化工原理管國(guó)鋒主編第三版課后習(xí)題答案6氣體吸收

1、第6章氣體吸收1）總壓100，溫度25c的空氣與水長(zhǎng)時(shí)間接觸，水中的的濃度為多少?分別用摩爾濃度和摩爾分率表示的體積百分率為0.79解：將空氣看作理想氣體：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76XIO5kPaxp*/E106H=/(EMS)1000/(8.7610518)6.342106kmoL/(kN.m)C=p*H=790.342X05=5.01X0-4kmol/m32)已知常壓、25c下某體系的平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為大氣壓，溶質(zhì)A的分壓為0.54大氣壓的混合氣體分別與三種溶液接觸：溶質(zhì)A濃度為質(zhì)A在二相間的轉(zhuǎn)移方向的水溶液；溶質(zhì)A濃度為的水溶液；溶質(zhì)A濃度為的水

2、溶液。試求上述三種情況下溶解:,PBY的n y=p/PM.054氣相轉(zhuǎn)移至液相_4E=0.15X10atm,p=0.054atm匚電0.151040.0015 X2r1a101 1O3isyy4 ox110.023633.610318.yimxi0.054-y2mx20.027105*yys0y0）軌IO,蟲m液相轉(zhuǎn)移至氣相平衡氣相轉(zhuǎn)移至液相3）某氣、液逆流的吸收塔，以已知塔底氣相中清水吸收空氣硫化氫混合氣中的硫化氫。總壓為1大氣壓。1.5%（摩爾分率），水中含的濃度(摩爾分率)。試求塔底別為溫度分5C及30C時(shí)的吸收過(guò)程推動(dòng)力。解：查表得(5)Et3.19x104kpami=E/P=315p

3、*1=Ex=0.3191051.81050.5724KPay y.1 0.015p*i/P0.5742/101.330.0057yiy*i0.0093X、xivi/mXi2.96105E26.17104KPa,m2E2/p60941a5101-°-in511-1c公izc。1.1106/101.330.011y2y2y*20.0040氣相推動(dòng)力：yi 液相推動(dòng)力：X1 查表得（30p* 2 E2X 6.17 y*2 p*2 /P 氣相推動(dòng)力： 液相推動(dòng)力：X2X*2X2vp/m2663104）總壓為100，溫度為15c時(shí)的亨利系數(shù)E為溶液密度為試計(jì)算：H、m的值（對(duì)稀水）；若空氣中的

4、分壓為50,試求與其相平衡的水溶液濃度，分別以摩爾分率和摩爾濃度表示。解：)H EMs/g1.22 m E/P 122 105 /1002)p Ex 50 122 105x x 4.10 10 4P HC53105 18/(103) 2196kN.m/KmoL1220502196CC0.023kmol/m35）在總壓為100、水溫為30c鼓泡吸收器中，通入純,經(jīng)充分接觸后測(cè)得水中的平衡溶解度為溶液，溶液的密度可近似取為，試求亨利系數(shù)。解：=100KPa28571022.85710(mol/L)/kPa100HM2857104181945105kPa23.26）組分A通過(guò)另一停滯組分B進(jìn)行擴(kuò)散，

5、若總壓為,擴(kuò)散兩端組分A的分壓分別為和6.5實(shí)驗(yàn)測(cè)得的傳質(zhì)系數(shù)O若在相同的操作條件和組分濃度下，組分A和B進(jìn)行等分子擴(kuò)散，試分別求傳質(zhì)系數(shù)傳質(zhì)速率52RT 12 10 mol/(m sPa)141 10pB2=94.8KPa5 mol / (m2 s Pa解：pAi=23.2KPapA2=6.5KPapBi=PpAi=78.1KPa12105mol/(m2sPa)RT二NakGpaipA22.0104kmol/(m2s)，水溫20C,7）已知：柏油路面積水空氣總壓100，空氣中水汽分壓1.5設(shè)路面積水上方始終有厚的靜止空氣層。間柏油路面積水吹干需多長(zhǎng)時(shí)間？解：該過(guò)程可看作一組分通過(guò)另一停滯組分

6、的擴(kuò)散過(guò)程查表得20時(shí)水的飽和蒸汽壓為P=1.5kPa依題意pai=2.3346kPapA2=1.5kPapBi1002.334697.6654kPaPb21001.598.5kPapBm(pbipB2)/Ln(pBi/pB2)98.08kPa由表得：0水的擴(kuò)散系數(shù)D0.22104m2/s20水的擴(kuò)散系數(shù)D0.248104m2/sNaDp(paipA2)/(RTZPBm，0.248104100(2.23461.5)/(8.3142930.2510398.08)523.46105KmoL/(m2?s)以為擴(kuò)散為穩(wěn)定擴(kuò)散，所以Nah/(Ma)MMaNa)10003103/(183.46105)4.

7、808103s8）試分別計(jì)算0C及101.3在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)，并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較分析解：A:CO2,B:空氣，Ma=44,Mb=29Vb=29.9,Va=34.0,P=101.3KPa,t=273.2K4-361°5T15-m.mP VaVb'321.155 10(2)A:SO2,B:空氣，Ma=64,Mb=29Vb=29.9,Va=44.8,P=101.3KPa,t=273.2K436105T15mam9.822106PVa'3Vb,329）試計(jì)算與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較分析。在35c水中的擴(kuò)散系數(shù)，并P=0.7225cp10 5 cmV解：A：HCI,B：H2O,MB=

8、18,a=2.6Va=3.7+21.6=25.3,T=308.2K,80.57.410MBTD辰-3110.6VA10）某傳質(zhì)過(guò)程的總壓為300收過(guò)程傳質(zhì)系數(shù)分別為,氣液相平衡關(guān)系符合亨利定律,亨利系數(shù)E為,試求：吸收過(guò)程傳質(zhì)總系數(shù);液相中的傳質(zhì)阻力為氣相的多少倍解：1O.(1)E=10.67X103kPa,P=300kPam355711ml3557Kykykx10722Ky=0.391911111Kxmkykx355710722Kx=13.9411）在填料塔內(nèi)以水吸收空氣氨混合氣中的氨。已知：總壓P為1大氣壓，溫度t為20r,亨利系數(shù)E為積傳質(zhì)分系數(shù)液相體積傳質(zhì)分系數(shù)o氣相中含氨5.4%（體

9、積），液相中含氨0.062（摩爾分率），液相可按稀溶液處理。試求氣、液界面處平衡的濃度以及氣相傳質(zhì)阻力占總阻力的分率。解:m=E/P=76.6/101.33=0.756y=0.054x=0.062c=1000/18=55.56kmoL/mkymp?kam101.334.251040.0431kmoL/(m3?s)33kxmC?kLm5.821055.560.323kmoL/(m?s)在界面處：yimx,kym(y%)kxm(XiX2)yi0.756xi4.31102(0.054yi)0.323(xi0.062)得：Xi0.0629yi0.04751/kym1/kymm/kxm1/0.04310

10、.756/0.32325.54氣相阻力占總阻力分率為:1/(0.043125.54)90.8°。12）若某組分在氣相中的摩爾分率保持不變，將其總壓增大一倍，但其質(zhì)量流速不變，試分析的變化情況?In墜QPPbi解：kgD_P_RTPB2pBiRTPBmTPt,DP不變，(Pb2pbi)=2(pB2pbi)2ky=PkgkykyNA=ky(yiy2)NaNa13）用填料塔進(jìn)行逆流吸收操作，在操作條件下，氣相、液相傳質(zhì)系數(shù)分別為試分別計(jì)算相平衡常數(shù)為0.1和100時(shí)，吸收傳質(zhì)過(guò)程的傳質(zhì)2kx= 0.026 kmol/(m s)384611 mKy ky kx80.769Ky 0.01238

11、ik ： 1K 0.952495.24% mkx-Ky4.76%阻力分配情況。若氣相傳質(zhì)分系數(shù)當(dāng)氣相流量G增加一倍時(shí)，試分別計(jì)算上述兩種情況下總傳質(zhì)系數(shù)增大的倍數(shù)解：ky=0.013kmol/(m2s),m=0.1時(shí)，七76.92L 48.027 kx ky1.784m = 0.1 時(shí)，Kym = 100 時(shí),Kx1 0.02571.008m=100時(shí)，12卜0769,38.462139.231Ky0.02549Kxkxmky'kx，k0.980498.04%G'=2G,ky'=208ky=0.0226338.904mky14）對(duì)低濃度氣體吸收，當(dāng)平衡關(guān)系為直線時(shí)，試證

12、明:分別為塔底與塔頂兩端面上的氣式中相吸收推動(dòng)力證明：Nog(yiy2)/ym(yiy2)(Lny"ya)/(yimx2)(yamx2)(Lnyi/y2)/1m(xiX2)/(yiy2)Ln(yi/y2)/(1mG/L)15）用純?nèi)軇?duì)低濃度氣體作逆流吸收，可溶組分的回收率為實(shí)際液氣比為最小液氣比的倍。物系平衡關(guān)系服從亨利定律。試以兩個(gè)參數(shù)列出計(jì)算的計(jì)算式。解：令進(jìn)塔氣體濃度為“則出塔氣體濃度為y2yi(l)X2OL/G(L/G)min(yiy2)/x*imL/G(yiy2)/(>X2)m(yiyi(i)/XiXiyi/m由上題證明的結(jié)果：Nog(Lnyi/y2)/(imG/L

13、)又y.yimxiyiyi/y2yzOyi(i)y"y2(i)/(i)NogLn(i)/(i)/(i)16）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的Vy2Lx2Vyi*Lxi氣相流量為（標(biāo)準(zhǔn)狀況）進(jìn)塔氣體中含6.0%（體積），要求條件下的平衡關(guān)系,操作液氣比為最小液氣比的1.6倍試求：吸收劑用量和出塔液體組成；寫出操作線方程；氣相總傳質(zhì)單元數(shù)v解：X2=o,yi=0.06,y2=0.06（1-0.95）=0.003V=300m3/h=12.27kmol/h,npv,m=1200RTLY1V2V11/VminV1X21/m1616ylyminyim L=22380.48kmol/h （

14、y1一y2）=L（x1一X2）=Lxi Xi=3.125XIO5In 11 Y . mx? 1A mx2 A1824x0.0031.In11±1Vi1Ay2AA17）試按吸收因數(shù)法推導(dǎo)出以液相濃度差為推動(dòng)力的吸收過(guò)程傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式：證明：N OLy yi/ mw t /. /NogXdx /(x* x)L( XiL(xix)/Gx)/GX1x dx/( yi/ m L(xi x ) /Gm x2Ln(1L/mG)X2(L/mG)/xiyi/m(L/mG)yi(L/mG)yi/(1L/mG)xi(L/mG)Xiyi/m/1L/(mG)Ln(1L/mG)(yi/mX2)(L/mG)(y

15、i/mXi)/(yi/mxi)/(1L/mG)Ln(1L/mG)(yimx2)/(yimxi)L/mG/(1L/mG)18）空氣氨混合氣中的氨,以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收進(jìn)塔氣中含氨4.0%（體積），要求回收率為0.96,氣相流率采用的液氣比為最小液氣比的1.6倍，平衡關(guān)系為，總傳質(zhì)系數(shù)試求：塔底液相濃度;所需填料層高度y2X2解：1)丫2L/GMmyi(1)0.040.040.00161.6(L/G)min1.6(%祠IglmX2)1.4130.04170.962928.52kg/kmoLG0.35/28.520.01227kmol/(m2?s)L1.413GXi y12) Hog G/Kym

16、Nog %丫2”ym (yimxi)0.017338kmol/(m2?s)L/G(yiY2)/兀xi0.02720.01227/0.0430.2853mymy2/Ln(yimxj/y?(0.040.920.02720.0016)/Ln(0.040.920.0272)/0.00160.00598Nog6.41HHog?Nog0.28536.411.83m19)接上題，若氣、液相接觸改為并流操作，氣、液流量及進(jìn)口濃度都不變，填,操作溫度、料層高度為上題算出的壓強(qiáng)亦不變，問(wèn)回收率為多少?解：XiO且汽流量不變(yiy2)/X2L/G1.413因H及操作溫度，壓強(qiáng)不變Nog6.41ymyi(y2mx2

17、)/Lnyj(y2mx2)yiy21.413x2(yiy2)/ym6.411 y2/yi 1 0.01584/0.04 60.6%聯(lián)立上面三式得y20.0158420）試在“yx”圖中定性畫出下列各吸收流程的操作線與平衡線G,y1Ljx2y3y2L%x2y2x3L,x2y4L/2,XiL/2,X32X3L2=Li/2GyGi,X3XiGi=G221）在一逆流接觸的填料吸收塔中，用純水吸收空氣氨混合氣中的氨，入塔氣體中含9%,要求吸收率為95%,吸收劑用量為最小用量的1.2倍，操作條件下的平衡關(guān)系為傳質(zhì)單元高度為0.8m。試求：填料層高度;若改用含0.05%（摩爾分率）的稀氮水作吸收劑,及其它條

18、件均不變，吸收率為多少?解：)30.09X20y(10.95)0.090.0045L/G1.2(L/G)min1.2(0.090.0045)/(0.09/1.2)1.368XiG(yiy2)/L(0.090.0045)/1.3680.0625yi0.090.06251.20.015y20.0045ym(0.0150.0045)/Ln(0.015/0.0045)0.00872Ng(0.090.0045)/0.008729.8H9.80.87.84m2)yi0.09Xi0.0625x20.0005L/G不變(yiy2)/(XiX2)1.368解得：y20.00521y2/y>1(0.0052

19、/0.09)94.2422)以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣二氧化硫混合氣中的，溫度為20C,填料層高為4m。混合氣流量為1.68其中含為0.05（摩爾分率），要求回收率90%,試求：總體塔底流出液體濃度為積傳質(zhì)系數(shù)：若要求回收率提高至95%,操作條件不變，要求的填料層高度為多少？解：Mm640.05290.9530.75G1.68/30.750.055kmol/(m2?s)查表(20。)E0.355104kPamE/P35由G(y1y2)L(xiX2)L2.475kmol(m2?s)yiyimxi0.05350.0010.015y20.005ym(0.0150.005)/Ln30.0091Nog

20、(0.050.005)/0.00914.94HNog?HogG?Noo/Kym2Kym0.068kmol/(m2?s)Hog0.81m2)y20.05(10.95)0.0025由G(yiy2)L(xiX2)Xi0.001056yiyimxi0.05350.0010560.01304ya0.0025ym(0.013040.0025)/Ln(130.4/25)0.00638Nog(0.050.0025)/0.006387.45H0.817.456.04m23)接上題，若液體流量增大15%,其它操作條件不變。已知為多少?解:LoG(yy)/x0.0546(0.050.005)1000c2L1.15L

21、o2.83kmol/(m2s)1.57O.O546072.830250.266kmol/(m1.622.830-823.797kmol/(sm3)1/Kyam/kxa1/kya35/3.7971/0.26612.98Kya0.077kmol/(sm)HOGG/Kya0.0546/0.0770.71m由NogH/Hog4/0.715.65ym(0.0535X1y2)/Ln(0.05NOG又可得(0.05y2)/ym(yiy2)/xiL/Gy20.0029即得X12.457kmol/(m2s)$S)35xi)/y2(0.05y2)/xi51.750.00091y2/yi0.94224）一逆流操作的

22、吸收塔中，如果,吸收劑進(jìn)塔濃度0.75,相平衡關(guān)系為為0.001（摩爾分率，下同）進(jìn)氣濃度為0.05時(shí)，其回收率為90%,試求進(jìn)氣濃度為0.04時(shí)，其回收率為多少？若吸收劑進(jìn)口濃度為零，其它條件不變，則其回收率又如何？解：依題意：Nog不變NgLn(1mG/L)(yimx2)/(y2mx2)mG/L/(1mG/L)mx2)保持不變0.001)/(0.005 2 0.001)1)由（0.04 2可推出0.001 )/0.04(189.1%)2 0.001 162)yi/（i可推出)yi1693.75°o25）某混合氣體中含溶質(zhì)5% （體積），要求回收率為85%。吸收劑進(jìn)塔濃度為mG/L

23、不變，故(yimx2)/(y2(%mx2)/(y2mx2)(0.052相平衡關(guān)系為0.001（摩爾分率），在20C,101.3試求逆流操作和并流操作的最小液氣比各為多少？由此可得到什么結(jié)論？解:Lx 2Gy2A逆流:yi=0.05,y2=0.05(1-0.85)=0.0075,m=40,X2=0.00126)LV minV、y2_JL-i70 » x2mJILxi并流：yi= 0.05, y2= 0.0075,m = 40, Xi=0.001Lvminy» 2X2 Xi52.3minyi y2 y2Xi mayz52.3用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的可溶組分。進(jìn)塔氣體濃度為X2

24、X1*V1 0.048 (摩為92%。取液爾分率），要求回收率氣比為最小液氣比的1.6倍。氣液逆流，平衡關(guān)系，氣相總傳質(zhì)單元高度為0.62米。試求填料層高、又，為增大填料潤(rùn)濕率，采用吸收劑再循環(huán)流程，氣體流量及進(jìn)、出塔的濃度不變，補(bǔ)充的純?nèi)軇┝髁亢蛡髻|(zhì)單元高度均不變，循環(huán)液流量與補(bǔ)充液流量之角星：)yi 0.048 y2L/G 1.6(L /G)minL/G(yi y2)/ Xiym(0.048 2.50.009166yi(1)0.00384X201.6(0.0480.00384)/0.0192X10.0123.630.012)/0.003840.0120.00384)/Ln(0.0482.5

25、比為0.10試求此操作所需的填料層高度Nog(yiy2)/ym(0.0480.00384)/0.0091664.82HHogNog4.820.622.99m2)對(duì)虛線框進(jìn)行物料衡算L,G不變yjy2不變不變x20.1xi/1.10.0011ym0.0482.50.012(0.003842.50.0011)/Ln(0.0482.50.012)/(0.003842.50.0011)0.00603Nog7.320.627.324.54m27）在填料塔中，用純油吸收空氣中的苯，入塔混合氣量為，其中含苯6%（體積），要求出塔氣體中含苯不高于0.5%（體積），操作條件下的平衡關(guān)系,實(shí)際液氣比取最小液氣比的

26、1.5倍。試求：吸收劑用量及出塔液相濃度；全塔對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力;若采用吸收劑循環(huán)流程，在保證原吸收率不變的條件下，入塔液體濃度和循環(huán)液量最大應(yīng)為多少？畫出兩種情況下操作線示意圖。解：1)G1200/22.453.57kmol/hyi0.06y20.005X2OL/G1.5(L/G)min1.5(0.060.005)/(0.06/0.2)0.275L0.27553.5714.73kmol/hXiG(yiy2)/Lx2(0.060.005)/0.2750.22) yiyimxi0.060.20.20.02y2y20.005ym(0.020.005)/Ln(0.02/0.005)0.01083) 由題

27、意xo與y2呈平衡即:y2mxoxoy2/m0.005/0.20.025Xo(X1X2)/(1)Xi/(1)xo/(xixo)0.025/(0.20.025)0.143L0.14314.732.106kmol/h4)略28)空氣四氯化碳化合氣體中含四氯化碳5%(體積，下同)，氣相流量G為要求回收率90%o吸收劑分兩股，第一股含四氯化碳為0.002,從塔頂進(jìn)入塔內(nèi)；第一股含四氯化碳0.010,從塔中部某處進(jìn)入塔內(nèi)。兩股吸收劑用量相同均為已知操作條件下體系的相平衡關(guān)系為,試計(jì)算：出塔液體濃度為多少？若全塔傳質(zhì)單元高度為0.8米，則第二股吸收劑加入的最適宜位置（加入口至塔底的高度）應(yīng)在何處。解:2&

28、#39;21Gyiy(1) yi= 0.05, y2= 0.05X (1 - 0.9) = 0.005,G = 0.042kmol/(m s), X2= 0.002, X2= 0.01, m = 0.5Li = L2 = 0.021 kmol/(m s)G yiXi =y2L X2x22 Lx0.0512LxiX22L- V 力Xi X? 0.009a2LA9mGIn11mxz，3625Aymx2H=HogNog=0.8X3.625=2.9m29）礦石焙燒爐氣中含SO24.5%（體積），其余惰性氣體按空氣計(jì)。爐氣冷卻后在填料塔中以清水逆流吸收爐氣中的SO2e操作壓強(qiáng)為1atm,操作溫度為30T

29、o塔徑為0.8m,填料層高為10m,要求回收率為95%,進(jìn)塔爐氣流量為1150m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）。已知kGa為5X104kmol/（s-m3-kPa）,kia=5X10-21/So試求：塔底液體濃度為多少？®若將爐氣進(jìn)一步降溫后再吸收，其操作溫度降至20c時(shí)，其回收率為多少？設(shè)其它操作條件不變，kGa和kLa的值均不變。解：由題意：%0.045y0.00225x?0.0284kmol/(sm2)G1150/(22.436003.140,82/4)30c時(shí)，E0.485104kPa3m二E/P48.02C/Ms1000/1855.56kmol/m1 mkkva xaHog G/Kya

30、 1.05mNog H /Hog 9.53Kya 0.027kmol/(s.m3)由N OGyimx2(yiy2)/ymy?)/山mxj(y?mx?)/Inymx2經(jīng)試差得：Xi = 0.000775（塔底出液濃度）20c時(shí),E0.355104kPam二E/P35.03Kya0.0309kmol/(s.m3)Hog'G/Kya'0.918mNog'H/Hog'10.9由：N1,1n11yimx?1OG11AAy2mx2A1mGAL得：y?'0.00030951y?7yi99.330）一正在操作的逆流吸收塔，進(jìn)口氣體中含溶質(zhì)濃度為0.05（摩爾分率，下同），吸收劑進(jìn)口濃度為0.001,實(shí)際液氣比為4,操作條件下平衡關(guān)系為mx2)s /(1 s) 0.002) 0.8 /0.20.001 0.01772,此時(shí)出口氣相中含溶質(zhì)為0.005。若實(shí)際液氣比下降為2.5,其它條件