-_12111122

21、0.02910.031 0.0291 (1)0.03 (1 0.99)0.00030.013.2 0.0130.0260.0YYYXYmXXY 则:2(0.030.026)0.00030.001430.030.026ln0.0003 0.000395 101.330.04/()mYaGYKK apkmolmS:又知:20.015/()0.0150.3750.04 0.030.000320.80.00143 0.375 20.87.8GGVkmolmsHmNZm15有一吸收塔,填料层高度为 3m,操作压强为 101.33KPa,温度为 20,用清水吸收棍于空气中的氨。混合气质量流速 G=58Ok

22、g/(m2h),含氨 6%(体积),吸收率为99%;水的质量流速 W=770kg/(m2h)。该塔在等温下逆流操作,平衡关系为。KGa与气相质量流速的 0.8 次方成正比而与液相质量流速大体无关。XY9 . 0* 试计算当操作条件分别作下列改变时,填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率(塔径不变):(1)操作压强增大一倍;(2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大一倍。解解：已知12213 ,101.325,2930.060.0638.01 0.06 (1)0.0638 (1 0.99)0.000638aZm pkP TkYXYY 混合气体的平均摩尔质量-_22122229.94 17 0.

23、0628.28/ln 580(1 0.06)19.28/()28.28 77042.78/()18 0.9 19.280.405642.78 1ln(1)()110.06380ln(1 0.4056)0.40561 0.40560.000638GMOkg kmo VkmolmhLkmolmhmvSL YmXNSSSYmX 6.884 30.43586.884G GZHmN （1）2pp由于故mp mp 12 221/0.90.452 0.45 19.280.202842.78 1ln()(1)110.06380ln(1 0.2028)0.20281 0.20280.0006380 5.496G

24、G YaGmmp pmVSL Ym XNSSSYm XVVHKK ap 故： 10.43580.21792 0.2179 5.4961.198GGGGGGHP HPPHHmP ZHNm填料层高度比原来减少了3 1.1981.802m（2）： 2 10.40560.20282 5.496GLL mVmVSLLV N-_（计算过程同（1） ）.液体流速的增加对无显著影响.GK a0.4358GGHHm则:5.496 0.43582.395GGZNHm即所需填料层高度较原来减少了32.3950.605m(3) 2(2 )2 0.40560.81121ln100 (1 0.8112)0.811215.

25、81 0.8112GVVmVm VSLLN气体质量流速增大时,总吸收系数相应增大.GK a0.8 0.80.8 0.20.2 0.8()22220.43580.501215.8 0.5017.92GaGaGaGaGG GaGaGGKVVKKKV VVHHmKpKpZHNm即所需填料层高度较原来增加7.9234.92m16. 要在一个板式塔中用清水吸收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为30kmol/h,其中含丙醇 1%(体积)。要求吸收率达到 90%,用水量为 9Okmol/h。该塔在 101.33KPa、27下等温操作,丙醇在气、液两相中的平衡关系为,求所需理论板数。XY53. 2*解解:1

26、2112 1230 (1 0.01)29.7/ 0.010.01011 0.01 (1)0.0101 (1 0.90)0.0010190/ ()29.7 (0.0101 0.00101)00.00390AVkmol hYYYLkmol h V YYXXL -_由题意知则:2.53m 901.19772.53 29.7LAmV又因为.则:20X 0.901.19770.90ln1ln11 0.9015.05lnln1.1977TA ANA 第三章第三章2. 聚氯乙烯生产过程中,需要将乙炔发生器送出来的粗乙炔气体净化,办法是在填料塔中用次氯酸钠稀溶液除去其中的硫、磷等杂质。粗乙炔气体通入填料塔的体

27、积流量为 7旷/h,密度为 1.16kg/m3;次氯酸钠水洛液的用量为 4000kg/h,密度为 105Okg/m3,黏度为 1.06mPas。所用填料为陶瓷拉西环,其尺寸有50mm5Omnx4.5 皿 n 及 25mnx25mm2.5mn 两种。大填料在下层,小填料在上层,各高 5m,乱堆。若取空塔气速为液泛气速的 80%,试求此填料吸收塔的直径及流动阻力。解解:(1)塔径两种填料的值如下:陶瓷拉西环(乱堆):50504.5mmmmmm2051/m陶瓷拉西环(乱堆):25252.5mmmmmm4501/m比较两种填料的值可知,小填料的泛点气速应比大填料的低,故应接小填料计算塔径.0.50.5

28、40001.16()()0.163700 1.161050cvvLW W 由图中的乱堆填料泛点线查得(3 18)20.240.1210000.9521050V FL LLg 水-_故:0.20.20.120.12 9.81 10501.568/450 0.952 1.16 1.060.80.8 1.5881.254/L F VLFgm sm s 塔径:4/4 700/(3600 3.14 1.254)0.444sDVum(2).压强降因两段填料层具有不同的值,故塔内流动阻力应分两段计算.上层:乱堆瓷环25252.5.mmmmmm22 0.220.5(1.25)450 0.952 1.16(1.

29、06)0.07679.81 1050()()0.163V L LVLVLu gW W 由图查得(3 18)32 9.81/314/aapPmPmZ:则全塔压降1373.4 5314 58437apP :总3 在直径为 0.8m 的填料塔中,装填 25mx25m2.5m 的瓷拉西环,用于常压及 20下气体吸收操作。若液、气性质分别与水和空气相同,按质量计的液、气流量比为 5。核算上升气量达 3000m3/h 时,是否会发生液泛现象?若改用 25m25mx0.6m 的金属鲍尔环,上升气量提高到多少才会液泛?.解解:查附录知.331.205/,998.2/,1.005VLLakg mkg mmP S

30、可查得两种填料的值为瓷拉西环25252.5 450 1/mmmmmm m 金属鲍尔环:25250.6 160 1/mmmmmm m 0.50.51.205()()5 ()0.174998.2VLVLW W -_由图查得(3 18)对应于此横坐标数值的纵坐标值(乱堆填料泛点线)2 0.20.1FV L Lu g即:2 0.22450 1 1.205(1.005)0.05540.19.81 998.2 1.34/ .F FFm s 液泛的气体体积流量223 max0.785 0.81.34 36002424/4FVDmh上升气量,故会发生液泛.3 max3000/mhV改用鲍尔环,若鲍尔环的液泛速度为,填料因子为 F因横坐标值不变,则纵坐标仍为0.1 2 2450()1604501.8055.082.253/160FFFFm s 故改用鲍尔环后,发生液泛的上升气量为23 max0.785 0.82.253 36004075/Vmh