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1、第二章吸收L从手册中查得101.33KPa、25 c时，若100g水中含氨1g,则此溶液上方的 氨气平衡分压为0.987 KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求 溶解度系数H （kmol/ （而kPa）及相平衡常数m。解：（1）求HC由Pmr求算.NHsTT已知：P 0.987kP .相应的溶液浓度C可用如下方法算出： N/aNH3以100 g水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为1000 kg/m 3 则：1/17C 0.582km ol/m 3NH 1 00 110000.582H C /P 0.590km ol/ tn 3 kP )nh3 nh3 0.9
2、87ay m xnh5 n口 yP 0.987y nh,0.00974，nh p 101.331 /17x 0.0105N 3 1 /17 100/180.9280.00974 m y /xNH3 NH3 0.01052.101.33 kpa 10C时，氧气在水中的溶解度可用p。2 =3.31 R （Xx表示。式 中：P02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 度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。21.28kPa6.43 1() 6解：氧在空气中的摩尔分数为0.21 .故：Py 101.33 0.212P 21.28 O,3.31 版 3.31
3、IO因x。值甚小，故可以认为x x 2即：X。 xo 6.43 10 6所以：溶解度6.43 10 6 321 181.14 10 5kg1L42kmol/(m2卜)，气相体积吸收总系数为0.000395kmol/(mskPa),求所需填料层高度。解:已知：V( Y Y)N G K YYa m0.030.0291Y 1 1 0.0291Y Y (1 ) 0.03 (1 0.99) 0.0003 21X0.013Y.m00)13 0.026iiiX 0.Y 022则:(0.03 0. 026) 0.0003t 0.03 0.026In0.00030.00143.K K ap 0.000395 1
4、01.33 0.04km ol/ to 2 s ) Ya G又知:V0.015km ol/ m 2 s)0.015H0.375m.g 0.040.03 0.0003 20.80.00143Z 0.375 20.8 7.8m .15.有一吸收塔，填料层高度为3 m,操作压强为10L33 KPa,温度为20, 用清水吸收棍于空气中的氨。混合气质量流速G=580kg/(m2h)，含氨6%(体积)，吸收率为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*().9X。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:牛分别作 下列改变时，填
5、料层高度应如何改变才干保持原来的吸收率(塔径不变)：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： 已知Z 3m ,p 101.325kP ,T 293k. a0.06Y 0.0638.X 0.1 1 0.062Y Y (1 ) 0.0638 (1 0.99) 0.0006382 1混合气体的平均摩尔质量M 29 0.94 17 0.06 28.28kg /km 1V 580 (1 0. 06) 19.28km ol/bi 2 h) 28.28L 77042.78km ol/ (n 2 h)18mV 0.9 19.28S 0.4056L 42.781 Y mXN ln(
6、l S)( 2) SOG 1 s Y mX2 210.0638 0In (1 0.4056) 0.4056 1 0.4056 0.0006386.884HOGZ 3N 6.884OG0.4358m1m m p / p 1 0.9 0.45 2mV 0.45 19.28S,L 42.780.2028由于上mP 11Ym X ln( i2)(11 StYmX 2210.0638 0ln0.2028 0.000638 0S ) S (1 0.2028) 0.20285.496K apG故:H POGH POG10.43580.2179m 2PH HOGO pH N 1 0J179 5.496 lJ9
7、8m .OG OG填料层高度比原来减少了 3 1.198 1.802m (2)L 2LmV mV 1S 0.4056 0.2028L 2L VN * 5.496.OG(计算过程同(1).液体流速的增加对K a无显著影响.H H 0.4358m.OG OG则：Z N H 1 5.496 0.4358 2.395m. OG OG即所需填料层高度较原来减少了 32.395 0.605m(3)V 2VS,mVLm(2V)L2 0.4056 0.81121N ln100 (1 0.8112) 0.8112 15.8og 1 0.8112气体质量流速增大时，总吸收系数Ka相应增大.GK V 0.8VK K
8、 ( )0.8 20.8 KG a G a V GaHOGV：K pGaZ H N OG OG2V2。* K pGa15.8 0.50120.2H 2o.2 0.4358 0.501m.OG7.92m.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收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量 为30kmol/h,其中含丙醇1%（体积）。要求吸收率达到90%,用水量为90kmol/h。 该塔在101.33KPa、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：V 30 (1 0.01) 29.7km ol/h.0.011 0.010
9、.0101Y Y(1) 0.0101 (1 0.90) 0.0010121 AL 90km ol/hV (Y Y) 29.7 (0. 0101 0.00101)X X100.003. 2 l90由题意知m 2.53则:mV 2.53 29.7 又因为X0 .则：2A 0.901.1977AIn11.1977 0.901InN 10.90丁 lnAlnl.19771 5.05第三章2.蓬(1)塔径两种填料的值如下.50mm 50mm 4.5mm 陶瓷拉西环(乱堆)：2051 /m25mm 25mm 2.5mm陶瓷拉西环(乱堆):4501 /m比较两种填料的值可知，小填料的泛点气速应比大填料的低，
10、故应接小填料计算塔径.W40001.16c ( V )0.5()0.5 0.163W 700 1.16 1050 v L由图(3 18)中的乱堆填料泛点线查得0.20.121000水故：0.952.10500.81.568m /s.0.12r/0.12 9.81 10502 V 450 V L0.8 1.588 1.254m/s塔径:D V/ u 4 7()/(3600 3.14 1.254) 0.444m.压强降因两段填料层具有不同的值，故塔内流动阻力应分两段计算.上层：25mm 25mm 2.5mm ,乱堆瓷环口(1.25 ) 450 0.952 1.16v- 0.2 (1.06 ) 0.
11、0767.g l9.81 1050LW(L-) ( V)0.50. 163W V L由图(3 18)查得P32 9.81P/m 314 P/m . z aa则全塔压降 p 1373.4 5 314 5 8437 P . 总a3.解： 查附录知.v 1.205k/m3,998.2kg/m 3,1.005mP S可查得两种填料的值为次本上 Hirr 25m m 25m m 2.5m m 能拉西环：450 1 /m人25m m 25mm 0.6m m金属鲍尔环：160 1 /m(L)( V)0.5 5 ( 998.2V L1.205)o-5 0.174 W由图（3 18）查得对应于此横坐标数值的纵坐
12、标值（乱堆填料泛点线）0 20.1L即:4501 1.2059.81 998.21.34m /s.P (1.005)0 2 0.0554 2 0.1液泛的气体体积流量V D 20.785 0.82 1.34 3600 2424m 3/hmax 4 F上升气量3000m 3/h V，故会发生液泛。 m ax改用鲍尔环，若鲍尔环的液泛速度为 填料因子为F因横坐标值不变，则纵坐标仍为0.1450FHi _ ，160F45021.8055.08-2.253m/S.f160f故改用鲍尔环后，发生液泛的上升气量为V 0.785 0.82 2.253 3600 4075m 3/h. m ax3 .某混合气体
13、中含有2%(体积)CO于其余为空气。混合气体的温度为30,总 压强为506.6 kPa。从手册中查得30 时CO ,在水中的亨利系数E =1.88x105 KPa, 试求溶解度系数H (kmol/(m3k-Pa、)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 9o解：.求H由H 求算.EM匕。1000H EM 1.88 105 18H22.955 10 4km。1/加3 kP)a.求mE 1.88 105m 371506.6(1)当y 0.02时.100g水溶解的CO co 210.131.88 105P 506.6 0.02 10.13kP5.39 10 5因x很小，
14、故可近似认为X xX 5.39 10km ol(C O ) 52 kmol(H O ) 25.39 10 544、( kg(CO)一)L18 kg (H O )21.318 1() 4kg(CO)2kg (H O)故100克水中溶有CO 0.01318gCO 224 .在101.33 kPa、0下的。2与CO混合气体中发生稳定的份子扩散过程。已 知相距0.2cm的两截面上0,的分压分别为13.33kPa和6.67kPa,又知扩散系数为 0.185cm2/s,试计算下列两种情况下O9的传递速率，kmol/(m2s-)：(1) O 2与co两种气体作等份子反向扩散。(2) CO气体为停滞组分。解：
15、(1)等份子反向扩散时O的传递速率：(PA1!72p AD 0.185cm 2/s 1.85 10 5 m 2/s.T 273Kp 101.325kP ,Z 0.2cm 20 3mP 13.33kP.P 6.67kPAla A 2a1.85 10 5N (13.33 6.67) 2.71 10 5 (km ol/m 2 s)a 8.314 273 2 10 3(2)o通过停滞CO的扩散速率2DPD P P 1.85 10 5 101.33101.33 6.67N (P P )In B2 In-a RTZP A,a2 rtz P8.314 273 2 10 3 101.33 13.33 BmBl
16、3.01 10 5 km ol/m 2 s5 . 一浅盘内存有2 mm厚的水层，在20 c的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到 大气中。假定扩散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。扩散系数为2.60* O5m 2/s,大气压强为101.33 KPa。求蒸 干水层所需的时间。解：这是属于组分(A)通过停滞组分的扩散。已知扩散距离(静止空气膜厚度)为Z 5 10 3m .水层表面的水蒸气分压(20C)的饱和水蒸气压力为p 2.3346kP.A 1a静止空气膜层以外;水蒸气分压为P 0A2D 2.6 1() 5m2/s.P 101.33kP .T 273 20 29
17、3 Ka单位面积上单位时间的水分蒸发量为DPD P P 2.6 10 5 101.33101.33N (P P ) In B2 InA RTZP Al A2 RTZ P 8.314 293 5 10 3 101.33 2.3346 BmB 15.03 10 6 km ol/ tn2 s)故液面下降速度：d N M 5.03 10 6 18a a9.07 lOm/s,d998.2水层蒸干的时间：h 5 10 3d/d 9.07 10 h2.205 104s 6.125h6 .试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 101.33 kPa时氨和氯化氢在 空气中的扩散系数D(m %)并将计算结果与表2
18、-2中的数据相比较。解：(1).氨在空气中的扩散系数. 查表2.4知道，空气的份子体积：V 29.9cm 3/m olB氨的份子体积：V 25.8cm 3/m olA又知 M 29 g /mol.M 17 g /mol BA则 OC.101.3 IP时aMaxweaGilliland式计算.I 14.36 10 5(273)3r-)sIl 29D 10614 10 5m 2/sNIS 101.33 (25.8)1/3 (29.9)1/3同理求得D 1.323 10 5 m 2/s HCl7.在101.33kPa、27 C下用水吸收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
19、服从亨利定律。已知溶解度系数H=1.955 kmol/(m3k.pa),气膜吸收系数 kG=1.551 xO-5kmol/(m2s-k-Pa),液膜吸收系数 kL=2.O81xO- 5kmol/(m2k-mol/m3)o试求总吸收系数KG,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分 数。解：总吸收系数1 1& Viiik H k 1.55 10 5 1.955 2.08 10 5G C气膜P助在点P助中所占百分数.1.122 lO5km ol/ii2 skP)1/k1.122o-723l/kl,Hk 1.55/GC/8.在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27 ,压强101.33 KPa。稳定操
20、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/m3o试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解：吸收速率N K (P P )A G A A由上题已求出k 1.122 10 s km ol/ (n 2 s kP )又知： H 1.955kmol/(T3kP)则该截面上气相甲醇的平衡分压为P C/H 2.11/1.955 1.08kP .P 5kP.Aa A a则 N, 1.122 10 5 (5 1.08)4.4 10 5kmol/l2 s)0.1583kmol/fc2 h)9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 C下用清水吸收混合气
21、中的H2S ,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LE =5.52 1x6kPao若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍，试计算操作液气比VL及出口液相组成誉若压强改为1013 kPa,其他条件不变，再求V手及X|解：(1 )求101.33kP下，操作液气比及出口液相组成。E 5.52 10 4 m - 545.P 101.33y 0.02Y -10.02040.0011 1 y 1 0.02 y 0.001 Y r2 1 y 1 0.001 2Y Y 0.0204 0.001 1 2X 0 2 最小液气比V min Y 0.0204/545 X m 2操作液气比
22、为上1.2TL )- 1.2 518 622.V V min出口液相浓度VX X (Y Y)12 L 1210(0.0204 0.001)3.12 10 5622(2 )求1013kp下的操作液气比及出口液组成E 5.52 10 4 m - 545.P 1013则:L Y Y 0.0204 0.0001 ()251 8V 人山 Y0.0204/5451.2 51.8 62.2 V出口液相组成：V1X X(YY) 0 (0.0204 0.001) 3.12 10 41 2L 1262.211.在101.33kPa下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1,混 合气体于40 下进入塔底，体
23、积流量为0.556 m3/s,空塔气速为1.2 m/ s吸收剂用 量为理论最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数K骨的平均值为0.1112kmol/(m 3S)。在操作条件下的气液平衡关系为Y* 2.6X,试求塔径及填料层高度。解:1 0.10.1 1 1 I2L ()V m inY(1 ) i0.0.1111 (1 0.95) 0.005555.0.1 1 1 1 0.005555=2.47.Y0.1111i X m 22.6L1.1V2.47 2.72. V(Y Y)L 1 22m V 2.6X2.72(0. 1 1 1 1 0. 005555) 0 0.
24、0388.SL 2.720.956.N1 0.956塔截面积:Y Y 1 ln(l S ) i 2 S- 0.005555 220.1111ln(l 0.956)0.956 13.8 G 1 S0.556/1.2 0.463m 2.塔径：D J6.463 0.77m .T70.556273乂知：v0.9 0.0195km ol/s.22.4273 400.0195则:0.38m .Hg K 0.1112 0.463Ya塔上填料层高度：Z H N 0.38 13.8 5.23m.G G12.在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO,气体流量为5000m3(标准)/h, 其中SO,占10% ,要求SO,
25、回收率为95% o气、液逆流接触，在塔的操作条件下 50 2在两相间的平衡关系近似为丫*26左。试求：(1)若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；如仍用中求出的理论板数，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：Lin in0.100.11111 0.100.1 1 1 1 (1 0.95) 0.005565000 (1 0. 10) 201km ol/h.22.4V(Y Y) 201 (0.111 0. 00556)12 L 1.5L1.5 5100in in(2)求理论板数0.1111 026.7765
26、0km ol /h.(水)5100km ol/h.(a)梯级图解法VX (Y Y )1 L 12201 (0.1111 0.00556) 0.00277.7650在Y X直角坐标图中给出平衡线oE .CY 26.7 7及操作线BT 由图中B点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数N 5.5 T(b)用克列姆塞尔算图95/.X 02则相对回收率Y Y12-Y mX120.1 1 1 1 0.005560.950.1111在理论最小用水量下，N , J据此查图2 21得： TA 0.95 而 0.9 5 minm VL 1.5L1,5 0.95mVmin1.5 0.95 26.7 201765
27、0 kmol /h （水）查图2 21（或者由式277 c计算）可知当：A 7 1.43. 0.95 时mVN 5.5T两种方法解得的结果相同。（3）求98/时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：, 0.98.N5,5T据此查图2 21得A T.75.则： L 1.75mV 1.75 26.7 201 9390 kmol /h.故需要增加的用水量L L 9390 7650 1740 kmol /h 3.13 10 4 kg /h. （水）（水）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900kg/m 3的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为
28、 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 c时的蒸气压强为194.5 kPa,液相密度为580 kg/m 3假定拉乌尔定律及道尔 顿定律合用，求：（1）回收每1 m3丁烷需用溶剂油多少（m3）?（2）若操作压强改为304.0 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.p 194.5y x x 1.92x.p 101.33由于为低组成吸收，可以认为Y 1.92X0.05Y 0.0526.X 0.Y01 1 0.0522Y Y （I ） 0.0526 （1 0.95） 0.00263.2 1由克列姆
29、塞尔方程得到：解得:Y YIn i iY Y22Y YIn i 2Y0.0526 YIn 10.0263 00.0526 0.00263InYO0.042Y 1.920.0420.022.1.92由此可知,每回收Ikmol 丁烷所需纯溶剂油数量为X X 0.022 0I 245.5km ol /kmol（油）（丁烷）丁烷的摩尔质量为58.08,则回收每Inv液体丁烷所需溶剂油的体积为45.5 250 /900126.2m 3 /m 358.08/580（油）（丁烷）.若 p 304.0kPa .则：194.5y x 0.6398x. Y 0.6398X .304.0因为X0故Y 022Y 0.042.（条件未变，仍用上法求得）Y0.0421 0.0656.m0.6398 15.24km ol /km ol0.0656 0（油）（丁烷）15.24 2501900,42 28 3 /m 358.08/580M （液体丁烷）14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态姓中的H?S,进塔气 相含H 2s 2.91%（体积），要求吸收率不低于99%,操作温度300 K,压强为101.33 kPa,平衡关系为Y* 2X,进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H 2s组成为0.013 kmol（HS）/kmol（溶剂）。已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015