化工原理第五章吸收题.docx
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化工原理第五章吸收题
浓度换算
甲醇15%(质量)的水溶液,其密度为970Kg/m3,试计算该溶液中甲醇的:
(1)摩尔分率;
(2)摩尔比;(3)质量比;(4)质量浓度;(5)摩尔浓度。
分子扩散
估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在
(1)空气,
(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。
一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20C空气以一定速度吹过管口,经5小时后液面下降到离管
口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg],丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。
浅盘内盛水。
水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。
假定传质阻力相当
于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。
在塔内某处,氨在气相中的
Na=10-4[kmol/m2S],气相扩散
21%,求达到平衡时氧在水
[g/m3atm]及[kmol/m3Pa]表示。
一填料塔在常压和295K下操作,用水除去含氨混合气体中的氨。
组成ya=5%(摩尔百分率)。
液相氨的平衡分压P=66OPa,物质通量系数DG=[cm2/s],求气膜的当量厚度。
相平衡与亨利定律
温度为10C的常压空气与水接触,氧在空气中的体积百分率为中的最大浓度,(以[g/m3]、摩尔分率表示)及溶解度系数。
以
的气相浓度
当系统服从亨利定律时,对同一温度和液相浓度,如果总压增大一倍则与之平衡(或分压)(A)Y增大一倍;(B)P增大一倍;(C)Y减小一倍;(D)P减小一倍。
25C及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3,与1m3的清水在容积2m3的密闭容
器中接触进行传质,试问气液达到平衡后,
(1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少?
⑵刚开始接触时的总传质推动力△P,△各为多少?
气液达到平衡时的总传质推动力又为
多少?
在填料塔中用清水吸收气体中所含的丙酮蒸气,操作温度20C,压力1atm。
若已知气相与液相
传质分系数(简称传质系数)kG=xiO-4[kmol/[m/s],平衡关系服从亨利定律,亨利系数E=32atm,
求Kg、Kx、Ky和气相阻力在总阻力中所占的比例。
在一填料塔中用清水吸收混合气中的氨。
吸收塔某一截面上的气相浓度y=,液相浓度x=(均
为摩尔分率)。
气相传质系数ky=xio-4[kmol/.△液相传质系数kx=xio-2[kmol/.△X)]作条件下的平衡关系为y=求该截面上的:
(1)总传质系数Ky,[kmol/.△y)];
(2)总推动力△y;
⑶气相传质阻力占总阻力的比例
示意画出下列吸收塔的
操作线。
(图中yb1>yb2,Xa2>Xa1;yb2气体和Xa2液体均在塔内与其气、液相浓度相同的地方加入)
处Ifxb
习题12附图
在填料塔中用纯水逆流吸收气体混合物中的S02,混合气中SO2初始浓度为5%(体积),在操作条件下相平衡关系y=试分别计算液气比为4和6时,气体的极限出口浓度(即填料层为无限高时,塔气体出口浓度)及画出操作线。
在吸收过程中,一般按图1设计,有人建议按图2流程设计吸收塔,试写出两种情况下的操作线方程,画出其操作线,并用图示符号说明操作线斜率和塔顶、底的操作状态点。
设计型计算
1400[Nm3/h],其中含丙酮4%(体积%),要
平衡关系为y=气相
Kmol/.△Y),操作条件下的平衡关系为
90%,试求所须填料层高度。
10%,而其它条件(气、液相入塔组成、吸收剂
A的含量及吸收液组成将如何变化?
已知KYa^o
用填料塔以清水吸收空气中的丙酮,入塔混合气量为
求丙酮回收率为99%,吸收塔常压逆流操作,操作液气比取最小液气比的倍
总传质单兀咼度HoG=0.5m求:
(1)用水量及水溶液的出口浓度Xb
Nog)。
(2)填料层高度Z(用对数平均推动力法计算
某工厂拟用清水吸收混合气体中的溶质A,清水用量为4500[kg/h],混合
气体量为2240[Nm3/h],其中溶质A的含量为5%(体积%),要求吸收后气体中溶质含量为%,上述任务用填料塔来完成,已知体积总传质系数KYa
为307[kmol/],平衡关系为y=2x,如塔径已确定为1m,求填料层高度为多少m?
(NoG用吸收因数法)
用填料塔从一混合气体中吸收所含苯。
进塔混合气体含苯5%(体积百
分数),其余为惰性气体。
回收率为95%。
吸收塔操作压强为780mmHg,温度为25C,进入填料塔的混合气体为1000m3/h。
吸收剂为不含苯的煤
油。
煤油的耗用量为最小用量的倍。
气液逆流流动。
已知该系统的平衡关系为丫=(式中丫、X均为摩尔比)。
已知气相体积总传质系数
KYa=125kmol/。
煤油的平均分子量为170Kg/Kmol。
塔径为0.6m。
试求:
煤油的耗用量为多少Kg/h?
煤油出塔浓度Xi为多少?
填料层高度为多少m?
吸收塔每小时回收多少Kg苯?
欲提高回收率可采用哪些措施?
并说明理由。
在逆流操作的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气体中的可溶解组分。
已知:
吸收剂用量为最小量
的倍,气相总传单元高度HoG=1.11m,(HoG=GB/KYa,其中Gb---惰性气体的流率,Kmol/;KYa---
以气相摩尔比差为总推动力的气相体积总传质系数
Y=mX(Y、X--摩尔比),要求A组分的回收率为在上述填料塔内,若将混合气体的流率增加用量、操作温度、压强)不变,试定性判断尾气中
在常压填料逆流吸收塔中,用清水吸收混合气体中的氨,混合气量为2000m3/h,其中氨的流量为160m3/h,出口气体中氨的流量为4m3/h,操作温度为20C,平衡关系为丫=传质系数KY=m2h
△Y(均按摩尔比表示),试求:
(1)吸收率n为多少?
若吸收剂量为最小用量的倍时,求溶液的出口浓度。
(2)已知塔径为1.2m,内充25X25X3的乱堆填料拉西环,填料有效比面积约200m2/m3,求填料层高度。
(3)若使V、Y、nX1不变,而使吸收剂改为含氨%(mlo%)的水溶液时,填料层高度有何变化(Ky可视为不变)o
习题丑附图
操作型计算
含氨%(体积%)的气体通过填料塔用清水吸收其中的
氨。
平衡关系y=液气摩尔比L/G=,总传质单元高度Hog=0.4m,填料层高度ho=6m。
(1)求出塔气体中氨的浓度(或吸收率);
(2)可以采用哪些措施提高吸收率n?
口欲达到吸收率为%,对你所采取的措施作出估
算。
空气中含丙酮2%(体积%),在填料塔中用水吸收。
填料层高度ho=10m,混合气体摩尔流率
G=[kmol/],水的摩尔流率L=[kmol/],气相传单元高度Hg=0.76m,液相传质单元高度HL=0.43m,操作温度下的亨利常数E=177[KN/m2],操作压力为100[KN/m2],求出口气体浓度。
A,在操作条件下,相平衡关系为
用不含溶质的吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分
Y=mX。
试证明:
(L/V)min=mn,式中n为溶质A的吸收率。
综合计算
在直径为0.8m的填料塔中,用1200Kg/h的清水吸收空气和SO2混合气中的SO2,混合气量为1000m3(标准)/h,混合气含%(体积),要求回收率为%,操作条件为20C,1atm,平衡关系为ye=,总体积传质系数Kya=.y,求液体出口浓度和填料层高度。
在塔径为1.33m的逆流操作的填料吸收塔中,用清水吸收温度为20C,压力为1atm的某混合
气体中的CO2,混合气体处理量为1000m3/h,CO2含量为13%(体积),其余为惰性气体要求CO2的吸收率为90%,塔底的出口溶液浓度为1000gH20,操作条件下的气液平衡关系为Y=1420X(式
中丫、X均为摩尔比),液相体积吸收总系数Kxa=10695Kmol/m3.h,CO2分子量为44,水分子量为
18。
试求:
(1)吸收剂用量(Kg/h);
(2)所需填料层高度(m)。
某厂使用填料塔,以清水逆流吸收某混合气体中的有害组分A。
已知填料层高度为8m。
操作
中测得进塔混合气组成为(组分A的摩尔分率,以下同),出塔尾气中组成为,出塔水溶液组成为。
操作条件下的平衡关系为y=。
试求:
(1)该塔的气相总传质单元高度;
(2)该厂为降低最终的尾气排放浓度,准备另加一个塔径与原塔相同的填料塔。
若两塔串
联操作,气液流量和初始组成均不变,要求最终的尾气排放浓度降至,求新加塔的填料层高度。
注:
计算中可近似用摩尔分率代替摩尔比。
流率为的空气混合气中含氨2%(体积),拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。
塔顶喷入浓度为(摩尔分率)的稀氨水溶液,采用液气比为最小液气比的倍,操作范围的平衡关系为y=,所用填料的气相总传质系数Kya=.△y。
试求:
(1)液体离开塔底时的浓度(摩尔分率);
(2)全塔平均推动力△ym;
(3)填料层高度。
在填料高度为5m的常压填料塔内,用纯水吸收气体混合物中少量的可溶组分。
气液逆流接触,液气比为,操作条件下的平衡关系为丫=,溶质的回收率为90%,若保持气液两相流量不变,欲
将回收率提高到95%,求填料层高度应增加多少m?
用纯溶剂S吸收混合气体中溶质A。
操作条件为P=1atm,t=27C。
已知:
惰性气体的质量流速为5800Kg/,惰性气体的分子量为29,气相总传质单元高度Hog=0.5m,塔内各截面上溶液上方溶质A的分压均为零(即相平衡常数m=0)。
试计算:
(1)下列三种情况所需填料层高度各为若干
y1=,吸收率
y1=,吸收率
(3)在操作中发现,由于液体用量偏小,填料没有完全润湿而达不到预期收率回收塔能力所限,不能再加大溶剂供给量,你有什么简单有效措施可保证设计吸收
在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积)的空气--氨混合气中的氨,已知混合气量为
2826Nm3/h,气体空塔速度为1m/s(标准状况),平衡关系为丫=(摩尔比),气相体积总传质系数Kva
为180Kmol/.(△Y),吸收剂用量为最小用量的倍,要求吸收率为98%。
试求:
(1)溶液的出口浓度Xi(摩尔比);
(2)气相总传质单元高度HOG和气相总传质单元数NOG;
(3)若吸收剂改为含NH3为(摩尔比)的水溶液,问能否达到吸收率98%的要求?
为什么?
在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A,已知气体混合物中溶质A的
初始组成为,通过吸收后气体出口组成为0.02,吸收后溶液出口组成为0.098(均为摩尔分率),操
作条件下气液平衡关系为y=并已知此吸收过程为气相阻力控制。
求:
(1)气相总传质单元数NOG;
(2)当液体流量增加一倍时,在气量和气液进口组成不变情况下,溶质A的被吸收量变
为原来的多少倍?
填料塔的校核计算
一填料吸收塔,填料层高度ho=5m,塔截面积为0.1m2,入塔混合气体中溶质含量yb为(摩尔分率,以下同),用某种纯溶剂吸收,逆流操作,溶剂量L为kmol/s,出塔溶液中溶质含量xb=,出塔气体中溶质含量ya为,平衡关系为y=,求总体积传质系数Kya[kmol/]。
在逆流填料吸收塔中,用清水吸收含SO2的气体混合物入塔SO2浓度为%(体积%),其余为惰性气体。
出塔气体SO2的分压为[KN/m2]。
液相出塔浓度为(摩尔分率)。
吸收操作在[KN/m2]总压,温度20C下进行。
已知水的流量为27800[kg/h],塔截面积为[m2],填料层高度为5[m],试求液相体积吸收总系数Kxa[kmol/]。
已知液相出口平衡浓度为X10-3摩尔分率,且平衡关系为一直线。
有一填料层高度为3m的吸收塔,可从含氨6%(体积%)的空气混合物中回收99%的氨。
混合气体流率为620[kg/],吸收剂为清水,其流率为900[kg/],生产条件有下例两种改变,试问该填料层高
度是否满足要求。
(1)气体流量增加一倍;
(2)液体流量增加一倍。
在操作范围内氨水平衡关系y=总传质系数Kya与气体流率G的次方成正比而与液体流率
的影响很小。
在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质A,进塔气体中溶质A的含量为
8%(体积%),吸收率为98%,操作条件下的平衡关系为y=取吸收剂用量为最小用量的倍,试求:
(1)水溶液的出塔浓度;
0.6m,现有一填料层高度为6m的塔,问塔是否合用?
用混合气体量代替惰性气体量,用溶液量代替溶剂量。
(2)若气相总传质单元高度为注:
计算中可用摩尔分率代替摩尔比
部分溶剂循环吸
在填料塔内用纯水吸收某气体混合物中的可溶组分,气体入塔浓度为(摩尔分率),当两相逆流操作,液气摩尔比为时,气体的吸收率为,而气液平衡常数m=。
若保持新鲜吸收剂用量不变
而将塔底排出液的10%送至塔顶与新鲜吸收剂相混合加入塔内,试求此时气体出口浓度为多少
计算时假定吸收过程为气相阻力控制(或气膜控制)。
两股溶剂或两股气体同时吸收
一逆流吸收塔填料层高度为8m,用两股溶剂
回收混合气体中的溶质。
两股溶剂量各占一半。
一股溶剂为纯溶剂从塔顶加入,另一股溶
剂其中溶质含量为(摩尔分率)从离填料塔顶层以下2米处加入塔内。
塔下段的液气摩尔比L/G=4,入塔气体含溶质0.05,操作条件下气
液平衡关系y=3x,传质单兀高度Hog=1.14米,求出塔气体中溶质的摩尔分率。
Xa=0=0
y狂0.004
某厂吸收塔的填料层高度为8m,用水洗去尾
气中有害组分A。
在此情况下,测得的浓度数据如图(a)所示。
已知在操作条件下平衡关系为y=试求气相传质单元高度。
由于法定的排放浓度规定,出塔气体浓度必须小于(摩尔分率),所以拟定将该塔的填料层加高,如液气摩尔比保持下变,试问填料层应加高若干米?
若加高部分改为图(b)放置构成(a)与(b)串联操作,同时在(b)中另加水吸收,其用水量与(a)相同,试问气体排放浓度ya'是否合格?
f慕b=(X008闾
习题旳附图
-a
y
ya
xa
某生产过程产生的两股混合气体,一股流量G1'=s,溶质浓度yb1=,另一股流量G2'=s,溶质浓度yb2=今用一个吸收塔回收两股气体中溶质,总回收率不低于85%,所用的吸
收剂为20C纯水,在常压、20C下操作,此时亨利系数为E=2090mmHg,求:
(1)将两股物料混合后由塔底入塔,最小吸收剂用
量为多少?
(2)若空塔气速为0.5m/s,并已测得此气速下
yb
xb
x'by'b
Kya=8X10-3Kmol/,实际液气比为最小液气比的倍,求混合进料所需塔高为多少?
(3)定性分析:
若将第二股气流在适当位置单角加入,最小吸收剂用量如何变化?
若实际
液气比与
(2)相同,则塔高将如何变化?
进料位置应在何处为最好?
脱吸、吸收联合操作
如图所示的吸收「脱吸系统,两塔填料层高度均为7米,经测定,吸收塔气体量G=1000kmol/h,脱吸(解吸)塔气体流量习题41附图
G'=300[kmol/h],吸收剂循环量为L'=150[kmol/h]。
并已知:
yb=,Xa==Xb',ya'=,yb'=O,平衡系统y=(吸收塔);
y=(脱吸塔),试求:
HOG。
(1)吸收塔气体出口浓度ya;
(3)吸收塔和脱吸塔传质单元高度
Y=,液气比L/G=,
回收率为95%。
一逆流吸收--解吸系统,两塔填料层高相同。
操作条件下吸收系统平衡关系为气
相总传质单元高度HOG=0.5m;解吸系统
用过热蒸汽吹脱,其平衡关系为y=气液比G7L=。
已知吸收塔入塔的气体组成为(摩尔分率,下同),要求入塔液体组成为,试求:
(1)吸收塔出塔液体组成;
(2)吸收塔填料层高度;
(3)解吸塔的气相总传质单元高度。
脱吸理论板等板高度等计算
要用一解吸塔处理清水,使其中CO2含量(以质量计)从200ppm降到5ppm。
塔的操作温度为25C,总压为[MN/m2],塔底送入空气中含%(体积%),操作温度下亨利常数E=X162[MN/m2],每小时处理水量为50吨,实际使用空气量为理论上最小值的50倍,求所需理论塔板数?
用一逆流操作的解吸塔,处理含CO2的水溶液,每小时处理水量为40吨,要求水中的CO2含量由8X10-5降至2X10-6(均为摩尔比)。
塔内水的喷淋密度为8000Kg/,塔底送入空气中含%(体积%),
实际使用空气量为最小用量的20倍,塔的操作温度为25C,压力为100KN/m2,该操作条件下的
亨利系数E=X10-5KN/m2,液相体积总传质系数Kxa为800Kmol/(按摩尔分率计算)。
试求:
(1)入塔空气用量(m3/h,以25C计);
(2)填料层高度。
在填料层高度为3m的常压逆流操作的吸收塔内,用清水吸收空气中的氨,混合气含氨5%(体
积,以下同),塔顶尾气含氨%,吸收因数为1,已知在该塔操作条件下氨--水系统平衡关系可用
y*=mx表示(m为常数),且测得与含氨%的混合气充分接触后的水中,氨的浓度为18.89g/1000g(水)。
试求:
(1)
(2)
(3)
质系数及传质单元高度
吸收液的出口浓度;该填料塔的气相总传质单元高度,m;等板高度,m。
计算传
填料塔中用弧鞍陶瓷填料(at=193[m2/m3]),以清水吸收空气中的低浓度SO2。
温度为303k,压强
为100KPa。
气体、液体的质量流率分别为和[kg/],试用半经验公式计算da、Kca、Hg、Hl。
综合思考题
填空与选择
1.
扩散。
/kxo
物理吸收操作属于过程,是一组分通过另一静止组分的_
当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时,则1/Ky=1/ky+
2.含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度C为m3的SO2水溶液在一个大气压下相接
触。
操作条件下两相的平衡关系为P*=1.62C(大气压),则SO2将从相向相转移,以
气相组成表示的传质总推动力为大气压,以液相组成表示的传质总推动力为
Kmol/m3o
3.
1/K=1/kL+H/kG其中1/kL表示
总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为
当项可忽略时,表示该吸收过程为液膜控制。
是非题
享利定律的表达式之一为P=Ex,若某气体在水中的享利系数E值很大说明该气体为易溶
气体。
()
(A气
低浓度气体吸收中,已知平衡关系y=2x,Kxa=m3s,Kya=2xi0-4Kmol/,则此体系属膜;B液膜;C气、液双膜)控制,总传质系数近似为Kya=Kmol/m3s。
(A)2,(b),(C),(D)2W-4
通常所讨论的吸收操作中,当吸收剂用量趋于最小用量时o
(A)回收率趋向最高;(B)吸收推动力趋向最大;(C)操作最为经济;
(D)填料层高度趋向无穷大。
4.
(1)G=KGF;
(2)G=(x*-x)F
式中:
G——传质量Kmol/hr;F----传质面积m2;
Kg----传质总系数Kmol/m2hr(KN/m2)
x----液相摩尔分率。
P、T等不变;
?
某操作中的吸收塔,用清水逆流吸收气体混合物中A组分。
若y1下降,L、G、
则回收率有何变化;若L增加,其余操作条件不变,则出塔液体X1有何变化
5.气相中:
温度升高则物质的扩散系数;压强升高则物质的扩散系数
在液相中:
液相粘度增加,则物质的扩散系
止
数
易溶气体溶液上方的分压,难溶气体溶液上
方的分压,只要组分在气相中的分压液相中
该组分的平衡分压,吸收就会继续进行,直至达到一个新的为止。
6.图所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶
解度曲线。
由图可知,它们溶解度大小的次序是;因
为o
吸收中,温度不变,压力增大,可使相平衡常数(增大,减小,不变),传质推动力—习题6附图
(增大,减小,不变)o
7.
气膜吸收分系数(气相传质分系数)
在1atm,20C下某低浓度气体被清水吸收
KG=(m2hatm),液膜吸收分系数
KL=(m2hKmol/m3),溶质的溶解度系数H=150Kmol/(m3atm),则该溶质为—溶气体,气相总传质
系数Ky=Kmol/(m2h△y),液相总传质系数Kx=Kmol/(m2h△x)。
8.实验室用水逆流吸收空气中的CO2,当水量和空气量一定时,增加CO2,则入塔气体浓
出塔气体浓度,出塔液体浓度吸收总推动力用气相浓度差表示时,应等于
之差。
9.对非液膜控制的系统,气体流量越大,则气相总传质系数Ky.
气相总传质单元高度
Hog
对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统在同样条件下统中的溶质为高,则A系统的溶解度系数Ha
A系统中的溶质的溶解度较B系
Hb,享利系数EAEb,相平衡常数
mAmB。
(>,=<)
10.在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为m3,此时气相中的相平衡常数m=。
当其他条件不变,而总压增加一倍时
总压值为2atm,则此时的享利系数E=atm,而溶解度系数
A的平衡摩尔分率为,则此物系
,相平衡常数m=,若测得
Kmol/m3atm。
一般地,在相同温度、压力下,气体在水中的扩散系数比在气相中的扩散系数
11.在气体流量,气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力
将,操作线将平衡线,设备费用将
当一温度增高时,溶质在气相中的分子扩散系数将
将
在液相中的分子扩散系数
对一定操作条件下的填料吸收塔,如将塔填料层增高一些,则塔的Hog将
Nog将
(增加,减少,不变)。
12.对一定的逆流吸收操作体系,若其解吸因数S<1,则其理论板必
数Nog。
女口S=1,则理论板数
计算吸收塔的填料层高度需要应用
气相总传质单元
NOG。
三个方面的关系联合求解。
13.某逆流吸收塔,用纯溶剂吸收混合气中易溶组分,设备高为无穷大,入塔丫1=8%(体积),
平衡关系Y=2x。
试问:
(1)
若液气比(摩尔比,下同)为时,吸收率=
(2)若液气比为时吸收率=%
14.在逆流操作的吸收塔中,其操作线及平衡线如图
若其他操作条件不变而系统温度增加(设温度对Sc的影响可略)则塔的气相总传质单元高度Hog将
口浓度ya将,液体出口浓度Xb将—
图上示意画出新条件下的操作线及平衡线。
15.在低浓度难溶
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- 化工 原理 第五 吸收
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