化工熱力學(xué)下冊(cè)第二版夏清第章吸收答案

1、第二章吸收1. 從手冊(cè)中查得101.33 KPa、25 C時(shí)，若100 g水中含氨1 g,則此溶液上方的氨氣 平衡分壓為0.987 KPa。已知在此組成范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)H（kmol/ （m 3 kPa）及相平衡常數(shù) m。解：（1）求H由PnhCNH3H求算.已知：PNh3 0.987kP,.相應(yīng)的溶液濃度Cnh3可用如下方法算出:以100g水為基準(zhǔn)，因?yàn)槿芤汉芟」士山普J(rèn)為其密度與水相同并取其值為1000kg / m3.則：yNH3mNH3XNH3yNH3(2).求m.由XNH3PNH3P0.987101.330.009741/171/17 100/180.0105m y

2、NH3 / XNH30.009740.01050.9282. 101.33 kpa、10 C時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用 p02=3.31 X06x表示。式中：PO2 為氧在氣相中的分壓，kPa、x為氧在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。試求在此溫度及壓強(qiáng)下與空氣 充分接觸后的水中，每立方米溶有多少克氧。解：氧在空氣中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.21.故：因xo2值甚小，故可以認(rèn)為X x即：Xo2XO26.43 10所以：溶解度6.43 10 6 321 181.14 10 5kg(O2)/kg(H2O)114 mgHO)3. 某混合氣體中含有2%（體積）CO2,其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為 30 C,總壓強(qiáng) 為506.6

3、 kPa。從手冊(cè)中查得30 C時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=1.88x105 KPa，試求溶解 度系數(shù)H （kmol/ （m3 kPa、）及相平衡常數(shù)m，并計(jì)算每100克與該氣體相平衡的水中 溶有多少克CO2。解：(1).求H由H求算.EMh2o(2).求 m(1)當(dāng)y 0.02時(shí).100g水溶解的CO2因x很小，故可近似認(rèn)為X x故100克水中溶有C020.01318gC024在101.33 kPa、0 C下的02與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過(guò)程。已知相 距0.2 cm的兩截面上02的分壓分別為13.33 kPa和6.67 kPa，又知擴(kuò)散系數(shù)為0.185 cms, 試計(jì)算下列兩種情況下

4、 O2的傳遞速率，kmol/(m 2 s):(1) O2與CO兩種氣體作等分子反向擴(kuò)散。(2) CO氣體為停滯組分。解：(1)等分子反向擴(kuò)散時(shí)O2的傳遞速率：(2) O2通過(guò)停滯CO的擴(kuò)散速率5. 一淺盤(pán)內(nèi)存有2 mm厚的水層，在20 °C的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴(kuò)散到大氣中。 假定擴(kuò)散始終是通過(guò)一層厚度為 5mm的靜止空氣膜層，此空氣膜層以外的水蒸氣分壓 為零。擴(kuò)散系數(shù)為2.60 X0-5 m2/s，大氣壓強(qiáng)為101.33 KPa。求蒸干水層所需的時(shí)間。解：這是屬于組分(A)通過(guò)停滯組分的擴(kuò)散。已知擴(kuò)散距離(靜止空氣膜厚度)為 Z 5 10 3m.水層表面的水蒸氣分壓(20°

5、;C)的飽和水蒸氣壓力為 Pa1 2.3346kFa.靜止空氣膜層以外；水蒸氣分壓為Pa2 0單位面積上單位時(shí)間的水分蒸發(fā)量為故液面下降速度：水層蒸干的時(shí)間：6. 試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0 C、101.33 kPa時(shí)氨和氯化氫在空氣中 的擴(kuò)散系數(shù)D (m2/s)，并將計(jì)算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比較。解：(1).氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù).查表2.4知道，空氣的分子體積：氨的分子體積：又知 Mb 29g/mol.MA 17g / mol則0oa時(shí)，氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可由 Maxwea: Gilliland式計(jì)算.(2)同理求得7. 在101.33 kPa、27 C下用水吸收混于空氣中

6、的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中的組成都很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.955 kmol/(m3 kPa)，氣膜吸收系數(shù) kG=1.55 X0-5 kmol/(m 2 s kPa)，液膜吸收系數(shù) kL=2.08 X0-5 kmol/(m 2 kmol/m 3)。試 求總吸收系數(shù)Kg，并算出氣膜阻力在總阻力中所占百分?jǐn)?shù)。解：總吸收系數(shù)氣膜P助在點(diǎn)P助中所占百分?jǐn)?shù).8. 在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇，操作溫度 27 T，壓強(qiáng)101.33 KPa。穩(wěn)定 操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為 5 kPa，液相中甲醇組成為2.11 kmol/m3。試 根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)算出該截

7、面上的吸收速率。解：吸收速率Na Kg(Pa Pa )由上題已求出 kG 1.122 10 5kmol/(m2 s kPa)又知：3H 1.955kmol/(m kPa)則該截面上氣相甲醇的平衡分壓為則 Na 1.122 105 (5 1.08) 4.4 10 5kmol/(m2 s) 'V20.1583kmol/(m2 h)9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 C下用清水吸收混合氣中的H2S,將 其組成由2%降至0.196 (體積)。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)E=5.52 >16 kPa。若取吸 收劑用量為理論最小用量的12倍，試計(jì)算操作液氣比及出口液相組

8、成若壓強(qiáng)改為1013 kPa,其他條件不變，再求手及解：（1）求101.33kPa下，操作液氣比及出口液相組成最小液氣比（*）minX2 m0.0204 0.001518.0.0204/545操作液氣比為-V出口液相濃度1.2min1.2 518622.（2）求1013kPa下的操作液氣比及出口液組成則：出口液相組成：11. 在101.33 kPa下用水吸收據(jù)于空氣中的氨。已知氨的摩爾分?jǐn)?shù)為 0.1,混合氣體 于40 C下進(jìn)入塔底，體積流量為 0.556 m3/s,空塔氣速為1.2 m/s。吸收劑用量為理論最 小用量的1.1倍，氨的吸收率為95%，且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)的平均值為0.

9、1112。在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為，試求塔徑及填料層高度Yi0.1111丫2 Y(1X20.(L) iminV1 0.1)0.1111 (1 0.95)0.005555.0.11110.005555X20.11112.62.47.解：L1.12.472.72.X1NogV(Y 丫2)mVL 2.721Sln(1X21(0.11112.720.956.S0.005555)00.0388.ln(10.956)0.11110.95613.81 0.9560.005555塔截面積: 塔徑：又知：V0.55622.4273273 400.90.0195kmol / s.則：塔上填料層高度:12. 在

10、吸收塔中用清水吸收混合氣中的 SO2，氣體流量為5000 m3(標(biāo)準(zhǔn))/h，其中SO2 占10%，要求SO2回收率為95%。氣、液逆流接觸，在塔的操作條件下 SO2在兩相間的。試求:平衡關(guān)系近似為(1) 若取用水量為最小用量的15倍，用水量應(yīng)為多少(2) 在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板數(shù)；如仍用(2)中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從 95%提高到98%，用水量應(yīng)增加到多 少解：(1)求用水量：(2)求理論板數(shù)(a)梯級(jí)圖解法在丫 X直角坐標(biāo)圖中給出平衡線(xiàn)oE.CY26.7 7及操作線(xiàn)BT由圖中B點(diǎn)開(kāi)始在操作線(xiàn)與平衡線(xiàn)之間畫(huà)梯級(jí)得理論板層數(shù)Nt 5.5 (b)用克列姆塞爾算圖則相對(duì)回收率第

11、 丫20.1111 0.00556 0 95丫 mX20.1111在理論最小用水量下，Nt ，J據(jù)此查圖2 21得: L .Amin 0.95 而上 0.95mV查圖2 21 (或由式2 77c計(jì)算)可知當(dāng)：A 1.43.0.95 時(shí)mV兩種方法解得的結(jié)果相同。(3)求98 oo時(shí)所需增加的水量用克列姆塞爾法估算，已知：0.98. Nt 5.5據(jù)此查圖2 21得A 1.75 .則：L'1.75mV1.75 26.7 2019390kmol/h.故需要增加的用水量13. 在一個(gè)接觸效能相當(dāng)于8層理論塔板的篩板塔內(nèi)，用一種摩爾質(zhì)量為 250、密度 為則900 kg/m3的不揮發(fā)油吸收捏于空

12、氣中的丁燒。塔內(nèi)操作壓強(qiáng)為 101.33 kPa，溫度為 15 C ,進(jìn)塔氣體含丁烷5%(體積)，要求回收率為95%。丁烷在15 C時(shí)的蒸氣壓強(qiáng)為194.5 kPa，液相密度為58O kg/m3假定拉烏爾定律及道爾頓定律適用，求：(1)回收每1 m3 丁烷需用溶劑油多少(m3) 若操作壓強(qiáng)改為304.O kPa,而其他條件不變，則上述溶劑油耗量將是多少(m3)解：(1).由拉烏爾定律.由于為低組成吸收，可以認(rèn)為 Y 1.92X由克列姆塞爾方程得到：解得：由此可知，每回收1kmol 丁烷所需純?nèi)軇┯蛿?shù)量為 丁烷的摩爾質(zhì)量為58.08.則回收每1m3液體丁烷所需溶劑油的體積為(2).若 p 304

13、.0kPa.則:因?yàn)閄2 0故Y>0Y0.042.(條件未變，仍用上法求得)14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇膠水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的H2S,進(jìn)塔氣相含H2S2.91%(體積)，要求吸收率不低于99%，操作溫度300 K，壓強(qiáng)為101.33 kPa，平衡關(guān)系，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S組成為0.013 kmol(H2S)/kmol(溶劑)。已知單位塔截面上單位時(shí)間流過(guò)的惰性氣體量為0.015kmol/(m 2 s),氣相體積吸收總系數(shù)為 0.000395 kmol/(m3 s kPa)，求所需填料層高度。解：ZHog Nogv(Y 丫2)KYa VYm已知:VYm則：(0.03

14、 0.026) 0.0003 0.00143.,0.03 0.026In0.0003KYa2aap 0.000395 101.33 0.04kmol /(m S)又知:15. 有一吸收塔，填料層高度為 3 m，操作壓強(qiáng)為101.33 KPa，溫度為20 C，用清 水吸收棍于空氣中的氨?；旌蠚赓|(zhì)量流速G=58O kg/(m 2 h)，含氨6%(體積)，吸收率為99%;水的質(zhì)量流速 W=770 kg/(m2 h)。該塔在等溫下逆流操作，平衡關(guān)系為KGa與氣相質(zhì)量流速的0.8次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無(wú)關(guān)。試計(jì)算當(dāng)操作條件分別作下列改變時(shí)，填料層高度應(yīng)如何改變才 能保持原來(lái)的吸收率（塔徑 不變）

15、:（1）操作壓強(qiáng)增大一倍；（2）液體流量增大一倍；（3）氣 體流量增大一倍。解：已知混合氣體的平均摩爾質(zhì)量(1) p2pmp/ p0.910.452mV 竺88 0.202842.78由于-m衛(wèi)故NOGpn( J 管)(1S')S'1 S 筆 m X21 0.2028ln000)6 (1 °.2028)°20285.496Q H ogKGap故：填料層高度比原來(lái)減少了 3 1.198 1.802m（2）（計(jì)算過(guò)程同（1）.液體流速的增加對(duì)Kg3無(wú)顯著影響.則：Z Nog Hog 5.496 0.43582.395m.即所需填料層高度較原來(lái)減少了3 2.395

16、 0.605m氣體質(zhì)量流速增大時(shí)，總吸收系數(shù) aa相應(yīng)增大.即所需填料層高度較原來(lái)增加7.92 3 4.92m16. 要在一個(gè)板式塔中用清水吸收混于空氣中的丙醇蒸氣?；旌蠚怏w流量為30kmol/h，其中含丙醇1%(體積)。要求吸收率達(dá)到90%，用水量為90 kmol/h。該塔在101.33 KPa、27 °C下等溫操作，丙醇在氣、液兩相中的平衡關(guān)系為，求所需理論板數(shù)。解：由題意知m 2.53則：又因?yàn)閄20.則：第三章2.解：塔徑兩種填料的值如下.50mm 50mm 4.5mm陶瓷拉西環(huán)(亂堆)：2051/ m25mm 25mm 2.5mm陶瓷拉西環(huán)(亂堆)：4501/ m比較兩種填料的 值可知，小填料的泛點(diǎn)氣速應(yīng)比大填料的低，故應(yīng)接小填料計(jì)算塔徑 由圖(3 18)中的亂堆填料泛點(diǎn)線(xiàn)查得故：塔徑：(2).壓強(qiáng)降因兩段填料層具有不同的值，故塔內(nèi)流動(dòng)阻力應(yīng)分兩段計(jì)算.上層：25mm 25mm 2.5mm.亂堆瓷環(huán)由圖