第五章吸收作业

第五章吸收作业2012-11-26【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气（温度25℃，总压101.325kPa）流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率]/([2smkmol。解:查表得:25℃时，水的饱和蒸汽压kPapA2895.3水在空气中的分子扩散系数smscmD/10256.0256.0242扩散距离为mmmZ1.0100)(21AABmAppppRTZDN∵AApp1；AApp1)(036.982895.3325.1011kPapppAB)(325.1012kPappB习题5-10附图∴)(68.992895.3325.101325.101ln)2895.3325.101(325.101ln)(ln1212kPapppppppppppAABBBBBm).((1045.3)02895.3(68.99325.1011.015.298315.810256.0)(27421smkmolppppRTZDNAABmA【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%(摩尔分数)。20℃时CO2水溶液的亨利系数E=144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比GL及溶液出口组成X1；(2)总压改为1MPa时的GL及X1。解：(1)依题意得：总压P=0.1MPa,y1=2%,y2=0.1%,X2=0摩尔比Y1=111yy=02.0102.0=0.02041，Y2001.0m=PE=144/0.1=1440最小液气比minGL=2121XmYYY=0144002041.0001.002041.0=1369GL=1.2minGL=1.21369=1643X1=X2+LG(Y1-Y2)=0+1643001.002041.0=1.18510(2)当总压P=1MPa时，m，=PE=144/1=144minGL=2/121XmYYY＝014402041.0001.002041.0=136.9GL=1.2minGL=1.2136.9=164.3X1=X2+LG(Y1-Y2)=0+3.164001.002041.0=1.18410从上述结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa，溶液出口组成从1.18510增加到1.18410【5-18】气体混合物中溶质的组成02.01Y(摩尔比)，要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为XY0.1。试求：（1）下列3种情况下的液相出口组成1X与气相总传质单元数OGN（利用图5-23）并进行比较，用推动力分析OGN的改变(3种情况的溶质回收率均为99％)。①入塔液体为纯吸收剂，液-气比2/GL；②入塔液体为纯吸收剂，液-气比2.1/GL；③入塔液体中含溶质的组成0001.02X（摩尔比)，液-气比2.1/GL。(2)入塔液体为纯吸收剂，液-气比8.0/GL，溶质的回收率最大可达多少？解：依题意得（1）求液相出口组成1X与气相总传质单元数OGN①1,02mX0002.0)99.01(02.0)1(02.0121YYY∵2121XXYYGL∴3211109.920002.002.0GLYYX84.75.0100)5.01(ln5.011))(1(ln115.021ln1000002.002.022212121212221LmGmXYmXYLmGLmGNLmGYYYYYYYmXYmXYOGm②1,02mX0002.0)99.01(02.0)1(02.0121YYY0165.02.10002.002.0/211GLYYX00019.00002.00035.0ln0002.00035.0ln2121YYYYYm14.17833.0100)833.01(ln833.011))(1(ln11833.02.111000002.002.02221212221LmGmXYmXYLmGLmGNLmGYYmXYmXYOG③1,0001.02mX0002.0)99.01(02.0)1(02.0121YYY0238.02.110002.002.0211LGYYX13.21833.0199)833.01(ln833.011))(1(ln11833.02.111990001.00002.00001.002.022212221LmGmXYmXYLmGLmGNLmGmXYmXYOG所以三种情况下的推动力与液相出口组成1X和气相总传质单元数OGN的关系如下表所示。序号入塔液体液-气比GL/气相推动力mY1XGNO102X20.03967.84202X1.20.023817.1430001.02X1.20.023821.13（2）求溶质的最大回收率02X气体达到平衡时：mYX11mGLYYYXmYYYGL1212121%80%1008.0121mGLYYY【5-19】某厂有一填料塔，直径880mm，填料层高6m，所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理20003m混合气(体积按25℃与101.325kPa计)，其中含丙酮摩尔分数为5%。用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263％。塔底送出来的溶液，每千克含丙酮61.2g。根据上述测试数据，计算气相体积总传质系数aKY。操作条件下的平衡关系为XY0.2。上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮，若把填料层加高3m，可以多回收多少丙酮?解：依题意得塔横截面积)(608.088.044222mD惰性气体流量)/(71.77%)51(2515.27315.2734.222000hkmolG0026.0%263.01%263.010526.0%51%51222111yyYyyY丙酮的摩尔质量kmolkgM/5825℃时水的密度3/997mkg，摩尔质量kmolkgM/1800557.00026.001214.0ln0026.001214.0ln0026.000026.001214.00382.00526.0000.20.204046.002023.00.20.2002023.00202.010202.0101983.0188.938582.61582.612121222111221121111YYYYYYYYYYYXYXYXxxXxm∵mYOGOGYYYaKGNHZ21∴)/(22.19100557.00026.00526.0608.0671.77321hmkmolYYYZGaKmY此时，每小时可回收丙酮的量q为)/(359.225)/(58885.3)/(885.3)0026.00526.0(71.77)(21hkghkghkmolYYGq若把填料层加高3m，由于OGH不变，传质单元数增加。∵668.0608.022.19171.77aKGHYOG∴47.13668.09OGOGHZN809.00026.00526.002023.022121YYXXmLmG38.64809.0)()809.01(ln809.01147.13))(1(ln11212121212221YYYYLmGYYLmGLmGNYYmXYmXYOG解得回收率9845.038.6411112YY原回收率951.00526.00026.01112YY可多回收丙酮的量为：)/(94.758)951.09845.0(0526.071.77)(1hkgMYGq【5-22】有一逆流操作的吸收塔，其塔径及填料层高度各为定值。用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G、吸收剂清水流量L及操作温度与压力分别保持不变，而使进口混合气体中的溶质组成Y1增大。试问气相总传质单元数NOG、混合气体出口组成Y2、吸收液组成X1及溶质的吸收率将如何变化，并画出操作线示意图。解：LmGmXYmXYLmGLmGNOG))(1(ln112221=LmGYYLmGLmG211ln11(1)Y1↑,Y2不变--NOG↑(2)Y1↑,Y2↑（当吸收是未达到平衡时的吸收时）(3)Y1↑,X1↑（当吸收是未达到平衡时的吸收时）(4)Y1↑,吸收率↑(121yy)(y2小于等于y1的增加)XY1Y2X1X2ABLG)(*XfYY