化工原理课后习题答案第七章吸收习题解答.doc

第七章 吸 收7-1 总压101.3 kPa，温度25℃时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数E为4.13 MPa， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m溶液密度近似取为1000kg/m3）解：溶质在液相中的摩尔分数： 二氧化硫的平衡分压：相平衡常数：7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度已知塔内温度为20℃，压强为1.52105 Pa，亨利系数E为48.9MPa解：相平衡常数为：硫化氢的混合气进口摩尔浓度：若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x - y 图上表示 （1）含NO2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含NO2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa，T=15℃，已知15℃时，NO2水溶液的亨利系数E=1.68102 kPa；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa（绝对压强）解：（1）相平衡常数为： 由于 ，所以该过程是吸收过程。

气相推动力为： 液相推动力为：（2）相平衡常数为： 由于 ，所以该过程仍是吸收过程气相推动力为： 液相推动力为：7-4 在某操作条件下用填料塔清水逆流洗涤混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某截面上该组分在气、液相中的浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02在该吸收系统中，平衡关系为y = 0.5x ，气膜吸收分系数ky = 1.810-4 kmol / (m2s)，液膜吸收分系数kx = 2.110-5 kmol / (m2.s)，试求：（1）界面浓度yi、xi分别为多少？（2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： （1） 在界面处气液两相达平衡，有： （2）联立方程（1）、（2）得 ，（2）气相传质阻力： 以气相为基准的液相传质阻力：因此，吸收过程为液膜扩散控制。

总气相传质推动力为：气相推动力：气相推动力在总推动力中所占比例：7-5 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为25℃，压力为105kPa（绝对压力）稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为7.5 kPa，液相中甲醇浓度为2.85kmol / m3甲醇在水中的溶解度系数H = 2.162 kmol / (m3kPa)，液膜吸收分系数kL = 2.010-5 m / s，气膜吸收分系数kG = 1.210-5 kmol / (m2skPa.)试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度yi；（2）计算该截面上的吸收速率解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： （1） 在界面处气液两相达平衡，有： （2）联立方程（1）、（2）得 ， 气液界面处气相侧甲醇浓度： （2）该截面上的吸收速率： 7-6 在101.3kPa及25℃的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的SO2混合气体。

进塔气中含SO2分别为 0.04（体积分数），其余为惰性气体水的用量为最小用量的1.5倍要求每小时从混合气体中吸收2000 kg的SO2，操作条件下亨利系数4.13 MPa，计算每小时用水量为多少（m3）和出塔液中SO2的浓度（体积分数）？ 此题的第二问修改成“出塔气中SO2的浓度（体积分数）？”因条件不够计算不出来，原题第二问是计算出塔液中SO2的浓度（摩尔分数）解：，相平衡常数为：由于是低浓度吸收，有：由物料衡算得： 每小时用水量：由物料衡算得： 出塔液中SO2的浓度：7-7 用清水在吸收塔中吸收NH3-空气混合气体中的NH3，操作条件是：总压101.3kPa，温度为20℃入塔时NH3的分压为1333.2Pa，要求回收率为98%在 101.3kPa和20℃时，平衡关系可近似写为 Y* =2.74 X试问：（1） 逆流操作和并流操作时最小液气比 (L / V)min各为多少？由此可得出什么结论？（2）若操作总压增为303.9 kPa时，采用逆流操作，其最小液气比为多少？并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论解：，（1）逆流操作时最小液气比：并流操作时最小液气比： 由此可知：若完成相同的吸收任务，并流操作时的用水量比逆流操作时用水量大。

（2）由于亨利常数仅是温度的函数，若总压增加，相平衡常数会发生变化，又因为，该吸收为低浓度吸收，有： 加压后，逆流操作时的最小液气比： 由此可知，完成相同的吸收任务，加压后，逆流操作的用水量小于常压的用水量，但是加压会增加能耗，这是以增大能耗为代价来减少吸收操作的用水量7-8 在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分已知操作条件下该系统的平衡关系为Y=1.15X，入塔气体可溶组分含量为9%（体积），吸收剂入塔浓度为1%（体积）；试求液体出口的最大浓度为多少？解： 由题可得，液体出口的最大浓度是与入塔气体浓度相平衡的液体浓度： 液体出口的最大浓度：7-9 在填料塔内用清水逆流吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体，SO2浓度为0.08（体积分数），其余可视为空气冷却后送入吸收塔用水吸收，要求处理后的气体中SO2浓度不超过0.004（体积分数）在操作条件下的平衡关系为Y* = 48X，所用液气比为最小液气比的1.6倍求实际操作液气比和出塔溶液的浓度并在Y-X图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关系。

解：，，逆流操作的最小液气比： 实际操作液气比： 由操作线方程可得： 出塔溶液的浓度：7-10 常压（101.325kPa）用水吸收丙酮——空气混合物中的丙酮（逆流操作），入塔混合气中含丙酮7%（体积），混合气体流量为1500 m3 / h（标准状态），要求吸收率为97%，已知亨利系数为200kPa（低浓度吸收，可视M≈m）试计算：（1）每小时被吸收的丙酮量为多少；（2）若用水量为3200kg/h，求溶液的出口浓度？在此情况下，塔进出口处的推动力ΔY各为多少？（3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，求所需用水量，此用水量为最小用水量的多少倍？解：，， 混合气体的摩尔流率： 相平衡常数为： 所以，操作条件下的平衡关系为：（1）每小时被吸收的丙酮量为： （2）吸收剂的摩尔流率：由操作线方程可得： 溶液的出口浓度：塔进口处的推动力： 塔出口处的推动力： （3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，有： 由操作线方程可得： 最小用水量： 7-11 在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分，若系统的平衡关系为Y = 0.3X。

试求：（1）已知最小液气比为0.24，求其回收率；（2）当液气比为最小液气比的1.2倍，塔高不受限制时该系统的最大回收率；（3）如果吸收因子A = 1.25，回收率为90%，并已知该系统的气、液相传质单元高度HL和HG都是2 m， 其填料层高度为多少？解：(1) 当最小液气比时 回收率为：（2）L / V = 1.2（L/V）min= 1.2 0.24= 0.288 < 0.3 若塔高不受限制时，气液将在塔底达到平衡，此时有塔底 最大回收率： （3） 又 7-12 在一逆流填料吸收塔中，用纯水吸收空气 - 二氧化硫混合气中的二氧化硫入塔气体中含二氧化硫4%（体积分数），要求吸收率为95%，水用量为最小用量的1.45倍，操作状态下平衡关系为Y*=34.5X，HOG=2m试求：（1）填料层的高度；（2）若改用含二氧化硫0.08%的稀硫酸作吸收剂，Y1及其他条件不变，吸收率为多少？（3）画出两种情况下的操作线及平衡线的示意图。

解：（1），， （2）， 其他条件不变，即L/V不变，则(L/V)min也不变， （3） 7-13 在一塔径1.3m，逆流操作的填料塔内用清水吸收氨－空气混合气体中的氨，已知混合气体流量为3400m3/h（标准状况）、其中氨含量为NH35%（体积分数），吸收率为90%，液气比为最小液气比的1.3倍，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，气相体积总传质系数KYa = 187 kmol/(m3h)，试求：（1）吸收剂用量；（2）填料层高度；（3）在液气比及其它操作条件不变的情况下，回收率提高到95％时，填料层高度应增加多少解：（1）出塔氨含量：进塔惰性气体含量：最小液气比：实际液气比：吸收剂用量：（2）求塔底排出水中丙酮含量塔横截面积：传质单元高度：传质单元数：填料层高度为：（3）7-14 由矿石焙烧炉送出来的气体含有SO2 6%（体积分数），其余可视为空气，冷却送入填料塔用水吸收该填料层高度为6米，可以将混合气中的SO2 回收95%，气体速率为600kg惰气/(m2h)，液体速率为900 kg/(m2h)在操作范围内，SO2的气液平衡关系为，，受液体速率影响很小，而是单位时间内通过塔截面的气体质量，试计算将操作条件作下列变动，所需填料层有何增减（假设气、液体速率变动后，塔内不会发生液泛）？（1）气体速度增加20%；（2）液体速度增加20%。

解：单位塔截面积空气流量：单位塔截面积水的流量：（1）当气体流量增加20％， 所以：（2）当液体流量增加20％， 又：气体流量不变，也不变，所以：7-15 某制药厂现有一直径为1米，填料层的高度为4米的吸收塔用纯溶剂逆流吸收气体混合物中的某可溶组分，该组分进口浓度为0.08（摩尔分率），混合气流率为40kmol/h，要求回收率不低于95%操作液气比为最小液气比的1.5倍，相平衡关系为Y* = 2X，试计算：（1）操作条件下的液气比为多少；（2）塔高为3米处气相浓度；（3）若塔高。