大連理工大學(xué)化工原理及實驗課程

1、第七章1 已知101.3kPa，25時，100g水中溶有1g氨，其平衡分壓為0.987kPa，在此濃度范圍內(nèi)氣液平衡關(guān)系服從亨利定律。試求：亨利系數(shù)E，以kPa表示；H以kPa.m3/kmol表示；以及相平衡常數(shù)m值。2 在20時，氧溶解于水中的平衡關(guān)系為pe=4.06106x。式中pe為氧的平衡分壓，kPa；x為氧在水中的摩爾分數(shù)。試求：（1） 與101.325kPa之大氣充分接觸的20水中最大溶氧濃度為多少？分別以摩爾分數(shù)和質(zhì)量比表示。（2） 若將20的飽和含氧水加熱至95，則最大溶氧濃度又為多少？分別以摩爾分數(shù)和質(zhì)量比表示。3 常壓、30條件下，于填料塔中用清水逆流吸收空氣-SO2混合氣

2、中的SO2。已知入塔混合氣中含SO2為5%（體積分數(shù)），出塔氣中SO2為0.2%（體積分數(shù)）；出塔吸收液中每100g含SO2為0.356g。若操作條件下氣液平衡關(guān)系為ye=47.87x，試求塔底和塔頂處的吸收推動力，分別以y、x、p、c表示。4 在1.1768Mpa、20條件下，用清水于填料塔內(nèi)逆流吸收H2-CO2混合氣中的CO2。已知入塔混合氣中含CO2為30%（體積分數(shù)），假若出塔吸收液中CO2達到飽和，那么1kg水可吸收多少千克CO2。假定此吸收和解吸的平衡關(guān)系服從亨利定律。5 在0、101.3kPa下，Cl2在空氣中進行穩(wěn)態(tài)分子擴散。若已知相距50mm兩截面上Cl2的分壓分別為26.6

3、6kPa和6.666kPa，試計算以下兩種情況Cl2通過單位橫截面積傳遞的摩爾流量。（1） Cl2與空氣作等分子反向擴散；（2） Cl2通過靜止的空氣作單向擴散。6 在一直立的毛細玻璃管內(nèi)裝有乙醇，初始液面距管口10mm，如附圖所示。管內(nèi)乙醇保持為293K（乙醇飽和蒸氣壓為1.9998kPa），大氣壓為101.3kPa。當有一空氣始終緩吹過管口時，經(jīng)100h后，管內(nèi)乙醇液面下降至距管口21.98mm處。試求該溫度下乙醇在空氣中的擴散系數(shù)。7 吸收塔內(nèi)某一橫截面處氣相組成y=0.05，液相組成x=0.01（均為摩爾分數(shù)），操作條件下相平衡關(guān)系為ye=2x，若兩相傳質(zhì)系數(shù)分別為ky=1.2510-

4、5kmol/(m2.s.y)，kx=1.2510-5kmol/(m2.s.x)，試求：（1） 該截面上相際傳質(zhì)總推動力、總阻力，氣、液相阻力占總阻力分數(shù)，以及傳質(zhì)速率。（2） 若吸收溫度降低，相平衡關(guān)系變?yōu)閥e=0.5x。假定其余條件不變，則相際傳質(zhì)總推動力、總阻力，氣、液相阻力占總阻力分數(shù)，以及傳質(zhì)速率又各如何？8 用清水于填料塔中吸收空氣中甲醇蒸氣。操作溫度為27、壓力為101.3kPa，亨利系數(shù)H=0.5kN.m/kmol，kG=1.5610-5kmol/(m2.s. kPa)，kL=2.0810-5kmol/(m2.s. kPa)，求：（1） 總傳質(zhì)系數(shù)KG和KL；（2） 氣相阻力占總

5、阻力的分數(shù)。9 硫鐵礦焙燒的爐氣中含SO29%（體積分數(shù)），其余可視為空氣。將爐氣冷卻后送入吸收塔以清水逆流吸收其中的SO2，要求回收率為95%。若操作溫度為30、壓力為100kPa，每小時處理爐氣為1000 m3，取操作液氣比為最小液氣比的1.2倍，氣液平衡關(guān)系可視為直線。試求：（1） 操作液氣比及用水量；（2） 吸收液出塔濃度。10 在填料塔中用清水吸收空氣-氨混合氣中的氨。入塔混合氣中含氨為5%（摩爾分數(shù)，下同），要求氨的回收率不低于95%，出塔吸收液含按4%。操作條件下氣液平衡關(guān)系為ye=0.95x，試求：（1）（qnL/qnG）操作及（qnL/qnG）min；（2）所需傳質(zhì)單元數(shù)。1

6、1 用煤油于填料塔中逆流吸收混于空氣中的苯蒸氣。入塔混合氣含苯2%（摩爾分數(shù)，下同），入塔煤油中含苯0.02%，要求苯回收率不低于99%。操作條件下相平衡關(guān)系為ye=0.36x，入塔氣體摩爾流率為0.012kmol/(m2.s)，吸收劑用量為最小用量的1.5倍，總傳質(zhì)系數(shù)Kya=0.015kmol/(m3.s)。試求：（1） 煤油用量；（2） 填料層高度。12 對于低濃度氣體吸收過程，試推導(dǎo)：HOG= HG + HL/A式中A=L/（mG）吸收因子13 用純吸收劑逆流吸收貧氣中的溶質(zhì)組分，氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，相平衡常數(shù)為m。若吸收劑用量為最小用量的1.5倍，傳質(zhì)單元高度HOG=0.8m，

7、試求：（1） 溶質(zhì)回收率=90%時，所需填料層高度；（2） 溶質(zhì)回收率=99%時，所需填料層高度；（3） 對應(yīng)如上兩種回收率，吸收劑用量有何關(guān)系。14 在填料塔中用稀硫酸吸收混于空氣中的氨。在以下三種情況下，氣液流速及其它操作條件大體相同，總傳質(zhì)單元高度HOG=0.8m，試計算并比較所需填料層高度。入塔，要求氨的回收率不低于95%，出塔吸收液含按4%。操作條件下氣液平衡關(guān)系為ye=0.95x，試求：（1）混合氣含氨1%（摩爾分數(shù)，下同），要求回收率90%；（2）混合氣含氨1%（摩爾分數(shù)，下同），要求回收率99%；（3）混合氣含氨5%（摩爾分數(shù)，下同），要求回收率99%。15 對于低濃度氣體的逆

8、流吸收，試證明：NOG= ln（y1/y2）/（1-1/A）式中y1=y1-ye1為塔底吸收推動力y2=y2-ye2為塔頂吸收推動力A=L/（mG）為吸收因子16 用一直徑為0.88m，裝有50mm50mm1.5mm金屬鮑爾環(huán)，填料層高為6m的填料塔，以清水吸收空氣中混有的丙酮。在25、101.3kPa下，每小時處理2000 m3混合氣，其中含有5%（摩爾分數(shù)，下同）丙酮，出塔尾氣中含丙酮為0.263%，出塔的每1kg吸收液中含丙酮61.2g。若操作條件下的相平衡關(guān)系為ye=2.0x，試計算：（1）丙酮的回收量和回收率；（2）操作液氣比和吸收劑用量；（3）氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)；（4） 若將填料層

9、加高3m，則丙酮回收率提高到多少？可多回收多少丙酮？（5） 若填料層為無限高時，畜塔氣體和液體中丙酮的極限濃度為多少？17 試證明：若吸收過程中的平衡線和操作線均為直線時，傳質(zhì)單元數(shù)與理論板數(shù)的關(guān)系為：當操作線與平衡線平行（A=1）時，N=NOG18用清水于填料塔中逆流吸收混合氣中SO2，混合氣流量為5000標準m3/h，其中含SO2為10%（體積分數(shù)），要求回收率為95%，操作條件下氣液平衡關(guān)系為ye=26.7x，試求：（1） 取用水量為最小用水量的1.5倍時，用水量為多少？（2） 所需理論板數(shù)；（3） 若采用（2）中求得的理論板數(shù)，而要求回收率由95%提高到98%，則用水量應(yīng)增加多少？19

10、 有一吸收塔填料層高3m，20、101.3kPa下用清水內(nèi)逆流吸收吸收混于空氣中的氨?；旌蠚怏w的質(zhì)量流率為580kg/（m2.h），含氨6%（體積分數(shù)），吸收率為99%，水的質(zhì)量流率為770kg/（m2.h）。操作條件下平衡關(guān)系為ye=0.9x， KGa與氣相質(zhì)量流率的0.7次方成正比，而受液體質(zhì)量流率的影響甚小，可忽略。當操作條件分別作如下改變時，計算填料層高度應(yīng)如何變化才能保持原來的吸收率（塔徑不變，且假定不發(fā)生異常流動現(xiàn)象）：（1） 操作壓強增加一倍；（2） 操作流量增加一倍；（3） 氣體流量增加一倍；20 在填料塔內(nèi)用清水內(nèi)逆流吸收混于空氣中的氨。已知填料層高3.5m，入塔混合氣的質(zhì)量

11、流率為1.4210-1kg/（m2.s），其中含氨5%（體積分數(shù)），入塔清水的質(zhì)量流率為1.4410-1kg/（m2.s）。要求氨的回收率為99%，操作溫度為20，壓力為101.3kPa，相平衡關(guān)系為ye=0.9x，且知KGa正比于氣相質(zhì)量流率的0.7次方，試求：（1） 氣相總傳質(zhì)單元高度HOG；（2） 吸收因子A值，HG與HOG數(shù)值間的大小關(guān)系；（3） 若入塔混合氣量提高了20%，仍要求氨的回收率為99%，那么填料層高度應(yīng)如何變化？（4） 在填料層高度和氨的回收率保持不變的前提下，欲將入塔氣量增加20%，則用水量將如何變化？21在填料層高為4m的填料塔內(nèi)，用解吸后的循環(huán)水吸收混合氣中某溶質(zhì)組

12、分以達凈化目的。已知入塔氣中含溶質(zhì)2%（體積分數(shù)），qnL/qnG=2，操作條件下氣液平衡關(guān)系為ye=1.4x，試求：（1） 解吸操作正常，保證入塔吸收劑中溶質(zhì)濃度x2=0.0001，要求吸收率為99%，吸收液出塔組成和氣相總傳質(zhì)單元高度為多少？（2） 若解吸操作質(zhì)量下降，入塔的吸收劑中溶質(zhì)濃度升到x2=0.004，其余操作條件不變，則溶質(zhì)可能達到的吸收率為多少？出塔溶液濃度為多少？解決該凈化質(zhì)量降低的原則途徑有哪些？22用某種化學(xué)吸收劑吸收混和氣中的溶質(zhì)組分，使其濃度自y1=0.5降到y(tǒng)1=0.01。在吸收劑量足夠時，溶質(zhì)的平衡蒸氣壓為零（m=0），在保證填料充分潤濕的條件下，全塔平均的氣相

13、總傳質(zhì)單元高度HOG =1.0m。試按高濃度氣體吸收計算所需填料層高度，并與按低濃度氣體吸收計算的結(jié)果進行比較。23將35，壓力為1215.9kPa（絕）條件下，碳酸丙烯酯吸收變換氣中CO2所得的吸收液，x1=0.0265，減壓解吸至常壓（101.3kPa）。已知平衡關(guān)系pe=10740.5x（kPa）。若減壓解吸釋放氣含CO2為90%（體積分數(shù)），其余為N2、H2等，試求：（1） 解吸液含CO2的最低濃度及CO2的理論回收率；（2） 若將如上解吸液送至填料塔中，在35下以空氣（含CO2為0.05%，體積分數(shù)）為載氣逆流解吸之，要求解吸液濃度為x20.0283。若選qnG/qNL=1.4（qn

14、G/qnL）min，則qnG/qNL為若干？出塔載氣中CO2濃度為多少？若取HOL為0.8m，求所需填料層高度。24對用純吸收劑吸收某溶質(zhì)組分已提出附圖所示的三種雙塔流程。若氣液相平衡關(guān)系服從亨利定律，試在y-x圖上定性畫出每種流程中A、B兩塔的操作線和平衡線，并標出進出兩塔的氣液相組成。25用純吸收劑逆流吸收混合氣中某溶質(zhì)A。已知A在入塔氣中的濃度為0.05%（摩爾分數(shù)），新鮮吸收劑與混合氣體的摩爾流量比qnG/qNL=1.2，操作條件下相平衡關(guān)系為ye=1.2x，該吸收可視為氣相阻力控制，現(xiàn)按圖示兩種流程計算：（1） 當=0.80%時，所需填料層高度比為多少？（2） 當=0.90%時，所需

15、填料層高度比為多少？2630、506.5kPa下，在裝有25塊塔板的吸收塔內(nèi)用純烴油吸收煉廠氣。已知qnL/qNG=4，ET=20%，求各組分的回收率和出塔之氣體和液體的組成。已知煉廠氣組成及各組分在操作條件下的相平衡常數(shù)如下：ABCD組分CH4C2H6C3H8nC4H10y10.860.080.040.2m306.02.00.527在吸收塔內(nèi)，以清水逆流吸收吸收氣體混合物中某溶質(zhì)，其入塔濃度為0.060（摩爾分數(shù)，下同），出塔氣中濃度為0.010。操作條件下相平衡關(guān)系為ye=1.2x，qnG/qNL=1.2。吸收過程可視為氣膜阻力控制， kyaG0.7?，F(xiàn)增設(shè)一座完全相同的吸收塔，兩塔可以按以下方式組合操作（見附圖）。試求在氣液兩股流體入塔流量、濃度及操作條件均不變的條件下，出塔氣中溶質(zhì)的濃度各位多少？（1） 兩塔串聯(lián)組合逆流操作；（2） 兩塔并聯(lián)組合逆流操作，氣液兩相流率皆均分；（3） 兩塔錯流組合逆流操作，液體均分。28擬在填料塔中用碳酸丙烯酯作溶劑脫除變換氣中CO2。已知變換氣量為22000標準m3/h，操作液氣比8.4，操作溫度3