化工原理第五章吸收题

136六吸收浓度换算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=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？1372.9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)],kL=1.5×10-4[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。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ky=3.84×10-4[kmol/(m2.s.Δy)],液相传质系数kx=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Ky,[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yi和xi。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。1382.12示意画出下列吸收塔的操作线。（图中yb1yb2，xa2xa1；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139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)。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KYa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?(NOG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KYa=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,(HOG=GB/KYa,其中GB---惰性气体的流率，Kmol/m2.s；KYa---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KYa∝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KY=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。140(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(KY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=(Yb-Ya)/Yb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HOG=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ho=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。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ye=0.75x,总体积传质系数Kya=0.055Kmol/m3.s.y,求液体出口浓度和填料层高度。1412.26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)。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Kya=0.052Kmol/m3.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△ym;(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=0.02,吸收率90%;bA的入塔浓度y1=0.02,吸收率99%;cA的入塔浓度y1=0.04,吸收率90%;(2)填料层的气相体积吸收总系数KGa,Kmol/(m3.s.atm),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?2.31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=1.2X(摩尔比),气相体积总传质系数KYa为180Kmol/m3.h.(△Y),吸收剂用量为最小用量的1.4倍,要求吸收率为98%。试求:142(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0.0015(摩尔比)