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1、化工原理第五章吸收课后习题及答案第五章 吸收相组成的换算5-1 空气和C02的混合气体中， C02的体积分数为20% ,求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？解因摩尔分数=体积分数，y?0.2摩尔分数摩尔比 Y?yl?y?0.2l?0.2?0. 255-2 2 0 c的 100g水中溶解lgNH3, NH3 在溶液中的组成用摩尔分数X、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？解 摩 尔 分 数 x?l/171/17?100 / 18=0. 0105浓度c 的计算20, 溶液的密度用水的密度? s 溶液中NH3 的量为溶液的体积 n?l?10?3?3?998.2kg/m3 代替。 /17kmol3
2、V?101?10/998.2 m=0. 581kmol / m3 溶液中NH3 的浓度c或 c?nV=l?10101?10?3/17/998,2?3 ?sMsx?99.823?0. 010?5. 0km58ol2 / ml8NH3 与水的摩尔比的计算X?l/17100/18X?xl?x?O. 0106 ?0. 0106 或 ?0.0105l?0.0105【 5-3 】 进入吸收器的混合气体中，NH3 的体积分数为10% ,吸收率为90% ,求离开吸收器时NH3 的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。吸收率的定义为? ? ? 原料气中溶质量被吸收的溶质量Y1?Y2Y1?1?Y2Y1解 原料气中
3、NH3 的摩尔分数y摩尔比 Yl?yll?yl?0.11?0.1?0.1?0.111吸收器出口混合气中NH3 的摩尔比为Y2?(1?)Y1?(1?0.9) ?0.111?0.0111摩尔分数 y2?Y21?Y2=0.0111?0.010 981?.00111气液相平衡5-4 100g水中溶解lg NH3 ,查得20时溶液上方NH3 的平衡分压为 798Pa。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E( 单位为kPa)、溶解度系数H 单位为kmol/(m?kPa)3和相平衡常数m。总压为lOOkPa。?1/171/17?100/18* 解 液相中NH3 的摩尔分数x 气相中NH3 的平
4、衡分压 ?0.0105P=0.798kPa亨利系数 E?p* / x?0.798/0.01?05 76液相中NH3 的浓度溶解度系数 c?nV?l?10101?10?3/17/998.2?3?0.581 kmol / m33H?c/p*?05.81/0.79?81/171 / 17?100/18.0k7m28ol/(m? Pak 液相中 NH3 的摩尔分数 x?0. 0105气相的平衡摩尔分数 y*?p* / p?07.9 / 8100相平衡常数 m?y*x?0.798100?0.0105?0.76或 m?E/p?76/100?.0 76【 5-5】空气中氧的体积分数为21% ,试求总压为10
5、1.3 25kPa,温度为10时 lm 3 水中最大可能溶解多少克氧？已知10时氧在水中的溶解度表达式为p*?3 .3 13 ?106x,式中p*为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa；x 为溶液中氧的摩尔分数。解 总压 p?101,325 kPa空气中0 2 的压力分数 pA / p?体积分数? 0.21空气中0 2 的分压亨利系数 pA?0.21?101.325 kPa6* E?3.31?31kOP a(1 )利用亨利定律p*A? Ex计算与气相分压pA?0.21?101.325kPa相平衡的液相组成为x?pAO. 21?101.32562?6.42?10kmol O / kmol6E3.3
6、13?10*溶液此为Ikmol水溶液中最大可能溶解6.42?10?6kmol 02因为溶液很稀，其中溶质很少Ikmol 水溶液4lkmol 水=18 kg 水9.9k7g / m 3310, 水的密度 ？?9故 lkm o水溶液 C 1 8 / 999.7m水即 18999.7m3 水中最大可能溶解6.42?10?6kmol氧故lm 3 水中最大可能溶解的氧量为?66.42?10?999.718?3.57?10?2?4kmolO2 3.57?10?4?32?1.14?10kgO2?11.4gO2(2 )利用亨利定律p*AH?lm3?cAH 计 算 = 1.676?10?5?sEMs=999.7
7、3.313?10?186kmol/ ?m?kPa?3 水中最大可能溶解的氧量为*?5?4cA?pAH?(0.21?101.325) (1.676?10)?3.57?10?4?2kmolO2 / m3 溶液 3.57?10?32?1.14?10kg02?11.4g025-6含 NH3 体积分数1.5%的空气-NH3 混合气， 在 20下用水吸收其中的NH3 总压为203kPa。NH3 在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数E 氨水溶液的最大浓度，kmolNH3 / m3 溶液。解 气相中NH3 的摩尔分数y?0.015总压p?203 kPa,气相中NH3 的分压p*A(1 )利用亨利
8、定律p*?Ex计算与气相分压p 相平衡的液相中NH3 的摩尔分数为x?pAE*?80kPao 试求？ py?203?0.015kPa ?203?0.01580?0.0381NH3 水溶液的总浓度 c?sMs?99.823kmol/ml8水溶液中NH3 的最大浓度 cA?cx?99,82?0. 038 1183(2 )利用亨利定律p*AE?80kPa,H?*?2.11kmol NH3/m 溶 液 ?cAH 计 算 =0. 693 kmol/(m?kPa)33?sEMs=998.280?18cA?pAH?(203?0,015)?0.693?2.11 kmol NH3/m 溶液【 5-7】温度为20
9、, 总压为O.lMPa时 , CO2水溶液的相平衡常数为m=1660o若总压为IM Pa时，相平衡常数m 为多少？温度为2 0 c时的亨利系数E 为多少MPa?解 相平衡常数m 与总压p 成反比，p?0.1MPa 时 m?1660, p'?lMPa 时m'?mpp'= 1660?0.11=166亨利系数 E?mp?m'p'?166 MPa【 5-8】 用清水吸收混合气中的NH3 ,进入吸收塔的混合气中， 含 NH3体积分数为6 % ,吸收后混合气中含NH3 的体积分数为0.4% ,出口溶液的摩尔比为0. 012kmol NH3 / kmol水。此物系的平
10、衡关系为Y*?0.76X。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解 已 知 yl?0.06,贝 I Yl?yl/?l?yl?0.06/0.94?0.063 8已 矢 口 y2?0.004,贝 （ Y2?0.004/?l?0.004?=4.02?103已知 Xl?0.012,则 Yl*已知X2?0,则丫2*塔顶气相推动力塔底气相推动力 ?0.76?0.012?0,00912 ?0 ?Y2?Y2?Y2=4.02?10*?30.0547?Yl?Yl?Yl?0.063 8?0.009?125-9 CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为0.01kmol/m3 的水溶液和C
11、O2浓度为50.05km。 / 13m的水溶液接触。物系温度均为25, 气液相平衡关系p*?1.662?10xkPao试求上述两种情况下两相的推动力（ 分别以气相分压力差和液相浓度差表示） ，并说明CO2在两种情况下属于吸收还是解吸。解 温 度 t?25, 水的密度为? s?997kg/m3混合气中CO2的分压为p?50kPa水溶液的总浓度c?sMs?9718kmol/m3 水溶液 以气相分压差表示的吸收推动力液相中C02的浓度cA?0.01kmol C02 / m0.01997/183 水溶液?4液相中CO2的摩尔分数x?cA/c?=1,805?10与液相平衡的气相平衡分压为p*?1.662
12、?10x?1.662?10?1.805?1055?4?30kPa 气相分压差表示的推动力 ？p?p?* （ 吸收） p5?0?30?2k0Pa 液相中 CO2 的浓度 cA?0.05kmol /m3 水溶液液相中CO2的摩尔分数x?c0.05A/c?997/18?9.027?10?4与液相平衡的气相平衡分压为p*?1.662?105x?1.662?105?9.027?10?4?150kPa气相分压差表示的推动力？p?p*?p?150?50?100kPa （ 解吸）（ 2）以液相浓度差表示的吸收推动力与气相CO2分压p?50kPa平衡的液相组成为x*?p1.6627105 ?501.662710
13、5平衡的液相浓度液相中CO2的浓度cA?0.01kmol CO2/m3 水溶液液相浓度差表示的推动力为?c?c*A?cA?0,01666?0.01?0.00666kmol / m3 （ 吸收）液相中C02的浓度cA?0.05 kmol CO2/m3 水溶液液相浓度差表示的推动力为?c?c*A?cA?0.05?0.01666?0.0333kmol/m3 （ 解吸）吸收过程的速率【 5-10 如习题5-10附图所示， 在一细金属管中的水保持25, 在管的上口有大量干空气（ 温度25, 总压101.325kPa） 流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为100mm。试计算在稳定状态下的汽化
14、速率，kmol / （ m2?s） o解25时水的饱和蒸气压为3.2895kPa从教材表5-2中查得，25, 101.3 25kPa条件下，H2。在空气中的分子扩散系数 D?0.256cm2/s?0.256?10?4m2/so扩 散 品 巨 离 Z?100mm?0.1m,，总压 p?101.325 kPa水表面处的水汽分压pAl?3 .289k5Pa空气分压 pB l?p?pAl?101,325?3.2895?98.04k Pa管上口处有大量干空气流过，水汽分压pA2?0空气分压 pB2?101.325kPa空气分压的对数平均值为习题5-10附图pB m?pB 2?pB llnpB2pB l?
15、ln3.2895101.32598.04?99.8kPa水的汽化速率NA?DRTZ?ppB m?pAl?pA2?4?3.2895?0?3.45?10?7 ?0.256?108.314?298?0.1?101.32599.8kmol/?m?s?2 5 - 1 1 用教材图5-10 （ 例 5-4附图） 所示的装置， 在温度为48、总压力为101,3 25kPa条件下，测定CCI4蒸气在空气中的分子扩散系数。48时 , CCI4的饱和蒸气压为3 7.6kPa,液体密度为1540kg/m3。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm ,终了为3cm, CCI4的蒸发时间为1.556?104s。试
16、求48Q 寸 ，CCI4蒸气在空气中的分子扩散系数。解 计算48C时 CCI4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为D?RT?Z?Z022?2pM?lnpp?pA已知CCI4液体密度? ? 1540 kg/m348时 CCI4的饱和蒸气压pA?37.6kPa?总压 p?101.325kPa, T?273?48?321K开始Z0?2cm,终了 ZCCI4 的蒸发时间? ? 3cm 4?L556?10sCCI4 的摩尔质量 M?154 kg/kmol摩尔气体常数R?8.314 kJ / (kmol?K)已知数据代入计算式，得扩散系数D?0.0912cm/s2【 5-12】 用清水在吸收塔中吸收混合气
17、中的溶质A ,吸收塔某截面上，气相主体中溶质A 的分压为5kPa,液相中溶质A 的摩尔分数为0.015o气膜传质系数kY?2.5?10kmol/(m?s)?52,液膜传质系数kX?0.7气液平衡关系可用亨利? 3.5?10kmol/(m?s)。？3 2定律表示，相平衡常数m。总压为101.325kPa。试求：(1)气相总传质系数K Y ,并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质A 的传质速率NAo解(1)气相总传质系数KY1KY?lkY?mkX?12.5?10?5?0.73.5?10?3?4?10?2?1042?4.0?2410KY?2.488?10?5kmol/?m
18、?s?2气膜阻力1/kY?4?10(m?s)/kmol1/kYl/KY42,液膜阻为m /kx?4?1044?2?10(m?s)/kmol22o气膜阻力与总阻力的比值为(2)传质速率NAY?pAp?pA?5101.325?54.02?10?0.995,为气膜控制。?0.0519X?xx?l?0.0151?0.015?0. 0152, Y*?mX?0.7?0. 0152?0. 0106?5kmol/?m.s?2NA?KY?Y?Y*?2.488?10?0.0519?0.0106?1.03?10?6【 5-13 】根据pA?p, yi?p及 pycA?cx, ci?cxi,试将传质速率方程i有何关N
19、A?kG(pA?pi)?kL?ci?cA?变换成 NA?ky?y?yi?kx?xi?x?的形式。 ky 与 kG、kx 与 kL系。NA?kG?pA?pi?kG?py?pyi?=pkG?y?yi?ky?y?yi?解式中ky?pkGNA?kL?ci?cA?kL?cxi?cx?ckL?xi?x?kx(xi?x)式中 kx?ckL吸收塔的计算5-14从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的S 0 2 ,其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含S02的95%。吸收塔的操作温度为3 0, 压力为lOOkPa,33 0、lOOkPa时的体积流量) 每小时处理的炉气量为1000m ( , 所用液
20、- 气比为最小值的L 2 倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为解最小液- 比？yl?0.09, Y1?Y1?Y2?L?*Xl?X2?G?min0.091?0.09的计算yll?yl=0.0989?0.95,Y2?(l?)Yl?l?0.95?0.0989?0,00495吸收剂为水, X2收，总压p?100kPa09?9kPa 原料气中 SO2 分压 PSO?pyl?100?0.2868从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0.kgS02100kgH20?3换算为摩尔比 最小液- 气比 用水量计算XI?*0.868/64100/18?Y1 ?Y2*?2.44?10?38.5?L?G?m
21、inX1?X2?0.098970.004950.00244?L?L/G?1.2?1.2?38.5?46.2G?minklPO Oa)已知炉气流量1000m /h( 3, 03标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4 m3/kmol(273,15K, 101.325kPa)炉气的摩尔流量为1000?273.15303.15?100101.325?122.4?39.7kmol/h惰性气体流量 G?39. (71?. ) 009?吸收用水量L?46.2?3.6?l.3k6mlol /16k6m8ol /h?18?166?8?3 klg0/h4出塔水溶液的组成XI?Y1?Y2L/G?0.098970.0
22、049546.2?2.03?10?3【 5-15】 在一吸收塔中， 用清水在总压O.IMPa、温度20条件下吸收混合气体中的CO 2,将其组成从2%降至0.1% ( 摩尔分数) 。20时 CO2水溶液的亨利系数E 时的L/G及 Xlo解（1） 总压 p?0.1MPa 时 L/G 及 XIY1?yll?yl?0.021?0.02?0.02041, Y2?0,001, X2?0?144MPao 吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：液- 气比L/G及溶液出口组成X I。试求总压改为IMPam?E/p?144/0.1?1440Yl?Y20.02041?0.001?L?1369?GY/m?X0.020
23、41/1440?0?minl2?L?1.2?1.2?1369?1643G?G?minLX1?X2?GL?Y1?Y2?O?0.02041?0.0011643?1.18?10-5 总 压 p?lMPa时的L/G及 XIm?E/p?144 / 1?144(L/G)min?0.02041?0,0010.02041/144?136.9L/G?1.2(L/G)min?1.2?136.9?164.3Xl?0.02041?0.001164.3?1.18?10?4从上述计算结果可知，总压从O.IMPa增大到IM Pa,溶液出口组成从1.18?10?5增加到1.18?10?4o5 -1 6 用煤油从苯蒸气与空气的
24、混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2% ( 摩尔分数) ；入塔的煤油中含苯0.02% ( 摩尔分数) 。溶剂用量为最小用量的L 5 倍，操作温度为50, 压力为lOOkPa,相平衡关系为Y*?0.3 6X,气相总传质系数KYa?0.015kmol / (m?s)o入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol / (m?s)3 2o试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。解(1)气相总传质单元高度HOG计算入塔混合气的流量 G'Q=?0.015 kmol / (m?s)32 yl?0.02,KYa?0.015 kmol
25、/ ?m?s?惰性气体流量HOG?GKYaQ?GG'2?015?l?0. 02?0.0147kmol /(m?s)?l?yl?0. Q Q0.01470.015?0. 98 m(2 )气相总传质单元数HOG计算Yl?yll?yl?0.020.98?0. 0204,回收率？ ? 0. 99?4Y2?Y1?1?= 0.0204?1?0,99?= 2.04?10x2?0.0002,X2?x2?0.0002吸收因数法计算NOGX1?Y1 / m?0.0204 / 0.36?0.0567 *Y?Y20.0204?0.000204?L?1.5?1.5?l?1.5?0.536*G0.0567?0.0
26、002Xl?X2?G?minLmGL?0.360.53670.672NOG?mG?Yl?mX2mG?ln?l?mGL?Y2?mX2L?l?Ll?.020?4.0?36.00?0?002ln?l?0,672.0?l?0.672?20.4?0.36?000?.00001?672?0 2?12 对数平均推动力法计算NOGLG?Y1?Y2X1?X2?O.O379X1?X2?Y1?Y2L/G*?0.0002?0.0204?0.0002040.536 Yl?mXl?0.3 6?0.03 79?0.013 6*?3Y2?mX2?0.36?0.0002?0.000072*?Yl?Yl?Yl?0.0204?0.
27、0136?6.8?10*?3?3 ?3?Y2?Y2?Y2?0.204?10?0.072?10?0.132?10?Ym?Yl?Y2ln?Yl?Y2?6.8?10?3?0.132?106.80.132?12?3?1.69?10?3lnNOG?Yl?Y2?Ym0.0204?0.0002041.69?10?3(3)填料层高度Z 计算Z?HOGNOG?0.98?12?11.8m【 5-17】 混合气含C02体积分数为10% ,其余为空气。 在 3 0、 2MPa下用水吸收，使 CO2的体积分数降到0.5% ,水溶液出口组成X12240m/h( 按标准状态，273.15K, 101325Pa3?6?10?
28、4 ( 摩尔比) 。混合气体处理量为? 188MPa),塔径为1.5m。 亨利系数E,液相体积总传质系数KL?a?50kmol,(m?h?kmol/m)3 3 o试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解(1)用水量计算yl?0.1, Yl?0.10.9?0.111, Y2?0. 005,Y2 ?224022.40.0050.995?5.03?10?3, Xl?6?10?4, X2?0 混合气流量G'?100kmol / h9k0 / mo Ih 惰性气体流量 G?G?'l?ly?10?01?0.1?用水量 L?G(Y?12Y)90(0111.?000503.)?4?159.?1
29、0kmol/h?4Xl?X26?1045 ?1,59?10?18?286.?10kgh/填料层高度Z 计算水溶液的总浓度 c?s/Ms?995.7/l?85kmol.53m/3体积传质系数KXa?cKLa?55.3?5?027kmol65 /m(?h3)液相总传质单元高度HOL?LKXaQ?1.59?276?51024?4?)5?3.26m对数平均推动力法计算NOL气液相平衡常数*m?1882?3?94X1?Y1 / m?0.111 / 94?1.18?10*?5X2?Y2/m?0.00503/94?5.35?10*?3?4?4?X1?X1?X1?1,18?1O*?6?10=5.8?10?5?
30、X2?X2?X2?5.35?10?5?0?5.35?10?5?4?Xm?X1?X2ln?Xl?Xl?58?10In?5.35?10?5?5?558?10=2.209?105.35?10液相总传质单元数NOL?Xl?X2?Xm6?10?0?2.72?42.209?10?4吸收因数法计算NOLLmGNOL?1.59?1094?9014?1.879*?L?X2?X1L?ln?l?*LmG?Xl?XlmG?l?mG?3?0?1.18?10?ln?l?1879.?1879.?273. ?4?3l?1.879?6?10?1.18?10?1填料层高度 Z?HOL?NOL? 93.26?.273?.8m5-1
31、8气体混合物中溶质的组成Yl?0.02 （ 摩尔比） ，要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y*?1.0X。试求下列3 种情况下的液相出口组成X I与气相总传质单元数NOG（ 利用教材中图5-23） , 并迸行比较，用推动力分析NOG的改变。3 种情况的溶质回收率均为99%o入塔液体为纯吸收剂， 液- 气比L/G入塔液体为纯吸收剂， 液- 气比L/ G?2.0?1.2?1.2入塔液体中含溶质的组成X2?0.0001 ( 摩尔比) ，液- 气比L/GO(2)入塔液体为纯吸收剂， 最小液- 气比(L/G)min?0.8,溶质的回收率最大可达多少？解 求 X I与 NOG回收率? ? 0.99
32、, Y17O.O2,相平衡常数m=lY2?l? Yl?l?0.99?0.02?0.0002 X2?0, L/ G?2, L/ mG?2Y2?mX2Yl?mX2?0.0002?00.02?0?0.01查图5-23 ,得 NOG?7.8 Xl?0.009 9LG?Y1?Y2X1?X22?0.0270.0002Xl?0 X2?0,L/ G?1.2, / LY2?mX2Yl?mX21.2?mG?l. 2?0.01查图 5 -2 3 ,得 NOG? Xl?0. 016 5mG?3O.O27O.OOO2Xl?0(3) X2?0.000,lL/ G?.l / Z2LY2?mX2Yl?mX2?0.0002?0
33、.00010.02?0.0001.12?5.03?10查图 5 -2 3 ,得 NOG?211.2?O.O2?O.OOO2X1?O.OOO1Xl?0.0001?0.0270.00021.2?0.0166计算结果比较:与比较，X2相同，L/G减小时， 操作线斜率减小， 向平衡线靠近，推动力减小。 为达到一定的溶质回收率要求( 即达到一定的Y2要求) ，NOG需要增大，同时X I也增大了。与比较，L/G相同，使X2增大，即操作线斜率相同，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，NOG增大，同时X I也增大了。(2)X2?0, (L/G)min?0.8 ,(L/G)minm?0. 8当液体出口组成X
34、I与气体进口组成达平衡时， 溶质的回收率为最大，即X I*由物料衡算得(LG)m?Y1?Y2X1?X2*?Y1 / min?Yl?Y2Ylm?X2?Y1?Y2Yim回收率? ?Y1?Y2Y1?LmG?0.8?L/G?minm?0.8溶质的回收率最大可达80%o【 5-19】某厂有一填料塔，直径880mm,填料层高6 m ,所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理2000m3 混合气（ 体积按25与101.3 3 kPa计） ， 其中含丙酮摩尔分数为5%。 用清水作吸收剂。 塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%。塔底送出来的溶液，1kg含丙酮61.2g。根据上述测试数据计算气相体积总传
35、质系数KYao操作条件下的平衡关系为Y*?2.0Xo上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮？若把填料层加高3 m ,可以多回收多少丙酮？ 解（1） 计算体积总传质系数KYa先从已知数据求NOG相平衡常数yl?0.05, Yl?m?2 yll?yl?0.051?0.05?0.0526,y2?0.00263,Y2?0.002631?0.00263?0. 00264X2?0塔底排出的水溶液，每 1000g含丙酮61.2g丙酮的摩尔质量为58kg/kmolXl?61.2/58(1000?61.2)/1870.0202Y1?Y2 传质单元数 NOG?Yl?Y2?Ym?Yl?Yl*?Y2?Y2*?Yl?Yl
36、*?ln?*?Y2?Y2?0.0526?0.00264?0.0526?2?0.0202?0.00264?0?0.0526?2?0.0202?ln?0.00264?0?8NOG也可用吸收因数法计算LG?Y1?Y2Xl?X2?0.0526?0.002640.0202?0?2.47m?2,Y2?Y2Yl?Y2*LmG?2.472?1.24 0.00264?00.0526?0*?0.0502从教材图5-23 查得NOG?8或用计算式求出NOGNOGlmGL? 70.812.472*?mG?Yl?Y2mG?ln?l?*mGL?Y2?Y2L?l?L?0.0526?0?ln?l?081.?081.? l?0
37、.81?0.00264?0?l=8.03已知填料层高度Z?6m ,计算HOG?ZNOG?68?0.75再从式HOG?GKYaQ计算KYa3 惰性气体流量 G?2000?(l?0.05)?2000?0.95 m / h (20, 101.33kPa)/kmol3 理想气体在273K、101.3 25kPa时的摩尔体积为22.4 m在 298K、101.3 25kPa下的摩尔体积为22.4?298273?24.45m/kmol 3G?2000?0.9524.45=77.7kmol/h,塔径 DT?0.88 m塔截面积 Q ?4DT?2?4?0.88?0. 608m22体积总传质系数KYa?GHOG
38、Q?77.70. 75?0. 6087170 kmol/(m?h) 3每小时丙酮回收量为G?Y1?Y2?= 77.7?0.0526?0.00264?3.88kmol/h58?3.88?225kg/h(3)填料层加高 3m, Z?6?3?9m, HOG?0.75则 NOG?ZHOG?90.75?12, LmG?1.24从教材图5-23 查得Y'2?0.023Y 9;2Yl?0. 02 3Yl?0.023?0.0526?0.00121填料层Z?9m时，丙酮的回收量为G(Yl?Y 9;2)?77.7?0.0526?0.00121?=3.99kmol/h多回收丙酮 3 .99?.3
39、 8?8.0kmllol/h也可以如下计算G(Y2?Y'2)?77.7?0.00264?0,00121?0.111kmol/h【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ,以逆流方式操作。进入塔底混合气中溶质A的摩尔分数为1 % ,溶质A的吸收率为90%o此时，水的流量为最小流量的1.5倍。平衡线的斜率m=l。试求：(1)气相总传质单元数NOG；若想使混合气中溶质A的吸收率为95% ,仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度HOG不受液体流量变化的影响。此时，可调节什么变量，简便而有效地完成任务？试计算该变量改变的百分数。解 已知 yl?0.01, ?0. 8,
40、m?l, X2?0Yl?yll?yl?0.011?0.01?0.0101, y2?l?Yl?(l-0.9)?0.0101?0.00101(1)计算气相总传质单元数NOGYl?Y2Yl?Y20.0101?0,00101?L?0.9?*Yl/m?X20.0101/l?0Xl?X2?G?min?L?1.5?1.5?0.9?1.35GG?minLLmG?1.351?1.35NOG?mG?Yl?mX2?mG?ln?l?mGLY?mXL?22?l?Ll?l?0.0101?0ln?l?1.3 5?0.00101?0? ?1?111.351?4.641.35?（ 2） 要想使吸收率从90%提高到95 % ,可
41、增大吸收剂用量填料层高度 Z7HOGNOG对于已有的填料塔，其填料层高度已定，吸收剂用量改变不会改变HOGo因此，NOG不会改变，仍为NOG?4.64。?495?0. 0101?5.05?10 新工况下， Y'2?1?Y1?1?O.Y'2?mX2Yl?mX2?5.05?100.0101?4?0.05，从图523 查得 用 NOG74.64与LmGY'2?mX2Yl?mX2LG?2.1?0. 05?2.1, m = l,故为了使吸收率从90%提高到95%, L / G 需要从1.3 5增加到2 .1 ,增加的百分数为2.1?1.35?100?55.5%1.355-21某填
42、料吸收塔的填料层高度已定，用清水吸收烟道气中的CO2 , CO2的 组 成 为 0.1 （ 摩尔比） ，余下气体为惰性气体，液一气比为1 8 0 ,吸收率为95%。操作温度为3 0,总压为2MPa。C02水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。 试计算下列3 种情况的溶质吸收率? 、 吸收液（ 塔底排出液体）组成X I、塔内平均传质推动力? Y m ,并与原有情况进行比较：（1） 吸收剂由清水改为组成为0.0001 （ 摩尔比）的C02水溶液；（2）吸收剂仍为清水，操作温度从3 0改为20； （ 3 ） 吸收剂为清水，温度为3 0o由于吸收剂用量的增加，使液- 气比从180增加到200。解 总
43、压 p?2MPa, Y170.1(1) X2?0 改为 X'2?0,0001新工况的Y 9;2计算此时，HOG原工况 ？GKYaQ不会改变，因填料层高度Z 为一定值，所以NOG17ZHOG 不变。NOG?mG?Yl?mX2?mG?ln?l?mGLY?mXL?22?l?L1 新工况N'OG?mG?Yl?mX'2?mG?lnl?mGLY'?mX'L?22?1?LYl?mX2?Yl?mX 9;2 因 NOG?N'OG,故?a?Y2?mX2Y'2?mX'2Yl?0.1,Y2?Yl(l?)?0.1?(l?0.95)?0.005X
44、2?0, X'2?0.0001查得3 0时 C02水溶液的E?188MPa m?E/ p?188/2?94将上述数据代入式(a)0.1?00.1?94?0.00010.005?0?Y'2?94?0.0001 Y'2?0.0139解得新工况的吸收率? '?1?Y'2/Y1?1?O. 0139/0.1?0.861 吸收液组成计算 已知L/G7180原工况 X005l?GL?Yl?Y2?X.l?0.2?0180?0?0.000528新工况 X'G.l?0,0139l?L?Yl?Y'2?X'2?0180?0.0001?0. 000578平
45、均传质推动力的计算方法按原工况计算 NOG mG / L?94/180?0,5222NOG?ll?0.5222ln?0.5222?0.1?0?,005?0?0.5222?0?4.84 ?原工况 ?Y1?Y2O.1?O.OO5m?YN?OG4.8470.0196因 N'OG?NOG?4.84新工况 ？Y'0.1?0.0139m?Yl?Y'2N'?.0178OG4.84?0方法原工况 ?Yl?Yl?Y*l?Yl?mX10.?19?4.0?00052.8?0 05037 ?Y*2=Y2-Y2=Y2 ?mX2 ?0.005-0?0. 005?Y?Y1?Y2m?0.050
46、37?0.005ln?Yl?Yln0.05037?0.0196 20.005新工况?Yl?Yl?mX20?.l'''?94?.000057?.8004567?Y2?Yl?mX2?0.0139?94?0.0001?0.0045 9;?Ym?Yl?Y2ln?Yl?Y2?0.04567?0.00451n0.045670.0045?0.0178从上述计算结果可以看出：当吸收剂组成 由X2?0增加到Xl 9;?0.0001时，?0.0178 传质推动力由? Ym?0.0196 降为? Ym'溶质吸收率由？ ? 0.95降为? '?0.861吸收液组成
47、由 X170.000528 增至 Xl 9;?0.000578对现有吸收塔，吸收剂入塔组成增大，使传质推动力降低，而导致溶质吸收率下降。'如果不需要计算平均传质推动力的数值，而只需对比，则可如下计算。NOG7NOG新工况? Ym原工况? Ym?Y?Yl?Y2?/NOG''l?Y2?/NOG''?Yl?Y2'Yl?Y2?0.1?0.01390.1?0.005?0.906(2) X2?0,操作温度从3 0改为20查得20时 CO2水溶液的Em?E/p?144/2?72新工况的Y2'计 算 mGL?72180?0.4?144 MPa原工况
48、 NOG74.84 （ 前面已计算）新工况NOG?'?mG?Yl?mX2?mG?ln?l?'mGLL?Y?mX?22?l?L1?0.1?01n?0.6?'?0.4?0.6Y2?0?lNO?N 9;因 GOG ?4.844.84?0.06?ln?0.4?'0.6?Y2?l?0.06?ln?0.4?2.904'Y?2?e2.904 ?0.06Y2'?0.4Y2?0.00336 '新工况的吸收率？'?1?Y2'吸收液组成计算 /Yl?l?0003 3 6.0/l?.0966.原工况 Xl?0.0005（ ） 2 前面已计算
49、8新工况 Xl?'GL?Yl?Y2?X2? 9;0.1?0.00336180?0?0,000536平均传质推动力计算原工况因 No'?Ym?Yl?Y2NOG?0.1?0.0054.84?0,0196 （ 前面已计算）G?N'moG ?4.84Yl?Y2NoG''新工况 ?Y?0,1?0,003364.84?0.02从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当操作温度降低，平衡线斜率减 小 （ 即 m 减小） ，传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。（ 3 ） X2?0,温度 3 0, m=94原工况 L/G?180 mG / L?94/180?0. 522
50、新工况 L/G?200 m?G/L9?4./20 00 47新工况的Y2'计算原工况 NOG74.84 （ 前面已计算）新工况NOG? 9;?mG?Yl?mx2?mG?ln?l? 9;mGLLY?mX?22?l?L1oG 因 NO'G?N ?4.84?.?0 47? 4.84?0.1?0nl?1.0?4'?l?0.47?Y2?0?l解得 3Y2?0.0042'新工况的吸收率 ？'?1?Y2'吸收液组成计算原工况新工况 /Yl?l?0.0042/3 ?.01. 0958X170.0005（ 2 前 8 已计算 ） 9;Xl?G2
51、（ Yl?Y2） ?X2?'0.1?0.00423200?0?0.000479平均传质推动力计算原 工 况 新 工 况?Ym?''Y17Y2NOGoG?0.1?0.0054.84?0.019 （ 6前已计算）NO?YG?N?4.84''m?Y17Y2NOG'?0.1?0.004234.84?0.0198从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当吸收剂用量增加，操作线斜率增大，传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。5-22有一逆流操作的吸收塔，其塔径及填料层高度各为一定值，用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G , 吸收剂清水流量L及操作温度与压
52、力分别保持不变，而使进口混合气体中的溶质组成Y1增大。试问气相总传质单元数NOG、混合气出口组成Y2、吸收液组成X I及溶质的吸收率n 将如何变化？并画出操作示意图。解填料层高度Z 已定，且气象总传质单元高度HOG?GKYaQ不变，故 NOG?ZHOG不变。物系一定，操作温度及压力不变，故气液相平衡常数m 一定，且 G及 L 不变，故 L/Gm 一定。因 NOG与 L/Gm各为一定值，从教材中NOG的计算式(5-76)或图5-23 可知为一定值。且吸收剂为清水，故X2=0,则Y2Y1Y2?mX2Yl?mX2为一定值。即随着Y1的增大，Y2按一定比例增大。如习题5-22附图所示，气相进口组成由Y
53、1增大到Yl 9;,则气相出口组成由Y2增大至U Y2'.操作线斜率L / G不变， 因Y 1增大到Y l & # 3 9 ; ,附图中的操作线由T B线平行上移为T B线。T B线与水平的等Y线交垫横坐标X I增大到X l & # 3 9 ； o由第问的分析结果可知Y 2 Y 1& # 3 9 ; & # 3 9 ;X I为新条件下的液相出口组成。即吸收液组成由& # 3 9 ;?Y 2 Y 1=一定值，故吸收率？? 1 ?Y 2 Y 1不变。Y & # 3 9 ;1& # 3 9 ;T & # 3 9 ; B & # 3 9 ; Y 2BY 1Y2 TX1 'X2 X
54、I习题5-22附图解吸塔计算5 -2 3 由某种碳氢化合物（ 摩尔质量为113 kg/kmol） 与另一种不挥发性有机化合物（ 摩尔质量为135kg/kmol）组成的溶液，其中碳氢化合物占8% （ 质量分数） 。 要在100、 101. 325kPa （ 绝对压力）下，用过热水蒸气进行解吸，使溶液中碳氢化合物残留0.2% （ 质量分数）以内，水蒸气用量为最小用量的2 倍。气液相平衡常数m=0.526,填料塔的液相总传质单元高度HOL= 0.5m。试求解吸塔的填料层高度。解*?G?L?m?inXl?X2Yl?Y2* 习题 5-23 附图Yl?mXl?0.526?0.104?0.0547G0.10
55、4?0.00239?G?2?2?3.72 L0.0547?0?L?minLmG?l0.0526?3.72?0.511NoL?L?Xl?Y2/m?L?ln?l?LmGX?Y/mmG?22?l?mGl?0.104?ln?l?0.511?0.511?6.3 1?0.511?0.00239?lZ?HOL?NOL?0.5?6.3?3.15m传质系数计算和吸收剂部分循环5 -2 4 现一逆流吸收填料塔， 填料层高度为8m ,用流量为lOOkmol/（m2 h）的清水吸收空气混合气体中某溶质，混合气体流量为600Nm/（ m2 h） , 入塔气体中含溶质0.05 （ 摩尔分数，下同） ，实验测得出塔气体中溶
56、质的吸收率为95%。已知操作条件下的气液相平衡3关系为Y=2.8X。设吸收过程为气膜控制。（1）计算该填料的气相总体积传质系数；（2） 吸收过程中， 将吸收后吸收液的50%送入解吸塔解吸后循环使用，解吸后的液体含氨 0.004,若维持进吸收塔总液体量不变，计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶加入情况下，出塔气体中溶质的摩尔分数。解（1） Yl?yl?0.051-yll-0.05?0.0526V2l-y20.00251-0.0025 吸收率为 95%时，y2=0.05 （ 1-0.95） =0.0025,Y混合气体流量G = 600 / 22.4=26.8 kmol/ （ m2 h） 液气比LG?1
57、0026.8?3.732?0.0025 ?2.83.73?0.75 吸收因数 S?mGL气相总传质单元数NOGNOG? Y-mX2ln?l-S?l?S?l-S?Y2-mX2?lNOG?0.0526-0?ln?l-0.75?0.75?7.171-0.750.0025-0?l气相总传质单元高度HOGHOG ?HNOG?87.17?1.12m ?26.81.123 ?23 .9kmol/(m?h)气相总体积传质系数 KYa?GHOG( 3) 纯水和解吸后液体混合后的组成X2X2L?0?L2?0.004?L2X2=0.002出塔气体中溶质摩尔分数NOG?Yl-mX?ln?l-S? 9;l-S?Y
58、2-mX?l 9;2'2?S? ?7.17?0.0526-2.8?0.002ln?l-0.75?0.75'l-0.75?Y2-2.8?0,0021? ?Y2?0.00784y?'2' 0.007841?0.00784?0.00777Y21?Y'2'?多股进料进料位置和方式不同对填料层高度的影响【 5-25在 101.3kPa、25的条件下, 采用塔截面积为1.54Y nV的填料塔， 用纯溶剂逆流吸收两股气体混合物的溶质，一股气体中惰性气体流量为50kmol/h,溶质含量为0.05 ( 摩尔比，下同) ，另一股气体中惰性气体流量为50kmol
59、/h,溶质含量为0.03 ,要求溶质总回收率不低于9 0 % ,操作条件下体系亨利系数为279 kP a,试求：（1） 当两股气体混合后从塔底加入，液气比为最小液气比的1.5倍时，出塔吸收液浓度和填料层高度（ 该条件下气相总体积传质系数为3 0kmol/（ h m） , 且不随气体流量而变化） ；（2） 两股气体分别在塔底和塔中部适当位置（ 进气组成与塔3YY 11 LYaGa XI L YaGa YbVb习题5-25附图内气相组成相同）进入，所需填料层总高度和适宜进料位置，设尾气气体组成与（1）相同。（3 ） 比较两种加料方式填料层高度变化，并示意绘出两种进料情况下的吸收操作线。解 根据题意
60、吸收流程如图5-14所示：（1） 混合后气体摩尔比浓度：Yim?GaYa?GbYbGa?Gb?0.04Yim?50?0.05?50?0.0350?50出塔气体浓度：Y2?Ylm(l-?)?0.04?l-0.90?0.004物系的相平衡常数m?EP?279101.3?2.75,X2=0?1.5?m?1.5?0.90?2.75?3.72L?操作液气比L?1.5?G?G?min?1.5Ylm-Y2Ymlm?X2X1=X2?G?Ylm-Y2?L0.04-0.0043.72G?0.00968?2.17m传质单元高度HOG?S?mGL?2.753.72?0.7450?5030?1.54KYa?NOG?1l
61、n?(l?S)?S?l?S?l-?lNOG?1?ln?(l?0.74)?0.74?4.64l?0.741-0.90?1Z?NOG?HOG ?2.17 ?4.64?10.07m (2)当两股气体分别进入吸收塔，高浓度在塔底进入，低浓度在如图5-14所示塔中部进入， 吸收塔分为两部分， 塔内液气比不同， 填料层高度分两段计算。上段填料层高度：对于塔上部：进塔气体组成为Yb?0.03 ,出塔气体组成为Y2?0.004,液气比L/V=3 .72,塔中部液体组成Xb =传质单元高度H0G1?S1?mGL?0.741?S1?G?Yb-Y2?L0.03-0.0043.72?0.00699oGKYa?2.17
62、mNOGI?Y?mXln?(l?Sl)bl?Sl?Y2?mX22NOGI?0.03?ln?(l?0.74)?0.74?3.81170.740.004?1Z1?NOG1?HOG1 ?3.81?2.17?8.27m第二股气体进塔位置距塔顶8.27m处。下段填料层高度：对于塔下部：进塔气体组成为Ya?0.05,中部气体组成为Yb?0.03 ,液气比L/G = 3.72X2 = 7.44,进塔液体组成Xb = 0.00699。 传质单元高度HS2?mG/2LOG2?G/2KYa?1.085mYYa Y?0.37?S2?EN0G2?11?S21?Ya?mXln?(l?S2)Yb?mX?bbYb Y2N0G2?0.05-2.75?0.0069? ln?(l?0.37)?0.37?1.21l?0.370.03-2.75?0.0069?Z2?NOG2?HOG2 ?1.21?1.085?1.31mZ?Zl?Z2?8.27?1.31?9.58mOXbXl习题5-25附图X(3 ) 气体混合后进入吸收塔的操作线如图5-15为A B C ,分别在适宜位置进入吸收塔的操作线为A B D ,从操作线距离平衡线的距离看，气体混合后进入吸收塔的操作线靠近平衡线，传质推动力降低，所以填料层高度增加。吸收是分离过程，而组成不同的气体先混合是返混,返混对吸收不利，故填料层高度增加。
