最新化工原理-气体吸收作业.pdf

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1、 化工原理-气体吸收作业(含答案)精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 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kPa2.4sp kPa1.972.43.101*sAppp 稀溶液：3kmol/m56.55181000SMc 421017.556.5510875.2ccxA kPa10876.11017.51.

2、9754*xpEA )mkmol/(kPa1096.21.9710875.2342*AApcH 18543.10110876.15pEm 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

3、=4850kPa 所以 pEm3.1014850 47.88 从液相分析 数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 00627.088.473.0*myx 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

4、件下，SO2在水中的亨利系数 E=1670kPa pEm3.1011670=16.49 从气相分析 y*=mx=16.490.01=0.16y=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 pEm6.2024850=23.94 从气相分析 y*=mx=23.940.01=0.24y=0.3 故 SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。0125.094.233.0*myx 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

5、 y*=0.30.24=0.06 3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Gk=3.8410-6 kmol/（m2skPa），液相传质系数Lk=1.8310-4 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（*AApp）、（A*Acc）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。数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及

6、气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 解：（1）根据亨利定律kPa13405076A.xpE*相平衡常数34.1100134pEm 溶解度常数4146.0181341000ssEMH 以气相分压差（*AApp）表示总推动力时：*AApp=100 0.05-134 0.01=3.66kPa GLG111kHkK=273597260417131801086.311083.1414

7、6.0164 6G1066.3K kmol/（m2 s kPa）)(*AAGAppKN=3.66 10-6 3.66=1.34 10-5 kmol/（m2 s）以（A*Acc）表示的传质总推动力时：56.01000/1899.001.0Ac kmol/m3 A*Acc=0.4146 100 0.050.56=1.513 kmol/m3 m/s108.84146.01066.366GLHKK)(A*ALAccKN=8.8 10-6 1.513=1.3314 10-5 kmol/（m2 s）（2）与（*AApp）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

8、相阻力为131801Gkm2 s kPa/kmol；液相阻力2604171LHkm2 s kPa/kmol；气相阻力占总阻力的百分数为%2.95%100273597260417。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。数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压

9、温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 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 AAHpc 界面上气液两相平衡 iHpcAAi的关系式 由)(A*ALAccKN得 )(K1A*AALccN （1）由)(iAAGAppkN得)HcHc(Ai*AGAkN)cc(kHAi*AAGN （2）由)(AiALAcckN得 )(1AiAALccNk （3）（2）式（3）式，并与（1）式比较得 GLL11kHkK 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/(m2S)。操作液气比为最小液气比的 1.6倍，

10、平衡关系为 xy92.0*，气相总传质系数aKy为0.043kmol/(m3S)。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：V0.65 290.0224 kmol/(m2S)m521.0043.00224.0OGaKVHy 874.095.092.0/2212*121minmmYYYXXYYVL 数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品

11、好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 398.1874.06.16.1minVLVL L0.0224 1.398 0.0313 kmol/(m2S)658.0398.192.0LmVS SmXYmXYSSNOG2221)1(ln11 89.5658.095.011)658.01(ln658.011OGN m1.3521.089.5OGOGHNZ 吸收率为 99时：m521.0043.00224.0OGOGaKVHHy 911.099.092.0/2212*1

12、21minmmYYYXXYYVL 457.1911.06.16.1)(minVLVL L0.0224 1.457 0.0326 kmol/(m2S)631.0457.192.0LmVS 2221)1(ln11SmXYmXYSSNOG 82.9631.099.011)631.01(ln631.011OGN m1.5521.082.9OGOGHNZ 65.11.311.5ZZ(2)L0.0224 1.398 0.0313 kmol/(m2S)L0.0224 1.457 0.0326 kmol/(m2S)数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析

13、的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 04.10313.00326.0LL 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2Y、1X如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为8.0VakY）解：用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故8.0VakaKYY 因气体流量 V不变，所以akY、aKY近似不变，HOG不变。因塔

14、高不变，故根据 Z=OGOGHN可知OGN不变。当清水量加大时，因VLmS/，故 S降低，由图 5-25可以看出2221mXYmXY会增大，故2Y将下降。根据物料衡算12121)()(VYYYVXXL,VY不变，L增大，可近似推出1X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XY0.2*，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：001.02X时：原工况 75.

15、0S 005.0)9.01(05.0)1(12YY SmXYmXYSSNOG2221)1(ln11 233.675.0001.02005.0001.0205.0)75.01(ln75.011OGN 新工况 OGOGHH ZZ SmXYmXYSSNOG2221)1(ln11 233.675.0001.02001.0204.0)75.01(ln75.0112YNNOGOG 解得3210375.4Y 数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品

16、好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除%06.898906.004.010375.404.03121YYY 02X时：原工况 75.0S 005.0)9.01(05.0)1(12YY SmXYmXYSSNOG2221)1(ln11 715.475.0005.005.0)75.01(ln75.011OGN 新工况 OGOGHH ZZ SYYSSNOG21)1(ln11 715.475.004.0)75.01(ln75.0112YNNOGOG 解得321000.4

17、Y%909.004.01000.404.03121YYY 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XY75.0*。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：5.05.175.0LmVS SmXYmXYSSNOG2221)1(ln11SSS11)1(ln11 41.35.090.011)5.01(ln5.011OGN 新工况：

18、SS 数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 477.65.098.011)5.01(ln5.011OGN OGOGNZaKVHY OGOGNZaKVHY 900.141.3477.6OGOGYYNNaKaK 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

19、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XY5.0*，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XY2.1*）（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：292.071.15.0LmVS SmXYmXYSSNOG2221)1(ln11SSS11)1(ln11 34.6292.0992.011)292.01(ln292.011OGN m072.58.034.6OGOGHNZ 新工况：

20、OGOGHH ZZ 7008.0292.05.02.1SmmS 34.67008.011)7008.01(ln7008.011OGOGNN 解得95.0（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；LVmLmVSS 数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联

21、系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 LLLmmL4.25.02.1 2）增加填料层高度 L/V 不变，温度升高，7008.0292.05.02.1SmmS，推动力减小靠增加塔高弥补。17.127008.0992.011)7008.01(ln7008.011OGN 温度改变，对气膜控制吸收过程，传质单元高度不变，8.0OGOGHH m736.98.017.12OGOGHNZ m664.4072.5736.9 Z 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/(m2s),清水流率为 0.0573kmo

22、l/(m2s)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XY8.0*，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：029.003.0103.01111YYy s)kmol/(m0272.0)029.01(028.02V 38.00573.00272.08.0LmVS SSSNOG11)1(ln11 56.538.098.011)38.01(ln38.011OGN m720.056.54OGOGNZaKVHY（1）气体流量

23、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 数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨精品好资料-如有侵权请联系网站删除 精品好资料-如有侵权请联系网站删除 3.07.0OGVVVaKVHY 056.12.1)(3.03.0OGOGVVHH m760.0720.0056.1OGH 456.00573.02.1027

24、2.08.0LmVS 103.6456.098.011)456.01(ln456.011OGN m64.4760.0103.6OGOGHNZ（2）压力加 1 倍 4.028.0mppm 58.419.098.011)19.01(ln19.011OGN aKVHYOG 不变OGH m298.3720.058.4OGOGHNZ 19.00573.00272.04.0LVmS数解查得水的稀溶液在总压温度的条件下摩尔分率为的混合气体与摩尔分率为的水溶液相接触试问从液相分析的传质液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力解查得在总压温度条件下在水中的亨利系数所以从液相分析精品好总压温度的条件下在水中的亨利系数从气相分析故必然从气相转移到液相进行吸收过程在总压温度条件下在水中的亨