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1、第八章气体吸收1.在温度为40 C、压力为101.3 kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa时，氨在水中的溶解度 E、相平衡常数m及溶解度系数H。为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H20)。试求在此温度和压力下的亨利系数解：水溶液中氨的摩尔分数为x76.61776.6170.0751000由 p* Ex亨利系数为E才x相平衡常数为15.0kPa 200.0kPa0.075Em Pt200.01.974101.3由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40C时水的密度为992.2 kg/m3溶解度系数为992 233HEM；2kmol/(m kPa) 0
2、.276kmol/(mkPa)2.在温度为25 C及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0% (体积分数)的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操 作条件下，亨利系数E 1.66 105kPa,水溶液的密度为997.8 kg/m3解：水溶液中 CO2的浓度为350/1000 *3 八 CCOI 1/3ckmol/m 0.008kmol/m44对于稀水溶液，总浓度为Ct9978 kmol/m355.43 kmol/m 318水溶液中CO2的摩尔分数为c 0.00841.443 10 55.43
3、CtEx 1.66 105 1.443 10 4 kPa 23.954 kPa由 p*气相中CO 2的分压为ppty 101.3 0.03kPa 3.039kPa p*故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。以CO2的分压表示的总传质推动力为p p* p (23.954 3.039)kPa20.915kPa3.在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y 0.032、c 1.06koml/m3。气膜吸收系数kG=5.2x 10-6 kmol/(m2skPa),液膜吸收系数 心=1.55x 10-4 m/s。假设操作条
4、件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数试计算以 p、 c表示的总推动力和相应的总吸收系数; 试分析该过程的控制因素。(1)以气相分压差表示的总推动力为H = 0.725 kmol/(m 3kPa)。(1)(2)解：PPP*PtY(110.5 0.032-1)kPa0.7252.074 kPa其对应的总吸收系数为1KZ丄丄(HkLkG0.725 1.55 10 45.2 101 e)(m2s kPa)/kmolKg(8.899 103 1.923 105)(m2 s4.97 10 6 kmol/(m 2 s kPa)Pa)/kmol 2.012 105(m2s Pa)/kmol以液相组成差表示的总
5、推动力为3c c* c pH c (110.5 0.032 0.725 1.06)kmol/m31.504kmol/m其对应的总吸收系数为Kl占kL kG1 6m/s 6.855 10 m/s 10.7251.55 10 45.2 10 6(2)吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为1/Kg 牛100% 95.58%气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。1/kG4.在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.126kmol/(m 3 kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5 kPa，液相组成为x
6、 10-5 m/s，气相总吸收系数 Kg= 1.206X 10-5 kmol/(m 2 skPa)。求该截面处 总吸收系数Kl、Kx及Ky; ( 3)吸收速率。解：(1)以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，997.0kg/m3溶液的总浓度为997.0 kmol/m355.39kmol/m318ctkL=55.39 2.12 10 5kmol/(m2 s)105.0 kPa,操作温度为 25 C。在操2.85 kmol/m3,液膜吸收系数 心=2.12(1)膜吸收系数kG、kx及ky；( 2)kx丄kGkc25 C时水的密度为1.174 10 3kmol/(m2 s)111.2(5:)(m s
7、kPa)/ kmolKg HkL1.206 105 2.126 2.12 105HkL426.073 10 (m s kPa)/ kmol1.647 10 5 kmol . (m2 s kPa)5232Ptkc 105.0 1.647 10 kmol/(m s) 1.729 10 kmol/(m s)由Kl仏 13m/s 5.673 10 6m/s2.126997.0KyKxHp 总 Ms1mky k1.266mKy因溶质组成很低,Kx CKKY PtKG(3)吸收速率为Na2.126 105.0 180.24810.2482(33)(m s)/kmol1.729 101.174 1010 3
8、 kmol (m2 s)0.2481.2663210 kmol/(m s)3.140故有55.395.673105.01.20610 6kmol/(m 2 s)10 5kmol/(m2 s)3.1421.2662 27.896 10 (m s)/kmol10 4kmol/(m 2 s)4210 kmol/(m s)10 3kmol/(m 2 s)6252Kl c* c 5.673 102.126 7.5 2.85 kmol/(m s) 1.310 10 kmol/(m s)5.在101.3 kPa及25 C的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出 塔的组成分别
9、为y1=0.04、y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13X 103 kPa,用量为最小用量的1.45倍。试计算吸收液的组成；若操作压力提高到1013 kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。/ 、 y10.04(1) Y110.04171 y 10.04吸收剂(1)解:Y2竺 冬兰 0.0021 y 1 0.0023E 4.13 10 mPt吸收剂为清水，101.340.77所以 X2qn,LY1 Y2Y/m X2qn,Vmin所以操作时的液气比为0417 0.0238.810.0417/40.77 0也 1.45皿qn，Vqn，V min1.45 38.81
10、56.27吸收液的组成为qn,V、qn,LX1X256.270.0417 0.00207.054 104qn,LminPt4.1310131034.077Y YX2Y /m0.04170.041704.077遊 3.8811.451.45 3.881 5.627(2),V,VminX!qn,VY； Y2X2qn,L0.0417 0.00207.055 10 35.6276. 在一直径为0.8 m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为Y 34.5X，气相总体积吸收系数为 0.056 2 k
11、mol/（m s）。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为 98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。解：yy11 %0.0321 0.0320.0331Y2 Y1 1 a 0.0331 1 0.980.000662X1* Y-0.03319.594 10 4m 34.5X10.76X1*0.76 9.594 1047.291 10惰性气体的流量为qn,V45 （1 0.032）kmol/h43.56kmol/h水的用量为qn,Lqn,V (YY2)X1 X2qm,L 1.938 10343.560.0331 0.0006624kmol/h7.291 10 401
12、8kg/h 3.488 104kg/h31.938 10 kmol/h求填料层高度H OGqn,V“a43.56/36000.0562 0.785 0.820.429m4Y Y Y* 0.0331 34.5 7.291 100.00795Y2 Y； Y2*0.000662 34.5 0 0.000662Nog0.0331 0.0006620.00293Z Nog H og 11.07 0.429m4.749m7. 某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为221 m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某 混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h,溶质的含量为5% （体积分数）;进塔清水流量为200 kmol/h, 其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为Y 2.75X ;气相总吸收系数为3 104kmol/（m2 s）；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90%。试计算（1）填料塔的吸收率；（2 ）填料塔的直径。解：（1）惰性气体的流量为qn,V 50 (1 0.05)kmol/h 47.5kmol/h对于纯溶剂吸收qn,LY 丫2qn,VminY/m X2依题意qn,L20047.5 1.62.632m2.75y0.05(2) Y110.05261 *110.05丫2丫 1A0.05261
