化工原理第五章 吸收 题.doc

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1、六 吸 收浓 度 换 算 2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩 尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。分 子 扩 散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750mmHg,丙酮的蒸汽压为180mmHg , 丙酮液密度为 7900kg/m3,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2

2、98K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ya=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA = 10 - 4kmol/m2S,气相扩散系数DG=0.24cm2/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%， 求达到平衡 时氧在水中的最大浓度, （以g/m3、摩尔分率表示）及溶解度系数。以g/m3atm及 kmol/m3Pa表示

3、。 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) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。2.8 25及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3，与1m3的清水在容积2m3的 密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1)CO2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P,x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

4、G3.510-4kmol/(m2.s.atm),kL=1.510-4 m/s,平衡关系服从亨利定律,亨利系数E=32atm,求KG、Kx、Ky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)。气相传质系数ky=3.8410-4kmol/(m2.s.y),液相传 质系数kx=1.0210-2kmol/(m2.s.x),操作条件下的平衡关系为y=1.34x,求该截面上的: (1)总传质系数Ky,kmol/(m2.s.y); (2)总推动力y; (3)气相传质阻力占总阻力的比例; (4)气液介

5、面的气相、液相浓度yi和xi。操 作 线 作 法2.11 根据以下双塔吸收的四个流程,分别作出每个流程的平衡线（设为一直线）和操 作线的示意图。2.12 示意画出下列吸收塔的操作线。（图中yb1yb2，xa2xa1；yb2气体和xa2液体均在塔内与其气、液相浓度相同的地方加入）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SO2, 混合气中SO2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

6、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1400Nm3/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HOG=0.5m求: (1) 用水量及水溶液的出口浓度xb (2) 填料层高度Z(用对数平均推动力法计算NOG)。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4500kg/h,混合气体量为2240Nm3/h,其中溶质A的含量为5%(体积%),

7、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KYa为307kmol/m3.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?(NOG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。回收率为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1000m3/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KYa=125kmol/m3.h。煤油的平均分子量

8、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X1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HOG=1.11m,(HOG=GB/KYa,其中GB-惰性气体的 流率，Kmol/m2.s；KYa-以气相摩尔比差为总推动力的气相体积总传质系数Kmol/m3.s. Y),操作条件下的平衡关系为Y=mX(Y、X-摩尔比),要求

9、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,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KYaG0.7。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2000m3/h,其 中氨的流量为160m3/h,出口气体中氨的流量为4m3/h，操作温度为20，平衡关系为Y=1.5X,传质系数KY=0.45Kmol/m2 h Y(均按摩尔比表示),试求: (1) 吸收率为多少?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,

10、内充25X25X3的乱堆填料拉西环,填料有效比面积约200m2/m3, 求填料层高度。 (3) 若使V、Y、X1 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(KY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99%; (3) 混合气体含氨5%,要求吸收率为99%。对上述低浓度气体，吸收率可按=(Yb-Ya)/Yb计算。 2.21用图示的A、B两个填料

11、吸收塔,以清水吸收空气混合物中的SO2，已知系统的平衡常数m=1.4,塔的HOG =1.2m,气体经两塔后总吸收率为0.91，两塔用水量相等，且均为最小用量的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%(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HOG =0.4m,填料层高度ho=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?如欲达到吸收率为99.5%,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ho=

12、10m，混合气体 摩尔流率G=0.024kmol/m2.s，水的摩尔流率L=0.065kmol/m2.s，气相传单元高度HG =0.76m，液相传质单元高度HL=0.43m，操作温度下的亨利常数E=177KN/m2,操作压力为 100KN/m2,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=m, 式中为溶质A的吸收率。综 合 计 算2.25 在直径为0.8m的填料塔中, 用1200Kg/h的清水吸收空气和SO2混合气中的SO2,混 合气量为1000m3(标准)/h,混合气含SO21.3%(体积),要

13、求回收率为99.5%,操作条件为20, 1atm,平衡关系为ye=0.75x,总体积传质系数Kya=0.055Kmol/m3.s.Dy,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CO2,混合气体处理量为1000m3/h,CO2含量为13%(体积), 其余为惰 性气体,要求CO2的吸收率为90%,塔底的出口溶液浓度为0.2gCO2/1000gH2O,操作条件下的 气液平衡关系为Y=1420X(式中Y、X均为摩尔比),液相体积吸收总系数KXa=10695Kmol/m3 .h,CO2分子量为44,水分子

14、量为18。试求: (1) 吸收剂用量(Kg/h); (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:计算中可近似用摩尔分率代替摩尔比。2.28 流率为0.04Kmol/m2.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Kya=0.052Kmol/m3.s. y。试求: (1) 液体离开塔底时的浓度(摩尔分率); (2) 全塔平均推动力ym; (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