化工原理吸收题

化⼯原理吸收题

六吸收

浓度换算2.1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2.2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。

2.3⼀⼩管充以丙酮,液⾯距管⼝1.1cm,20℃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。

2.4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。2.5⼀填料塔在常压和295K下操作，⽤⽔除去含氨混合⽓体中的氨。在塔内某处，氨在⽓相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A=10-4[kmol/m2·S],⽓相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求⽓膜的当量厚度。

相平衡与亨利定律2.6温度为10℃的常压空⽓与⽔接触，氧在空⽓中的体积百分率为21%，求达到平衡时氧在⽔中的最⼤浓度,（以[g/m3]、摩尔分率表⽰）及溶解度系数。以[g/m3·atm]及[kmol/m3·Pa]表⽰。2.7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的⽓相浓度(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。2.825℃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?

(2)刚开始接触时的总传质推动⼒ΔP,Δx各为多少？⽓液达到平衡时的总传质推动⼒⼜为多少？

2.9在填料塔中⽤清⽔吸收⽓体中所含的丙酮蒸⽓,操作温度20℃,压⼒1atm。若已知⽓相与液相传质分系数（简称传质系数）kG＝

3.5×10-4[kmol/(m2.s.atm)],k L=1.5×10-4[m/s],平衡关系服从亨利定律,亨利系数E=32atm,求K G、K x、K y和⽓相阻⼒在总阻⼒中所占的⽐例。2.10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=0.1，液相浓度x=0.05(均为摩尔分率)。⽓相传质系数k y=3.84×10-4[kmol/(m2.s.Δy)],液相传质系数k x=1.02×10-2[kmol/(m2.s.Δx)],操作条件下的平衡关系为y=1.34x,求该截⾯上的:

(1)总传质系数K y,[kmol/(m2.s.Δy)];

(2)总推动⼒Δy;

(3)⽓相传质阻⼒占总阻⼒的⽐例;

(4)⽓液介⾯的⽓相、液相浓度y i和x i。

操作线作法2.11根据以下双塔吸收的四个流程,分别作出每个流程的平衡线（设为⼀直线）和操作线的⽰意图。

2.12⽰意画出下列吸收塔的操作线。（图中y b1>y b2，x a2>x a1；y b2⽓体和x a2液体均在塔内与其⽓、液相浓度相同的地⽅加⼊）

习题12附图2.13在填料塔中⽤纯⽔逆流吸收⽓体混合物中的SO2,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=5.0x,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。2.14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。

习题14附图

设计型计算2.15⽤填料塔以清⽔吸收空⽓中的丙酮，⼊塔混合⽓量为1400[Nm3/h]，其中含丙酮4%(体积%),要求丙酮回收率为99%,吸收塔常压逆流操作，操作液⽓⽐取最⼩液⽓⽐的1.2倍,平衡关系为y=1.68x,⽓相总传质单元⾼度H OG=0.5m求:(1)⽤⽔量及⽔溶液的出⼝浓度x b

(2)填料层⾼度Z(⽤对数平均推动⼒法计算N OG)。

2.16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0.3%,上述任务⽤填料塔来完成,已知体积总传质系数K Y a为307[kmol/m3.h],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?(N OG⽤吸收因数法)2.17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25℃,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1.5倍。⽓液逆流流动。已知该系统的平衡关系为Y=0.14X(式中Y、X均为摩尔⽐)。已知⽓相体积总传质系数K Y a=125kmol/m3.h。煤油的平均分⼦量为170Kg/Kmol。塔径为0.6m。试求:

(1)煤油的耗⽤量为多少Kg/h?

(2)煤油出塔浓度X1为多少?

(3)填料层⾼度为多少m?习题17附图

(4)吸收塔每⼩时回收多少Kg苯?

(5)欲提⾼回收率可采⽤哪些措施?并说明理由。

2.18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1.5倍,⽓相总传单元⾼度HOG=1.11m,(H OG=G B/K Y a,其中G B---惰性⽓体的流率，Kmol/m2.s；K Y a---以⽓相摩尔⽐差为总推动⼒的⽓相体积总传质系数Kmol/m3.s.△Y),操作条件下的平衡关系为Y=mX(Y、X--摩尔⽐),要求A组分的回收率为90%,试求所须填料层⾼度。

在上述填料塔内,若将混合⽓体的流率增加10%,⽽其它条件(⽓、液相⼊塔组成、吸收剂⽤量、操作温度、压强)不变,试定性判断尾⽓中A的含量及吸收液组成将如何变化?已知K Y a∝G0.7。2.19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20℃，平衡关系为Y=1.5X,传质系数K Y=0.45Kmol/m2h△Y(均按摩尔⽐表⽰),试求:

(1)吸收率η为多少?若吸收剂量为最⼩⽤量的1.2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、η、X1不变,⽽使吸收剂改为含氨0.1%(mlo%)的⽔溶液时,填料层⾼度有何变化(K Y可视为不变)。

2.20在填料塔内稀硫酸吸收混合⽓体中的氨(低浓度),氨的平衡分压为零(即相平衡常数m=0),在下列三种情况下的操作条件基本相同,试求所需填料⾼度的⽐例:(1)混合⽓体含氨1%,要求吸收率为90%;

(2)混合⽓体含氨1%,要求吸收率为99%;

(3)混合⽓体含氨5%,要求吸收率为99%。对上述低浓度⽓体，吸收率可按η=(Y b-Ya)/Y b计算。

2.21⽤图⽰的A、B两个填料吸收塔,以清⽔吸收空⽓混合物中的SO2，已知系统的平衡常数m=1.4,塔的H OG=1.2[m],⽓体经两塔后总吸收率为0.91，两塔⽤⽔量相等，且均为最⼩⽤量的1/0.7倍，试求两塔的填料层⾼度。

操作型计算2.22含氨1.5%(体积%)的⽓体通过填料塔⽤清⽔吸收其中的氨。平衡关系y=0.8x,液⽓摩尔⽐L/G=0.94,总传质单元⾼度HOG=0.4m,填料层⾼度h o=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η?如欲达到吸收率为99.5%,对你所采取的措施作出估算。

2.23空⽓中含丙酮2%(体积%)，在填料塔中⽤⽔吸收。填料层⾼度h o=10m，混合⽓

体摩尔流率G=0.024[kmol/m2.s]，⽔的摩尔流率L=0.065[kmol/m2.s]，⽓相传单元⾼度H G=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。

2.24⽤不含溶质的吸收剂吸收某⽓体混合物中的可溶组分A,在操作条件下,相平衡关系为Y=mX。试证明：

(L/V)min=mη,式中η为溶质A的吸收率。

综合计算2.25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SO21.3%(体积),要求回收率为99.5%,操作条件为20℃,1atm,平衡关系为y e=0.75x,总体积传质系数K y a=0.055Kmol/m

3.s. y,求液体出⼝浓度和填料层⾼度。

2.26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20 ℃,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0.2gCO2/1000gH2O,操作条件下的⽓液平衡关系为Y=1420X(式中Y、X均为摩尔⽐),液相体积吸收总系数K X a=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)。

2.27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0.06(组分A的摩尔分率,以下同),出塔尾⽓中组成为0.008,出塔⽔溶液组成为0.02。操作条件下的平衡关系为y=2.5x。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0.005,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。2.28流率为0.04Kmol/m2.s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0.0004(摩尔分率)的稀氨⽔溶液，采⽤液⽓⽐为最⼩液⽓⽐的 1.5倍,操作范围的平衡关系为y=1.2x,所⽤填料的⽓相总传质系数K ya=0.052Kmol/m

3.s.△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△y m;

(3)填料层⾼度。

2.29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1.5，操作条件下的平衡关系为Y=1.2X，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?2.30⽤纯溶剂S吸收混合⽓体中溶质A。操作条件为P=1atm,t=27℃。已知:惰性⽓体的质量流速为5800Kg/(m2.h),惰性⽓体的分⼦量为29,⽓相总传质单元⾼度H OG=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m;