第七章吸收习题解答.doc

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1、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

2、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

3、,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

4、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

5、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

6、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

7、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,

8、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)

9、,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Mm)。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Y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

10、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 2,所以,在塔顶达到平衡,最大吸收率为100。7

11、-16 在装填有50mm拉西环的填料塔中用清水吸收空气中的甲醇,直径为880mm,填料层高6m,每小时处理2000m3甲醇-空气混合气,其中含甲醇5%(体积分数);操作条件为298.15 K,101.3 kPa。塔顶放出废气中含甲醇0.263%(体积分数),塔底排出的溶液每kg含甲醇61.2g;在此操作条件下,平衡关系Y = 2.0X。根据上述测得数据试计算:(1)气相体积总传质系数KYa;(2)每小时回收多少甲醇;(3)若保持气液流量V、L不变,将填料层高度加高3m,可以多回收多少甲醇。解:(1);则 (2)(3)V、L不变,则即不变,则又 7-17 现需用纯溶剂除去混合气中的某组分,所用的

12、填料塔的高度为6m,在操作条件下的平衡关系为Y = 0.8X ,当L / V = 1.2时, 溶质回收率可达90%。在相同条件下,若改用另一种性能较好的填料,则其吸收率可提高到95%,请问第二种填料的体积传质系数是第一种填料的多少倍?解:在同一吸收塔中操作,则有:7-18 用填料塔解吸某含有二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液,已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.0085和0.0016(摩尔分数)。解吸所用载气为含二氧化碳0.0005(摩尔分数)的空气,解吸的操作条件为35、101.3kPa,此时平衡关系为Y = 106.03X。操作气液比为最小气液比的1.45倍。若取HOL=0.82m,求所需填料层的

13、高度?解:,由平衡关系Y = 106.03X可得:,最小气液比为:,7-19 某合成氨厂在逆流填料塔中,用NaOH溶液吸收变换气中的CO2。已知进塔混合气流量为kg/h,密度为12.8kg/m3;进塔的液体流量为kg/h,密度为1217kg/m3,粘度为0.52mPa.s。拟采用乱堆50mm50mm0.9mm的钢制鲍尔环。试估算填料塔的塔径。解:在乱堆填料泛点线上读出相应的纵坐标值为0.023,即对于50mm50mm0.9mm的钢制鲍尔环,代入上式得:泛点气速:取空塔气速为:塔径:取塔径为3.0m。7-20 在某逆流操作的填料塔内,用清水回收混合气体中的可溶组分A,混合气体中A的初始浓度为0.02 (摩尔分数)。为了节约成本,吸收剂为解吸之后的循环水,液气比为1.5,在操作条件下,气液平衡关系为Y* = 1.2X。当解吸塔操作正常时,解吸后水中A的浓度为0.001(摩尔分数),吸收塔气体残余A的浓度为0.002(摩尔分数);若解吸操作不正常,解吸后水中A的浓度为 0.005(摩尔分数),其他操作条件不变,气体残余A的浓度为多少? 解:(1)解吸塔操作正常时,吸收塔液体出口浓度为:由操作线方程可得:(2)解吸塔操作不正常时,不变,由于变为,则变为,变为由吸收因子法得: 得:由操作线方程可得: 当吸收剂初始浓度升高时,塔内平均传质推动力减小,气体残余浓度升高。

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