化工原理-气体吸收作业(含答案)

气体吸收1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000kg/m3。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。解：查得u30℃，水的kPa2.4spkPa1.972.43.101*sAppp稀溶液：3kmol/m56.55181000SMc421017.556.5510875.2ccxAkPa10876.11017.51.9754*xpEA)mkmol/(kPa1096.21.9710875.2342*AApcH18543.10110876.15pEm2．在总压101.3kPa，温度30℃的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：（1）从液相分析SO2的传质方向；（2）从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；（3）其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa所以pEm3.101485047.88从液相分析00627.088.473.0*myxx=0.01故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。（2）查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPapEm3.1011670=16.49从气相分析y*=mx=16.49×0.01=0.16y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。（3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPapEm6.2024850=23.94从气相分析y*=mx=23.94×0.01=0.24y=0.3故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。0125.094.233.0*myx以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:∆y=y－y*=0.3－0.24=0.063．在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数Gk=3.84×10-6kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数Lk=1.83×10-4m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时（1）以（*AApp）、（A*Acc）表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；（2）分析该过程的控制因素。解：（1）根据亨利定律kPa13405076A..xpE*相平衡常数34.1100134pEm溶解度常数4146.0181341000ssEMH以气相分压差（*AApp）表示总推动力时：*AApp=100×0.05-134×0.01=3.66kPaGLG111kHkK=273597260417131801086.311083.14146.01646G1066.3Kkmol/（m2·s·kPa）)(*AAGAppKN=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5kmol/（m2·s）以（A*Acc）表示的传质总推动力时：56.01000/1899.001.0Ackmol/m3A*Acc=0.4146×100×0.05－0.56=1.513kmol/m3m/s108.84146.01066.366GLHKK)(A*ALAccKN=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5kmol/（m2·s）（2）与（*AApp）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2·s·kPa）/kmol；其中气相阻力为131801Gkm2·s·kPa/kmol；液相阻力2604171LHkm2·s·kPa/kmol；气相阻力占总阻力的百分数为%2.95%100273597260417。故该传质过程为气膜控制过程。4．若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，界面上气液两相平衡，推导出KL与kL、kG的关系。解：因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线AAHpc＊界面上气液两相平衡iHpcAAi的关系式由)(A*ALAccKN得)(K1A*AALccN（1）由)(iAAGAppkN得)HcHc(Ai*AGAkN)cc(kHAi*AAGN（2）由)(AiALAcckN得)(1AiAALccNk（3）（2）式＋（3）式，并与（1）式比较得GLL11kHkK5．在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空气～氨混合气中的氨，气相流率为0.65kg/(m2·S)。操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为xy92.0*，气相总传质系数aKy为0.043kmol/(m3·S)。试求：(1)吸收率由95％提高到99％，填料层高度的变化。（2）吸收率由95％提高到99％，吸收剂用量之比为多少？解：（1）吸收率为95％时：V＝0.65／29＝0.0224kmol/(m2·S)m521.0043.00224.0OGaKVHy874.095.092.0/2212*121minmmYYYXXYYVL398.1874.06.16.1minVLVLL＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)658.0398.192.0LmVSSmXYmXYSSNOG2221)1(ln1189.5658.095.011)658.01(ln658.011OGNm1.3521.089.5OGOGHNZ吸收率为99％时：m521.0043.00224.0OGOG'aKVHHy911.099.092.0/'2'212*12'1min'mmYYYXXYYVL457.1911.06.16.1)(min''VLVLL‘＝0.0224×1.457＝0.0326kmol/(m2·S)631.0457.192.0''LmVS'2'221''')1(ln11SmXYmXYSSNOG82.9631.099.011)631.01(ln631.011'OGNm1.5521.082.9OGOG''HNZ65.11.311.5'ZZ(2)L＝0.0224×1.398＝0.0313kmol/(m2·S)L‘＝0.0224×1.457＝0.0326kmol/(m2·S)04.10313.00326.0'LL6．在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则2Y、1X如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为8.0VakY）解：用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故8.0VakaKYY因气体流量V不变，所以akY、aKY近似不变，HOG不变。因塔高不变，故根据Z=OGOGHN可知OGN不变。当清水量加大时，因VLmS/，故S降低，由图5-25可以看出2221mXYmXY会增大，故2Y将下降。根据物料衡算12121)()(VYYYVXXL,VY不变，L增大，可近似推出1X将下降。7．在一逆流操作的吸收塔中，如果脱吸因数为0.75，气液相平衡关系为XY0.2*，吸收剂进塔浓度为0.001（摩尔比，下同），入塔混合气体中溶质的浓度为0.05时，溶质的吸收率为90%。试求入塔气体中溶质浓度为0.04时，其吸收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其他条件不变，则其吸收率又如何？此结果说明了什么？解：001.02X时：原工况75.0S005.0)9.01(05.0)1(12YYSmXYmXYSSNOG2221)1(ln11233.675.0001.02005.0001.0205.0)75.01(ln75.011OGN新工况OGOG'HHZZ'SmXYmXYSSNOG2'22'1')1(ln11233.675.0001.02001.0204.0)75.01(ln75.011'2'YNNOGOG解得3'210375.4Y%06.898906.004.010375.404.03'1'2'1'YYY02X时：原工况75.0S005.0)9.01(05.0)1(12YYSmXYmXYSSNOG2221)1(ln11715.475.0005.005.0)75.01(ln75.011OGN新工况OGOG'HHZZ'SYYSSNOG'2'1')1(ln11715.475.004.0)75.01(ln75.011'2'YNNOGOG解得3'21000.4Y%909.004.01000.404.03'1'2'1'YYY从计算结果看，塔高一定，当用纯溶剂吸收混合气体中的溶质时，入塔气体组成变化，其他条件不变，其吸收率不变。8.在一逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气体中溶质组分，当液气比为1.5时，溶质的吸收率为90％，在操作条件下气液平衡关系为XY75.0*。如果改换新的填料时，在相同的条件下，溶质的吸收率提高到98％，求新填料的气相总体积吸收系数为原填料的多少倍？解：原工况：5.05.175.0LmVSSmXYmXYSSNOG2221)1(ln11SSS11)1(ln1141.35.090.011)5.01(ln5.011OGN新工况：SS'477.65.098.011)5.01(ln5.011'OGNOGOGNZaKVHYOG''OG'NZaKVHY900.141.3477.6''OGOGYYNNaKaK9．用纯溶剂在一填料吸收塔内，逆流吸收某混合气体中的可溶组分。混合气体处理量为1.25Nm3/s，要求溶质的回收率为99.2%。操作液气比为1.71，吸收过程为气膜控制。已知10℃下，相平衡关系XY5.0*，气相总传质单元高度为0.8m。试求：（1）吸收温度升为30℃时，溶质的吸收率降低到多少？（30℃时，相平衡关系XY2.1*）（2）若维持原吸收率，应采取什么措施（定量计算其中的2个措施）。解：（1）原工况：292.071.15.0LmVSSmXYmXYSSNOG2221)1(ln11SSS11)1(ln1134.6292.0992.011)292.01(ln292.011OGNm072.58.034.6OGOGHNZ新工况：OGOG'HHZZ'7008.0292.05.02.1''SmmS34.67008.011)7008.01(ln7008.011''OGOGNN解得95.0'（2）温度升高，平衡线上移，推动力减小，保持吸收率不变，可采取措施：1）L/V增加，即增加溶剂量；'''LVmLmVSSLLLmmL4.25.02.1''2）增加填料层高度L/V不变，温度升高，7008.0292.05.02.1''SmmS，推动力