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

六吸收

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,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。

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。

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ya=5%（摩尔百分率）。

液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA=10-4[kmol/m2·S],气相扩散系数DG=[cm2/s],求气膜的当量厚度。

相平衡与亨利定律

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。

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。

25℃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？

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＝×10-4[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=×10-4[kmol/.Δy）],液相传质系数kx=×10-2[kmol/.Δx）],操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/.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yi和xi。

操作线作法

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。

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）

习题12附图　

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=,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。

习题14附图

设计型计算

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倍,平衡关系为y=,气相总传质单元高度HOG=0.5m求:

（1）用水量及水溶液的出口浓度xb

（2）填料层高度Z（用对数平均推动力法计算NOG）。

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倍。

气液逆流流动。

已知该系统的平衡关系为Y=（式中Y、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:

（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。

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Kmol/.△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KYa∝。

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=,传质系数KY=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%（mlo%）的水溶液时,填料层高度有何变化（KY可视为不变）。

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=（Yb-Ya）/Yb计算。

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=,塔的HOG=[m],气体经两塔后总吸收率为，两塔用水量相等，且均为最小用量的1/倍，试求两塔的填料层高度。

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η?

如欲达到吸收率为%,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。

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

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20℃,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Y=，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=27℃。

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m;

aA的入塔浓度y1=,吸收率90%;

bA的入塔浓度y1=,吸收率99%;

cA的入塔浓度y1=,吸收率90%;

（2）填料层的气相体积吸收总系数KGa,Kmol/指出气膜阻力占总阻力的百分数;

（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,且由于溶剂回收塔能力所限,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率?

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Y=（摩尔比）,气相体积总传质系数KYa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X1（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20℃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×10-3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;

（2）若气相总传质单元高度为0.6m,现有一填料层高度为6m的塔,问塔是否合用?

注:

计算中可用摩尔分率代替摩尔比,用混合气体量代替惰性气体量,用溶液量代替溶剂量。

部分溶剂循环吸收

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,传质单元高度HOG=1.14米,求出塔气体中溶质的摩尔分率。

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?

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20℃纯水,在常压、20℃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Kya=8×10-3Kmol/,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'=0,平衡系统y=（吸收塔）;

y=（脱吸塔）,试求:

（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HOG。

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Y=,液气比L/G=,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G'/L=。

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，回收率为95%。

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25℃,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=×162[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8×10-5降至2×10-6（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25℃,压力为100KN/m2,该操作条件下的亨利系数E=×10-5KN/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25℃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）吸收液的出口浓度;

（2）该填料塔的气相总传质单元高度，m;

（3）等板高度，m。

计算传质系数及传质单元高度

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KLa、KGa、HG、HL。

综合思考题

填空与选择

1.物理吸收操作属于过程,是一组分通过另一静止组分的扩散。

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+/kx。

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/m3。

3.总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/K=1/kL+H/kG其中1/kL表示,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。

（）

低浓度气体吸收中,已知平衡关系y=2x,Kxa=m3·s,Kya=2×10-4Kmol/,则此体系属（A气膜;B液膜;C气、液双膜）控制,总传质系数近似为Kya=_______Kmol/m3·s。

（A）2,（b）,（C）,（D）2×10-4

通常所讨论的吸收操作中,当吸收剂用量趋于最小用量时。

　（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/m2·hr（KN/m2）

x----液相摩尔分率。

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、P、T等不变;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。

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）。

7.在1atm，20℃下某低浓度气体被清水吸收,气膜吸收分系数（气相传质分系数）KG=（m2·h·atm）,液膜吸收分系数

KL=（m2·h·Kmol/m3）,溶质的溶解度系数H=150Kmol/（m3·atm）,则该溶质为溶气体,气相总传质系数Ky=_______Kmol/（m2·h·△y）,液相总传质系数Kx=Kmol/（m2·h·△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,则入塔气体浓度,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______和之差。

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,A系统中的溶质的溶解度较B系统中的溶质为高,则A系统的溶解度系数HAHB,享利系数EAEB,相平衡常数mA_____mB。

（>,=<）

10.在常压下,测定水中溶质A的摩尔浓度为m3,此时气相中A的平衡摩尔分率为,则此物系的相平衡常数m=。

当其他条件不变,而总压增加一倍时,相平衡常数m=,若测得总压值为2atm,则此时的享利系数E=atm,而溶解度系数H≈_______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,在液相中的分子扩散系数将。

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,则其理论板必气相总传质单元数NOG。

如S=1,则理论板数NOG。

计算吸收塔的