1、 1 化工原理 学习 指导 丁忠伟主编 吸收 -蒸馏 -干燥答案 气体吸收 5-26. 在 25下，用 CO2 浓度为 0.01kmol/m3和 0.05kmol/m3的 CO2 水溶液分别与 CO2分压为 50.65kPa 的混合气接触，操作条件下相平衡关系为 pA*=1.66 105x(kPa),试说明上述两种情况下的传质方向，并用气相分压差和液相摩尔浓度差分别表示两种情况下的传质推动力。 解： 4108.11 0 0 0/1801.0 SSA Mcx pA*=1.66 105 1.8 10-4=29.9(kPa) pA=50.65 kPa pA* 所以传质方向为溶质由气相到液相（ 吸收过
2、程） 以气相分压差表示的传质推动力为 k P a8.209.2965.50*AAA ppp 与 CO2 分压为 50.65kPa 的气相呈相平衡的液相摩尔浓度 35* k m o l/ m0 1 7.01066.118 65.501 0 0 0 EpMc ASSA 以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为 3A*AA k m o l/ m0 0 7.001.00 1 7.0 ccc 4 100.91 0 0 0/1805.0 SSA Mcx P A*=1.66 105 9.0 10-4=149.4(kPa) pA=50.65 kPa pA* 所以传质方向为溶质由液相到气相 （ 解吸过程） 以气相分压
3、差表示的传质推动力为 k P a8.9865.504.1 4 9A*AA ppp 以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为 3*AAA k m o l/ m0 3 3.00 1 7.005.0 ccc 5-27.在一填料塔内用清水逆流吸收某 二元 混合气体中的溶质 A。已知进塔气体中溶质的浓度为 0.03（摩尔比，下同），出塔液体浓度为 0.0003，总压为 101kPa，温度为 40，问 : （ 1）压力不变，温度降为 20时，塔底推动力（ Y-Y*）变为原来 的 多少倍？ （ 2）温度不变，压力达到 202 kPa， 塔底推动力（ Y-Y*）变为原来 的 多少 倍？ 已知： 总压为 101kPa
4、，温度为 40时，物系气液相平衡关系为 Y*=50X。 总压为 101kPa，2 温度为 20时，物系气液相平衡关系为 Y*=20X。 解： 总压为 101kPa，温度为 40时 0 1 5010350 4 .mXY 所以 015.0015.003.01 YY （ 1）压力不变，温度降为 20C 时 006010320 4 .XmY 所以 0 2 4.00 0 6.003.02 YY 倍6.10 1 5.0 0 2 4.012 YY YY (2) 压力达到 202 kPa，温度为 40C 25502121 mPPm 0 0 7 5010325 4 .XmY 所以 0225.00075.003.
5、02 YY 倍5.1015.0 0225.012 YY YY 5-28.在一填料塔中进行吸收操作，原操作条件下， kYa=kXa=0.026kmol/m3.s，已知液相体积传质系数 kXaL0.66。试分别对 m=0.1 及 m=5.0 两种情况，计算当液体流量增加一倍时，总传质阻力减少的百分数。 解： (1) m01. 时 s ) / k m o l(m08.4 2 30 2 6.01.0 10 2 6.0 1111 3 amkakaK YXX L L2 时 s)k m o l / ( m0 4 1 1.00 2 6.02 366.066.0 akLLak XX s ) / k m o l(
6、m95.4 0 80 2 6.01.0 10 4 1 1.0 1111 3 amkakaK YXX所以，阻力减少： 3 %34.308.423 95.40808.423111aKaKaKXXX (2) m5 时 s ) / k m o l(m15460 2 605 10 2 60 1111 3Y XX .amkakaK L L2 时 s)k m o l / ( m0 4 1 1.00 2 6.02 366.066.0 akLLak XX s ) / k m o l(m02.320 2 6.05 10 4 1 1.0 1111 3 amkakaK YXX 所以，阻力减少： %6.3015.46
7、02.3215.46111aKaKaKXXX 5-29. 用清水在填料吸收塔中逆流吸收含有溶质 A 的气 体混合物。进塔气体浓度为0.05（摩尔分率），在操作条件下相平衡关系为 Y*=5X，试分别计算液气比为 6、 5和 4 时，出塔气体的极限浓度和液体出口浓度。 解 (1) mVL 6 ， 当填料层高度为无穷时， 操作线 ab 与平衡线交于塔顶。 02m in2, mXY 由物料衡算： m in2,121 YYLVXX 其中 0 5 2 6.005.01 05.01 111 yyY0 0 8 8.060 5 2 6.01 X (2) mVL 5 ，操作线 ab 与平衡线重叠 02m in2,
8、 mXY ， 0105.050526.01m ax1, mYX X b Y*=5X Y Y1 a a b 习题 5-29 附图 4 (3) mVL 4 ，操作线 ab与平衡线交于塔底。 0105.050526.01m ax1, mYX 由物料衡算： 0 1 0 600 1 0 5040 5 2 602m a x1,1m i n2, .XXVLYY 5-30.在填料塔中用清水吸收混合气体中的溶质，混合气中溶质的初始组成为 0.05（摩尔分率），操作液气比为 3，在操作条件下，相平衡关系为 Y*=5X，通过计算比较逆流和并流吸收操作时溶质的最大吸收率。 解： (1) 逆流时 0 5 2 6.005
9、.01 05.01 111 yyY 在塔底达平衡 0105.050526.011 mYX 0 2 1 1.00 1 0 5.030 5 2 6.02112 XXVLYY %.YYm a x 600 5 2 60 0 2 1 1011 12 (2) 并流时 在塔底达平衡， 11 5XY 1221 YYVXXL 1215 YYVYL 0329.00526.08585 21 YY %.YYm a x 5370 5 2 60 0 3 2 9011 21 逆流 时溶质吸收率高 5-31.在 101.3kPa、 35的操作条件下，在吸收塔中用清水逆流吸收混合气中的溶质A，欲将溶质 A 的浓度由 0.02（
10、摩尔分率，下同）降至 0.001，该系统符合亨利定律，操作条件下的亨利系数为 5.52104kPa。若操作时吸收剂用量为最小用量的 1.2倍， 5 （ 1）试计算操作液气比 L/V 及出塔液相组成 X1。 （ 2）其它条件不变，操作温度降为 15，此时亨利系数为 1.2104kPa， 定量计算L/V 及 X1如何变化。 解： (1) 101.3kPa、 35下 m EP 5 52 10101 3 5454. . 0 2 0 4.002.01 02.01 111 yyY ， 001.0001.01 001.01 222 yyY 5185450204.0 001.00204.02121m i n
11、XmY YYVL6 2 25 1 82.12.1 m i n VLVL 52121 1012.3622 001.00 2 0 4.0 YYLVXX (2) 温度降为 15C 时 5.1183.101 102.1 4 PEm 7.1 1 25.1 1 80 2 0 4.0 0 0 1.00 2 0 4.02121m i n XmY YYVL2.1357.1122.12.1 m i n VLVL 42121 104.12.1 3 5 0 0 1.00 2 0 4.0 YYLVXX 5-32. 下图为低浓度气体吸收的几种流程，气液平衡关系服从亨利定律，试在 Y-X 图上定性地画出 与各个流程相对应的
12、平衡线和操作线的位置，并用图中表示浓度的符号标明各操作线端点的坐标。 X2 1 2 X3 X1 Y1 Y3 Y2 （ 1） 1 2 X2 X11 X12 Y1 Y3 Y2 （ 2） 6 （习题 5-32 附图） (2) Y Y1 Y3 Y2 X2 X12 X11 X E (1) Y Y1bb Y3 Y2 X2 X3 X1 X (2) (1) E Y1 上 下 下下下 下 X2 X1 X3 Y2 1 2 X2 X3 X1 Y1 Y21 Y22 （ 3） （ 4） （ 1） （ 2） 7 5-33.用纯溶剂逆流吸收低浓度气体中的溶质，溶质的回收率用 表示，操作液气比为最小液气比的 倍。相平衡关系为
13、 Y*=mX，试以 、 两个参数表达传质单元数 NOG。 解： mmYYYXX YYVL 1212121m i n mVLVL m in /1 LmVS 1 12122 21 YYmXY mXYY Y1 Y2 X1 X2 X3 X E 上 下 (2) (1) Y Y1 Y211 Y22 X2 X X1 X3 E （ 3） （ 4） 8 111111111111111XYXY1112221OGlnlnSmmSlnSN5-34.在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收某低 浓 度气体混合物中的可溶组分。操作条件下，该系统的平衡线与操作线 为平行的两条直线。已知气体混合物中惰性组分的摩尔流率为 90km
14、ol/m2.h，要求回收率达到 90%，气相总体积传质系数 KYa 为0.02kmol/m3.s，求填料层高度。 解： 12 1 YY mVL 推动力处处相等。 12222m 1 YYmXYYY 99.01 9.011 11 11m 21OG Y YYY YYN m25.102.0 360090OG aKVH Y m25.1125.19OGOG HNZ 5-35.直径为 800mm 的填料吸收塔内装 6m 高的填料，每小时处理 2000m3（ 25，101.3kPa）的混合气，混合气中含丙酮 5%，塔顶出口气体中含丙酮 0.263%（均为摩尔分率）。以清水为吸收剂，每千克塔底出口溶液中含丙酮
15、61.2g。在操作条件下的平衡关系为 Y*=2.0X，试根据以上测得的数据计算气相总体积传质系数 KYa。 解： %51y ， 0 5 2 6.005.01 05.01 111 yyY%263.02 y ， 322222 1064.2102 6 3.01 102 6 3.01 yyY 02X ， 0 2 0 2.0182.611 0 0 0 582.611 X9 32222 1064.2 YmXYY 0 1 2 2.00 2 0 2.020 5 2 6.0111 mXYY 3332121m 1025.61064.20 1 2 2.0ln1064.20 1 2 2.0ln YYYYY 99.71
16、025.6 1064.20526.0 33m21OG Y YYN m7510997 6zOGOG .NH 而 h)k m o l / ( m741 5 4807 8 502 9 84318 050131 0 12 0 0 0 22 . .VaKVH YOGh)k m o l/ ( m05.2 0 67 5 1.0 74.1 5 4 3OG H VaK Y5-36.体积流量为 200m3/h（ 18、 101.3kPa）的空气 -氨混合物，用清水逆流吸收其中的氨，欲使氨含量由 5%下降到 0.04%（均为体积百分数）。出塔氨水组成为其最大组成的 80%。今有一填料塔，塔径为 0.3m，填料层高
17、5m，操作条件下的相平衡关系为 Y*=1.44X，问该塔是否合用？ KGa 可用下式计算： KGa=0.0027m0.35W0.36 kmol/（ m3.h.kPa） m-气体质量流速， kg/（ m2.h）； W-液体质量流速， kg/（ m2.h）。 解： %51y ， 0 5 2 6.005.01 05.01 111 yyY%04.02 y ， 42 104%04.0 Y 02X ， 0 2 9 2.044.1 0 5 2 6.08.08.08.0 111 mYXX42222 104 YmXYY 0106.00292.044.10526.0111 mXYY 10 3442121m 101
18、1.31040 1 0 6.0ln1040 1 0 6.0ln YYYYY 78.161011.3 1040 5 2 6.0 34m21OG Y YYN 混合气体摩尔流率： h)k m o l / ( m621 1 8307 8 50182 7 34318 31 0 12 0 0 22 . .G混合气体平均分子量： k g / k m o l4.282995.01705.0 M 混合气体质量流速： h)k g / ( m8.33684.2862.118 2 m 惰性组分摩尔流率： h)k m o l/ ( m69.11205.0162.1181 21 yGV 又 2121 YYVXXL h)k
19、 m o l / ( m45.2010 2 9 2.0 1040 5 2 6.069.112 242121 XX YYVL 液体质量流速： w 201 45 18 3626 1. . kg / (m h)2 k P a )hk m o l/ ( m886.01.36268.33680027.00027.0 336.035.036.035.0G wmaK h)k m o l/( m75.89 3G PaKaK Y maK VH YOG 26.175.89 69.11 2 m14.2178.1626.1OGOG NHz m5 实需 zz 所以，该塔不合适。 5-37.混合气中含 0.1（摩尔分率，下同） CO2，其余为空气，于 20及 2026kPa 下在填料塔中用清水逆流吸收，使 CO2的浓度降到 0.5%。已知混合气的处理量为 2240m3/h（标准状态下），溶液出口浓度为 0.0006，亨利系数 E 为 200MPa，液相总体积传质系数 KLa 为 50 m3/h，塔径为 1.5m。试求每小时的用水量 (kg/h)及所需填料层的高度。
