化工原理第五章 吸收 题
-
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六吸收
浓度换算
2.1
甲醇
15%(
质量
)
的水溶液
,
其密度为
970
Kg/m
3
,
试计算该溶液中甲醇的<
/p>
:
(1)
摩尔分率
;(2)
摩尔比
;(3)
质量比<
/p>
;(4)
质量浓度
;(5)
摩尔浓度。
分子扩散
<
/p>
2.2
估算
1atm
及
293K
下氯化氢气体
(HCl
)
在
(1)
空气
,(2)
水
(
极稀盐酸
)
中的扩散系数。
2.3
一小管充以丙酮
,
液面距管口
1.1cm,20
℃空气以一定速度吹过管口
,
经
5
小时后液面下降到离管口
2.05cm,
大气压为
750[mmHg],
丙酮的蒸汽压为
180[mmHg],
丙酮液密度为
7900[kg/m
3
]
,
计算丙酮蒸汽
在空气中的扩散系数。
2.4
浅盘内盛水。水深
5mm,
在
1atm
又
29
8K
下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当
于
3mm
厚的静止气层
,
气层外的水蒸压可忽略
,
求蒸发完所需的时间。
2.5
一填料塔在常压和
295K
下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨在气相中的
组成
y
a
=5%(
摩尔百分率
)
。液相氨的平衡分压
P=660Pa,
物质通量
N
< br>A
=10
-4
[kmol/m<
/p>
2
·
S],
气相
扩散系数
D
G
=0.24[cm
2
/s],
求气膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律
2.
6
温度为
10
℃的常压空气与水接触，
氧在空气中的体积百分率为
21%
，<
/p>
求达到平衡时氧在水中的
最大浓度
,
（以
[g/m
3
]
、摩尔分率表示）及溶解度系数。以
[g/m
< br>3
·
atm]
及
[kmol/m
3
·
Pa]<
/p>
表示。
2.7
当系统服从亨利定律时，
对同一温度和液相浓度，
如果总压增大
一倍则与之平衡的气相浓度
(
或
分压<
/p>
)(A)Y
增大一倍
;(B)P
增大一倍
;(C)Y
减小一倍
< br>;(D)P
减小一倍。
2.8
25
℃及
1atm
下
< br>,
含
CO
2
20%,
空气
80%(
体积
%)
的气体
1m
3<
/p>
，与
1m
3
的清
水在容积
2m
3
的密闭容器
中接触进行传质
,
试问气液达到平衡后
,
(1)CO
2
在水中
的最终浓度及剩余气体的总压为多少
?
(2)
刚开始接触时的总传质推动力
ΔP,Δx
各为多少？气
液达到平衡时的总传质推动力又为多少？
2.9
在填料塔中用清水吸收气体中所含的丙酮蒸气
,
操作
温度
20
℃
,
压力
1atm
。若已知气相与液相传
质
分系数（简称传质系数）
k
G
＝
3.5×
10
-4
[
kmol/(m
2
.)],k
L
=1.5×
10
-4
[m/s],
平衡关系服从亨利定律
,
亨利系数
E=32atm,
求
K
G
、
K
x
、
K
y
和气相阻力在总阻
力中所占的比例。
2.10
在一填料
塔中用清水吸收混合气中的氨。吸收塔某一截面上的气相浓度
y=0.1
，液相浓度
x=0.05(
均
为
摩
尔
分
率<
/p>
)
。
气
相
传
质
系
数
k
y
=3.84×
10<
/p>
-4
[kmol/(m
2
.s.Δy)],
液
相
传
质
系
数
k
x
=1.02×
10
-
2
[kmol/(m
2
.s.Δx)]
,
操作条件下的平衡关系为
y=1.34x,
< br>求该截面上的
:
(1)
总传质
系数
K
y
,[kmol/(m
2
.s.Δy)];
(2)
总推动力
Δy;
(3)
气相传质阻力占总阻力的比例
;
(4)
气液介面的气相、液相浓度
y<
/p>
i
和
x
i
。
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操作线作法
2.11
根据以下双塔吸
程
,
分别作出
每个流程
为一直线）
和操作线的
2.1
2
示意画出下列吸
线
。
（
图
中
y
b1
>y
b2
，
< br>气体和
x
a2
液体均在塔
相浓度相同的地方加
收
的
四
个
流
的平衡线
< br>（设
示意图。
收
塔
的
操
< br>作
x
a2
>x
< br>a1
；
y
b2
< br>内与其气、
液
入）
习题
12
附图
2.13
在填料塔中用纯水逆流吸收
气体混合物中的
SO
2
,
混合气中
SO
2
初始浓度为
5%(
体积
),
在操作条
件下相平衡关系
y=5.0x,
试分别计算液气比为
4
和
6
时
,
气体的极限出口浓度
(
即填料层为无限高时
,
塔气体出
口浓度
)
及画出操作线。
2.14
在吸收过程中，一般按图
1
设计，有人建议按图
2
流程设计吸收塔，试写出两种
情况下的操作
线方程，画出其操作线，并用图示符号说明操作线斜率和塔顶、底的操作状
态点。
习题
14
附图
设计型计算
2.15
用填料塔以清水吸收空气中的丙酮，入塔混合气量为
1400[Nm
3
/h]
，其中含丙酮
4
%(
体积
%),
要求丙酮回收率为
99%,
吸收塔常压逆流操作，操作液气比取最小液气比的
1.2
倍
,
平衡关系为
y=1.68x,
气相总传质单元高度
H
OG
=0.5m
求
< br>:
(1)
用水量及水溶液的出口浓度
< br>x
b
(2)
< br>填料层高度
Z(
用对数平均推动力法计算
N
OG
)
。
< br>
2.16
某工厂拟用清水吸收混合气体中的溶质
A,
清水用量为
4500[kg/h],
混合气体量为
2240[Nm
3
/h],
其中溶质
A
的含
量为
5%(
体积
%),
要求吸收后气体中溶质含量为
0.3%,
上述任务用填
料塔来完成
,
已
知体积总传质系数
K
Y
a
为
307[kmol/m
3
.h],
平衡关系为
y=2x,
如塔径已确定为
1m,
求填料层高度为多
少
m?(N
OG
用吸收因数法
)
2.17
用填料塔从一混合气体中吸收所含苯。进塔混合气体含苯
5%(
体积百分数
),
其余为惰性气体。
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回收率为
< br>95%
。吸收塔操作压强为
780mmHg
，温度为
25
℃
,
进入填料塔的混合气体为
1000m
3
/h
。
吸收剂为不含苯的煤油。煤油的耗用量为
最小用量的
1.5
倍。气液逆流流动。已知该系统的平衡关
系为
Y=0.14X(
式中
Y
、
X
均为摩尔比
)
。已知气相体积总传质系数
K
< br>Y
a=125kmol/m
3
.
h
。煤油的平均
分子量为
170Kg/
Kmol
。塔径为
0.6m
。试求
:
(1)
煤油的耗用量为多少
Kg/h?
(2)
煤油出塔浓度
X
1
为多少
?
(3)
填料层高度为多少
m?
习题
17
附图
(4)
吸收塔每小时回收多少
Kg
苯
?
(5)
欲提高回收率可采用哪些
措施
?
并说明理由。
2.18
在逆流操作的填料塔内
,
用纯溶剂吸收混合气体中的可溶解组分。已知
:
吸收剂用量
为最小量的
1.5
倍
,
气相总传单元高度
H
OG
=1
.11m,(H
OG
=G
B
/K
Y
a,
其中
G
B
---
惰性气体的
流率，
Kmol/m
2
.s
；
K
Y
a---
以气相摩尔比差为总推动力的气相体积总传质系数
Kmol/m
3
.s.
△
Y),
操作条件下的平衡关系为
Y=mX(Y
、<
/p>
X--
摩尔比
),
要求
A
组分的回收率为
90%,
试求所须填料层高度。
在上述填料塔内<
/p>
,
若将混合气体的流率增加
10%,
而其它条件
(
气、
液相入塔组成、
吸收剂用量、
操作
温度
、压强
)
不变
,
试定性判断尾气中
A
的含量及吸收液组成将如何变化
?
已知
K
Y
a
∝
G
0.7
。
2.19
在常压填料
逆流吸收塔中
,
用清水吸收混合气体中的氨
,
混合气量为
2000m
3
/h,
其中氨的流量为
160m
3
/h,
出口气体中氨的流量为
4m
3
/h
，操作温度为
20
℃，平衡
关系为
Y
=1.5X,
传
质
系
< br>数
K
Y
=0.45Kmol/m
2
h
△
Y(<
/p>
均按摩尔比表示
),
试求
:
(1)
吸收率
η
为多少
?
若吸收剂量为最小用量的
1.2
倍时
,
求溶液的出口
浓度。
(2)
已知塔径为
1.2m,
内充
25X25X3
< br>的乱堆填料拉西环
,
填料有效比面积约
< br>200m
2
/m
3
,
求填料层高度。
(3)
若使
V
、
Y<
/p>
、
η
、
X
1
不变
,
而使吸收剂
改为含氨
0.1%(mlo%)
的水溶液时
,
填料层高度有何变化
(K
Y
可视为不变
)
。
2.20
在填料塔内稀硫酸吸收混合气体中的氨
(
低浓度
),
氨的平衡分压为
零
(
即相平衡常数
m=0),
在下
列三种情况下的操作条件基本相同
,
试求所需填
料
高
度<
/p>
的
比
例
:
(1)
混合气体含氨
1%,
要求吸收率为
90%;
(2)
混合气体含氨
1%,
要求吸收率为
9
9%;
(3)
混合气体含氨
5%,<
/p>
要求吸收率为
99%
。
< br>对上述
低浓度气体，
吸收率可按
η=(Y
b
-Ya)/Y
b
计算。
2.21
用图示
的
A
、
B
两个
填料吸收塔
,
以清水吸收
空
气
混
合
物
中的
SO
2
，已知系统的平衡
常数
m=1.4,
塔的
H
OG
=1.2[m],
气体经两塔后总吸收率为
0.91
，
两塔用水量相等，
且
均
为
最
< br>小
用量的
1/0.7
倍，试求两
塔的填料层高度。
操作型计算
2.22
含氨
1.5%(
< br>体积
%)
的气体通过填料塔用清水
吸
收
其
中
的
氨。平衡关系
y=0.8x,
液气摩尔
比
L/G=0.94,
总传
质
单
元
高
度
H
OG
=0.4m,
填料层
高度
h
o
=6m
。
(1)
求出塔气体中氨的浓度
(
或吸收率
);
(2)
可以采用哪些措施提高吸收率
η?
如欲达到吸收率为
99.5%,<
/p>
对你所采取的措施作出估算。
2.23
空气中含丙酮
2%(
体积
%)
，在填料塔中用水吸收。填料层高度
h
o
=10m
，混合气体摩尔流率
G=0.024[kmol/m
2
.s]
，水的摩尔流率
L=0.065[kmol/m
2<
/p>
.s]
，气相传单元高度
H
G
=0.76m
，液相传质单
元高度
H
L
=0.43m
，
操作温度下的亨利常数
E=177[KN/m<
/p>
2
],
操作压力为
100[KN/m
2
],
求出口气体
浓度。
2.24
用不含溶质的吸收剂
吸收某气体混合物中的可溶组分
A,
在操作条件下
,
相平衡关系为
Y=mX
。
试证明：
(L/V)min=mη,
式中
η
为溶质
A
的吸收率。
综合计算
精心整理
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2.25
< br>在直径为
0.8m
的填料塔中
,
用
1200Kg/h
的清水吸收空气和
SO
2
混合气中的
SO
2
,
混合气量为
1000m
3
(
标准
)/h,
混合气含
SO
2
1.3%(
体积
),
要求回收率为
99.5%,
操作条件为
20
℃
,1atm,
平衡关
系为
y
e
=0.75x,
总体积传质系数
K
y
a=0
.055Kmol/m
3
.s.
y,
求液体出口浓度和填料层高度。
2.26
在塔径为
1.33m
的逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收温度为
20
℃
,
压力为
1atm
的某混合
气体中的
CO
2
,
混合气体处理量为
1000m
3
/h,CO
2
含量为<
/p>
13%(
体积
),
其余为惰性气体
,
要求
CO
2
的吸收
率为
90%,
塔底的出口溶液浓度为
0.2gCO
2
/1000gH
2
O,
操作条件下的气液平衡关系为
Y=1420X(
式中<
/p>
Y
、
X
均为摩尔
比
),
液相体积吸收总系数
K
X
a=10695Kmol/m
3
.h,CO
2
分子量为
44
,
水分子量为
18
。试
求
:
(1)
吸收剂用量
(Kg/h); <
/p>
(2)
所需填料层高度
(m)
。
2.27
某厂使用填
料塔，以清水逆流吸收某混合气体中的有害组分
A
。已知填料层
高度为
8m
。操作
中测得进塔混合气组
成为
0.06(
组分
A
的摩尔分率
,
以下同
),
出塔尾气中组成为
0.008,
出塔水溶液
组
成为
0.02
。操作条件下的平衡关
系为
y=2.5x
。试求
:
(1)
该塔的气相总传质单元高度
;
(2)
该厂为降低最终的尾气排放浓度
,
准备另加一个塔径与原塔相同的填料塔。若两塔串联操作，气
液流量和初始组成均不变
,
要求最终的尾气排放浓度降至
0.005,
求新加塔的填料层高度。注
:<
/p>
计算中
可近似用摩尔分率代替摩尔比。
2.28
流率为
0.04Kmol/m
2
.s
的空气混合气中含氨
2%(
体积
),
拟用逆流
吸收以回收其中
95%
的氨。塔
顶喷入
浓度为
0.0004(
摩尔分率
)
的稀氨水溶液，采用液气比为最小液气比的
1.5
< br>倍
,
操作范围的平衡
关系为
y=1.2x,
所用填料的气相总传质系数
K
y
a=0.052Kmol/m
3<
/p>
.s.
△
y
。试
求
:
(1)
液体离开塔底时的浓度<
/p>
(
摩尔分率
);
(2)
全塔平均推动力
△
y
m
;
(3)
填料层高度。
2.29
在填料高度为
5m
的
常压填料塔内
,
用纯水吸收气体混合物中少量的可溶组分。气液
逆流接触，
液气比为
1.5
，操作条件
下的平衡关系为
Y=1.2X
，溶质的回收率为
90%
，若保持气液两相流量不
变，欲将回收率提高到
95%
，求填料层高度应增加多少
m?
2.30
用纯溶剂
S
< br>吸收混合气体中溶质
A
。操作条件为
P=1atm,t=27
℃。已知
:
惰性气体的质量流速为
5800Kg/(m
2
.h),
惰性气体的分子量为
29,
< br>气相总传质单元高度
H
OG
=0
.5m,
塔内各截面上溶液上方溶质
A
的分压均为零
(
即相平衡常数
m=0)
。试计算
:
(1)
< br>下列三种情况所需填料层高度各为若干
m;
aA
的入塔浓度
y
1
=0
.02,
吸收率
90%;
bA
的入塔浓度
y
1
=0
.02,
吸收率
99%;
cA
的入塔浓度
y
1
=0
.04,
吸收率
90%;
(2)
填料层的气相体积吸收总系数
K
G
a,Kmol/(m
3
.),
< br>指出气膜阻力占总阻力的百分数
;
(3)
在操作中发现
,
由于液体用量偏小
< br>,
填料没有完全润湿而达不到预期收率
,
且由于溶剂回收塔能力
所限
,
不能再加大溶剂供给量
,
你有什么简单有效措施可保证设计吸收
率
?
2.31
在逆流填料吸收塔中<
/p>
,
用清水吸收含氨
5%(
体积
)
的空气
--
氨混合气中的氨
,
已知混合气量为
2826Nm
3
/h,
气体空
塔速度为
1m/s(
标准状况
),
平衡关系为
Y=1.2X(
摩尔比
),
气相体积总传质系数
K
Y
a
为
180Kmol/m
3
.h.(
△
Y),
吸收剂用量为最小用量的
1.4
倍
,
要求吸收率为
98%
。试求
:
(1)
溶液的出口浓度
X
1
(
摩尔比
);
(2)
气相总传质单元高度
H
OG
和气相总传质单元数
N
OG
;
(3)
若吸收剂改为含
NH
3
为
0.0015(
摩尔比
)
的水溶液
,
问能否达到吸收率
98%
的要求
?
为什么
?
2.32
在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体
混合物中的可溶组分
A,
已知气体混合物中溶质
A
的初
始组成为
0.05,<
/p>
通过吸收后气体出口组成为
0.02,
吸
收后溶液出口组成为
0.098(
均为摩尔分率
),
操作
条件下气液平衡关系为
y=0.5x,
并已知此吸收过程为气相阻力控制。求
: <
/p>
(1)
气相总传质单元数
N
OG
;
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(2)
当液体流量增加一倍时
,
在气量和气液进口组成不变情况下
,
溶质
A
的被
吸收量变为原来的多少
倍
?
填料塔的校核计算
2.33
一填料吸收塔
,
填料层高度
h
o
=5m
，塔截面积为
0.1m
2
，入塔混合气体中溶质含量
y
b
为
0.05(
摩
尔分率
,
以下同
)
，用某种纯溶剂吸收，逆流操作
,<
/p>
溶剂量
L
为
0.
013kmol/s
，出塔溶液中溶质含量
x
< br>b
=0.04
，出塔气体中溶质含量
y
a
为
0.0005,
平衡关系为
y=0.8x,
求总体积传质系数
K
y
a[kmol/m
3
.s]
。
2.34
在逆流填料吸收塔中
,
用
清水吸收含
SO
2
的气体混合物
,
入塔
SO
2
浓度为
3.5%(
体积
%),
其余为惰
性气体。出塔气体
S
O
2
的分压为
1.14[KN/m
2
]
。液相出塔浓度为
0.00115(
摩尔分率
)
。吸
收操作在
101.3[KN/m
2
]<
/p>
总压，温度
20
℃下进行。已知水的流量
为
27800[kg/h],
塔截面积为
1.35[m
2
],
填料层高
度为
5[m],
试求液相体积吸收总系数
K
X
a[kmol/m
3
.s]
。已知液相出口平衡浓度为
1.4×
10
-3
摩尔分率，
且平衡关系为一直线。
2.35
有一填料层高度为
3m
的吸收塔
< br>,
可从含氨
6%(
体积
%)
的空气混合物中回收
99%
的氨。混合气
体流率为
620[kg/m
2
.h],
吸收剂为清水
,
其流率为
900[kg/m
2
.h],
生产条件有下例两种改变
,
试问该填料
层高度是否满足要求。
(1)
气体流量增加一倍
;
(2)
液体流量增加一倍。
在操作范围内氨水平衡关系
y=0.9x,
总传
质系数
K
y
a
与气体流率
G
的
0.8
次方成正比而与液体流率
的影响很小。
2.36
在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质
A,
进塔气体中溶质
A
的
含量为
8%(
体积
%),
吸收率为
98%,
操作条件下的平衡关系为
y=2.5x,
取吸收剂用量为最小用量的
1.
2
倍
,
试求
:
(1)
水溶液的出塔浓度
;
(2)
若气相总传质单元高度为
0.6m,
现有一填料层高度为
6m
的塔
,
问塔是否合用
?
注
:
计算中可用摩尔分率代替摩尔比
,
用混合气体量代替惰性气体量
,
用溶液量代替
溶剂量。
部分溶剂循环吸收
2.37
在填料塔内用纯水吸收某气体混合物中的可溶组分，气体入塔
浓度为
0.07(
摩尔分率
)
，当两相
逆流操作，液气摩尔比为
1.5
时，气体的吸收率为
0.95
，而气液平衡常
数
m=0.5
。若保持新鲜吸收
剂用量
不变
,
而将塔底排出液的
10%
送至塔顶与新鲜吸收剂相混合加入塔内
,
试求
此时气体出口浓度
为多少
?
计算时假定
吸收过程为气相阻力控制
(
或气膜控制
)
。
两股溶剂或两股气体同时吸收
2.3
8
一逆流吸收塔填料层高度为
8m,
用
收混合气体中的溶质。两股溶剂量各占
溶剂为纯溶剂从塔顶加入
，另一股溶剂
量为
0.004(
摩尔分
率
)
从离填料塔顶层以
入塔内。塔下段
的液气摩尔比
L/G=4,
入
质
0.05,
操作条件下气液平衡关系
y=3x
,
度
H
OG
=
1.14
米
,
求出塔气体中溶质的摩<
/p>
2.39
某厂吸收塔的填料层高度为
8m
,
用
中有害组分
A
。在此情况下，测得的浓
(a)
所示。已知在操作条件下平
衡关系为
气相传质单元高度。由于法定的排放浓
塔气体浓度必须
小于
0.002(
摩尔分率
),
该塔的填料层加高
,
如液气摩尔比保持
料层应加高若干米
?
若加高部分改为图
(b)
放置
,
构成
(a)
与
(b)
精心整理
两股溶剂回
一半。一股<
/p>
其中溶质含
下
2
米处加
塔气体含溶
传质单元高
尔分率。
水洗去尾气
度数据如图
y=1.5x,
试
求
度规定
,
出
所以拟
定将
下变
,
试问填
串联操作
,
同