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1、其次章 吸取1. 从手册中查得 101.33 KPa、25 时，假设 100 g 水中含氨 1 g，则此溶液上方的氨气平衡分压为 0.987 KPa。在此组成范围内溶液听从亨利定律，试求溶解度系数 H (kmol/ (m3kPa)及相平衡常数 m。解：1 求 HC由 P* =NH3NH3 .求算.H： PNH3* = 0.987kPa.相应的溶液浓度CNH3可用如下方法算出：以100g 水为基准，由于溶液 很稀 . 故可近似认为 其密度与水一样. 并取其值为1000kg / m3.则：yNH3* = mxNHNH33P*y* =NH3=0.987= 0.00974NH3P101.33(2).
2、求m .由1/17x= 0.0105NH31/17 +100 /180.00974m = yNH3* / xNH3= 0.9280.01052. 101.33 kpa、10 时，氧气在水中的溶解度可用 p =3.31106x 表示。式中：O2P 为氧在气相中的分压，kPa、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与O2空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。解： 氧在空气中的摩尔分数为 0.21 .故：因 x值甚小，故可以认为 X xO2即： XO2 x= 6.4310-6O26.4310-6 32g(O )所以：溶解度 =118= 1.1410-5 kg(O2) / kg(HO)
3、 = 11.4 2 m3 (H2O) 23. 某混合气体中含有 2%(体积)CO ，其余为空气。混合气体的温度为 30 ，总压2强为 506.6 kPa。从手册中查得 30 时 CO2在水中的亨利系数 E=1.88x105 KPa，试求溶解度系数 H (kmol/m3kPa、)及相平衡常数 m，并计算每 100 克与该气体相平衡的水中溶有多少克 CO 。2解：(1). 求 H 由 H =rEMH2O求算.(2). 求m(1) 当 y = 0.02 时.100g 水溶解的CO2因 x 很小，故可近似认为 X x故100 克水中溶有CO20.01318 gCO24. 在 101.33 kPa、0
4、下的 O2与 CO 混合气体中发生稳定的分子集中过程。相距 0.2 cm 的两截面上O2的分压分别为 13.33 kPa 和 6.67 kPa，又知集中系数为 0.185cm2/s，试计算以下两种状况下 O2的传递速率，kmol/(m2s)：(1) O2与 CO 两种气体作等分子反向集中。(2) CO 气体为停滞组分。解： 1 等分子反向集中时O2的传递速率：2 O2通过停滞CO 的集中速率5. 一浅盘内存有 2 mm 厚的水层，在 20 的恒定温度下渐渐蒸发并集中到大气中。假定集中始终是通过一层厚度为 5 mm 的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。集中系数为 2.6010-5时间
5、。m2/s，大气压强为 101.33 KPa。求蒸干水层所需的解： 这是属于组分( A) 通过停滞组分的集中。集中距离静止空气膜厚度为 Z = 510-3 m .水层外表的水蒸气分压 (20 C) 的饱和水蒸气压力为 PA1= 2.3346kP .a静止空气膜层以外;水蒸气分压为 P= 0A2单位面积上单位时间的水分蒸发量为故液面下降速度：水层蒸干的时间：6. 试依据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算 0 、101.33 kPa 时氨和氯化氢在空气中的集中系数 D (m2/s)，并将计算结果与表 2-2 中的数据相比较。解：(1). 氨在空气中的集中系数. 查表2.4 知道，空气的分子体积：氨的分
6、子体积：又知 MB= 29g / mol.MA= 17 g / mol则0 C.101.33kPa时，氨在空气中的集中系数可由 MaxweaGilliland 式计算.(2) 同理求得7. 在 101.33 kPa、27 下用水吸取混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系听从亨利定律。溶解度系数 H=1.955 kmol/(m3kPa)，气膜吸取系数 k =1.5510-5 kmol/(m2skPa) ， 液膜吸取系数 k =2.0810-5GLkmol/(m2kmol/m3)。试求总吸取系数 K ，并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。G解： 总吸取系数气膜 P 助在点
7、P 助中所占百分数.8. 在吸取塔内用水吸取棍子空气中的甲醇，操作温度 27 ，压强 101.33 KPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5 kPa ，液相中甲醇组成为 2.11 kmol/m3。试依据上题中的有关数据算出该截面上的吸取速率。解： 吸取速率 NA= K (PGA- P * )A由上题已求出 kG= 1.122 10-5 kmol /(m2 s kP )a又知： H = 1.955kmol /(m3 kP )a则该截面上气相甲醇的平衡分压为N= 1.12210-5 (5 -1.08) = 4.4 10-5 kmol /(m2 s)则 A= 0.1583kmol /(
8、m2 h)9. 在逆流操作的吸取塔中，于 101.33 kpa、25 下用清水吸取混合气中的 H S，2将其组成由 2%降至 0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数 E=5.5216 kPa。1L假设取吸取剂用量为理论最小用量的 12 倍，试计算操作液气比V 及出口液相组成 X 假设压L强改为 1013 kPa，其他条件不变，再求 V 手及 X 1解： 1 求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成。LY - Y0.0204 - 0.0011最小液气比()=12= 518.V minY - X m20.0204 / 545LL操作液气比为V出口液相浓度2 求1013kPa=
9、1.2 ()= 1.2 518 = 622.V min下的操作液气比及出口液组成则：出口液相组成：11. 在 101.33 kPa 下用水吸取据于空气中的氨。氨的摩尔分数为 0.1，混合气体于 40 下进入塔底，体积流量为 0.556 m3/s，空塔气速为 1.2 m/s。吸取剂用量为理论最小用量的 1.1 倍，氨的吸取率为95%，且已估算出塔内气相体积吸取总系数 K Ya的平均值为 0.1112 kmol/(m 3 s)。在操作条件下的气液平衡关系为Y * = 2.6 X ，试求塔径及填料层高度。解：Y =0.111- 0.1= 0.1111Y = Y (1-j ) = 0.1111(1-
10、0.95) = 0.005555.21X= 0.2LY - Y0.1111- 0.0055551()=12= 2.47.V minLY - X m0.111122.6V = 1.1 2.47 = 2.72.VLX =(Y11- Y ) + X22=12.72 (0.1111 - 0.005555) + 0 = 0.0388.S = mV = 2.6 = 0.956.L2.721N=1ln(1- S ) Y- Y *2+ S =1ln(1- 0.956) 0.1111+ 0.956 = 13.8G1- SY2- Y *21- 0.9560.005555塔截面积：塔径：又知：V =0.556 27
11、3 0.9 = 0.0195kmol / s.22.4273 + 40则：塔上填料层高度：12. 在吸取塔中用清水吸取混合气中的 SO ，气体流量为 5000 m3(标准)/h，其中2SO 占 10%，要求 SO22回收率为 95%。气、液逆流接触，在塔的操作条件下 SO2在两相间的平衡关系近似为Y* =26.7X 。试求：(1) 假设取用水量为最小用量的 15 倍，用水量应为多少?(2) 在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数;(3) 如仍用(2)中求出的理论板数，而要求回收率从 95%提高到 98%，用水量应增加到多少?解：1 求用水量：（2） 求理论板数(a) 梯级图解法在Y - X 直
12、角坐标图中给出平衡线 oE.CY * = 26.7 7 及操作线 BT 由图中 B 点开头在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数 NT = 5.5(b) 用克列姆塞尔算图则相对回收率j =Y - Y12= 0.1111 - 0.00556 = 0.95Y - mX120.1111在理论最小用水量下， NTL= ，J 据此查图2 - 21得：Amin= 0.95而 min= 0.95mV查图2 - 21或由式2 - 77c 计算可知当：A =L mV= 1.43.j = 0.95 时两种方法解得的结果一样。（3） 求 r = 98时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，： j ” = 0.98.NT
13、据此查图 2 - 21得 A” = 1.75 .= 5.5则： L” = 1.75mV = 1.75 26.7 201 = 9390kmol / h.故需要增加的用水量13. 在一个接触效能相当于 8 层理论塔板的筛板塔内，用一种摩尔质量为 250、密度为则 900 kg/m3 的不挥发油吸取捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为 101.33 kPa， 温度为 15 ，进塔气体含丁烷 5%(体积)，要求回收率为 95%。丁烷在 15 时的蒸气压强为 194.5 kPa，液相密度为 58O kg/m3 假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用，求：(1) 回收每 1 m3 丁烷需用溶剂油多少(m3)?(2)
14、假设操作压强改为 304.O kPa，而其他条件不变，则上述溶剂油耗量将是多少(m3)?解： (1). 由拉乌尔定律.由于为低组成吸取，可以认为Y * = 1.92X由克列姆塞尔方程得到： 解得：由此可知，每回收1kmol 丁烷所需纯溶剂油数量为丁烷的摩尔质量为58.08.则回收每1m3液体丁烷所需溶剂油的体积为(2). 假设 p = 304.0kPa. 则：由于 X2= 0 故Y * = 02Y * = 0.042. (条件未变，仍用上法求得)114. 在一逆流吸取塔中用三乙醇胶水溶液吸取混于气态烃中的 H S，进塔气相含2H S 2.91%(体积)，要求吸取率不低于 99%，操作温度 30
15、0 K，压强为 101.33 kPa，平2衡关系为 Y * = 2 X ， 进塔液体为颖溶剂， 出塔液体中 H S 组成为 0.0132kmol(H S)/kmol( 溶剂)。单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.0152kmol/(m2s)，气相体积吸取总系数为 0.000395 kmol/(m3skPa)，求所需填料层高度。解： Z = H NVY=1- Y 2：GGKW YYam(0.03 - 0.026) - 0.0003mY=0.03 - 0.026则：ln= 0.00143.K= KYaG0.0003ap = 0.000395101.33 = 0.04kmol /(m2 S )
16、又知：15. 有一吸取塔，填料层高度为 3 m，操作压强为 101.33 KPa，温度为 20 ，用清水吸取棍于空气中的氨。混合气质量流速 G=58O kg/(m2h)，含氨 6%(体积)，吸取率为 99%;水的质量流速 W=770kg/(m2h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为Y * = 0.9 X 。KGa与气相质量流速的 0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作以下转变时，填料层高度应如何转变才能保持原来的吸取率(塔径 不变)：(1) 操作压强增大一倍 ;(2) 液体流量增大一倍;(3) 气体流量增大一倍。解： 混合气体的平均摩尔质量1 p” = 2 pm” =
17、 mp / p” = 0.9 12= 0.45mV”0.4519.28S ” = 0.2028L42.78m”pN” =1ln(Y - m” X12 )(1- S ” ) + S ” 由于=故 OGmp”1- S ”1Y - m” X22=ln0.0638 - 0(1- 0.2028) + 0.20281- 0.20280.000638 - 0= 5.496H=VOGK YaW = KVapWG故：填料层高度比原来削减了3 -1.198 = 1.802m2计算过程同1 .液体流速的增加对 KGa 无显著影响.则： Z ” = N” H” = 5.496 0.4358 = 2.395m.OGOG
18、即所需填料层高度较原来削减了 3 - 2.395 = 0.605m(3)气体质量流速增大时，总吸取系数 KGa 相应增大.即所需填料层高度较原来增加 7.92 - 3 = 4.92m16. 要在一个板式塔中用清水吸取混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为 30 kmol/h，其中含丙醇 1%(体积)。要求吸取率到达 90%，用水量为 90 kmol/h。该塔在101.33 KPa、27 下等温操作，丙醇在气、液两相中的平衡关系为Y * = 2.53X ，求所需理论板数。解：由题意知 m = 2.53则：又由于 X2第三章= 0 .则：2. 解：(1) 塔径两种填料的f 值如下.50mm 50mm
19、 4.5mm 陶瓷拉西环(乱堆)：f = 2051/ m25mm 25mm 2.5mm 陶瓷拉西环(乱堆)：f = 4501/ m比较两种填料的 f 值可知，小填料的泛点气速应比大填料的低，故应接小填料计算塔径.由图(3 -18) 中的乱堆填料泛点线查得故： 塔径：(2). 压强降因两段填料层具有不同的f 值，故塔内流淌阻力应分两段计算. 上层： 25mm 25mm 2.5mm. 乱堆瓷环由图(3 -18) 查得则全塔压降 p总= 1373.4 5 + 314 5 = 8437 P .a3. 解： 查附录知. rV= 1.205kg / m3 , rL= 998.2kg / m3 , mL= 1.005mP Sa可查得两种填料的f 值为25mm 25mm 2.5mm瓷拉西环:f = 450 1/ m25mm 25mm 0.6mm金属鲍尔环： f = 160 1/ m由图(3 -18) 查得对应于此横坐标数值的纵坐标值(乱堆填料泛点线) 即：液泛的气体体积流量上升气量3000m3 / h Vmax，故会发生液泛。改用鲍尔环，假设鲍尔环的液泛速度为 m因横坐标值不变，则纵坐标仍为 0.1” ，填料因子为f ”F故改用鲍尔环后，发生液泛的上升气量为