化工原理吸收习题

第六章吸收一、分析与判断1．在密闭容器内存在某种低浓度水溶液，容器内压强为0p，溶液温度为t，溶质含量为)(xc，试问：1）若将N2压入容器，则EHmp；2）若溶液温度t下降，则EHmp；3）注入溶质A，则EHmp；2、某吸收过程，已知气相传质系数与液相传质系数的关系是xykk3，则此时气相传质推动力)(iyy，液相传质推动力)(xxi。（大于、等于，小于，不确定）3、低浓度逆流吸收塔设计中，若气体流量、进出口组成及液体进口组成一定，减小吸收剂用量，传质推动力将，设备费用将（增大、减小，不变）4、某逆流吸收塔操作时，因某种原因致使吸收剂入塔量减少，以至操作时液气比小于原定的最小液气比，则将发生什么情况：。5、低浓度逆流吸收操作中，原工况操作线如附图所示，现其他条件不变而吸收剂用量L增加，试判断下列参数变化情况并绘出新工况的操作线：OGH，my，出塔液体1x，出塔气体2y，回收率（增大、减小，不变，不确定）题5附图题6附图6、低浓度逆流吸收操作中，原工况操作线如附图所示，现其他条件不变而吸收剂入塔含量升高，试绘出新工况的操作线。7、吸收操作中，原工况下气体进塔量为V，进出塔的含量分别为1y、2y。由于某种原因，吸收剂入塔浓度升高，采用增加吸收剂用量L的方法后，使1y、2y保持不变。则与原工况相比，被吸收溶质总量，平均推动力my（增大，减小，不变，不确定）。8、低浓度逆流吸收操作中，当吸收剂温度降低其他条件不变时，试判断下列参数变化情况并绘出操作线：相平衡常数，yaK，推动力my，回收率，出塔2y，出塔1x（增大，减小，不变，不确定）。第8题图第10题图9、低浓度逆流吸收操作中，当气体进口含量1y下降，其他条件不变时，则气体出口含量2y，液体出口含量1x，被吸收溶质总量，回收率φ，推动力my，OLN（增大，减小，不变，不确定）10、已知某吸收过程操作线如图所示，试分别定性绘出以下几种情况下的操作线，并讨论对吸收操作的影响：1）吸收操作为气膜控制，气体流量V增至V’，其他条件不变；2）吸收过程为液膜控制，气体流量V增至V’，其他条件不变；11、某吸收塔原工况的操作线如图所示，现将吸收剂L的温度降低，其他条件不变，试定性绘出以下两种情况的操作线：（忽略温度变化对传质分系数的影响）1）吸收过程为气膜控制2）吸收过程为液膜控制。第11题图第11题答案12、某吸收塔H，气体流量V与组成1y和液相组成2x不变，试绘出以下两种情况下的操作线（平衡关系如附图所示）。1）mVL/；2）mVL/；3）试讨论在以上两种情况下，增加VL/能否使气体出口含量2y降低？第12题附图13、对解吸因数5.0S的系统进行逆流吸收，当塔高为无穷大时，塔顶气相出口含量2y2y，塔顶气相入口含量1y1y；若系统压力增加为原来的4倍，其他条件不变，则此时2y2y，1y1y（大于，等于，小于，不确定）。14、在吸收、解吸联合操作中，维持吸收塔L、V、y1，解吸气入塔含量2y和两塔操作温度、压力均不变，现减少解吸气用量V，与原工况相比，新工况下离开解吸塔的液体含量2x，离开吸收塔的气体含量2y，离开吸收塔的液体含量1x，吸收塔平均推动力my，吸收塔的回收率（增大，减小，不变，不确定）。二、计算题1、例1用吸收操作除去某气体混合物中的可溶有害组分，在操作条件下的相平衡关系为y=1.5x，混合气体的初始含量y1=0.1(摩尔分数)，循环吸收剂的入塔含量x2=0.001，液气比L/G=2.0。已知在逆流操作时，气体出口的残余含量y2=0.005，试计算在操作条件不变的情况下改为并流操作，气体出口含量为多少？吸收塔逆流操作时所吸收的可溶性组分是并流操作的多少倍？计算时可近似的认为体积传质系数Kya与流动方式无关。例2:某生产过程产生两股含有HCl的混合气体，一股流量G1=0.015kmol/s,HCl含量yG1=0.1(摩尔比)另一股流量G2=0.015kmol/s,HCl含量yG2=0.04(摩尔分数)。今拟用一个吸收塔回收两股气体中的HCl，总回收率不低于85%，所用吸收剂为20℃纯水，亨利系数E=2.786×105Pa,操作压强为常压，试求：（1）将两股物料混合后由塔底入塔，最小吸收剂用量为多少？若将两股物料分别加入(第二股气流在最佳高度单独加入塔内)，最小吸收剂用量有何变化？（2）若空塔速度取0.5m/s,并测得在此气速Kya=8×103kmol/(m3.s),实际液气比取最小液气比的1.2倍，问混合进料所需塔高为多少？（2）若塔径和实际液气比与（2）相同，第二股气流在最佳位置进料，所需塔高为多少？中间加料为于何处？附图(a)附图(b)附图(c)例3用纯水吸收空气-氨混合气体中的氨，氨的初始含量为0.05（摩尔分数），要求氨的回收率不低于95%，塔底得到的氨水含量不低于0.05。已知在操作条件下气液平衡关系y=0.95xe,试计算：（1）采用逆流操作，气体流率取0.02kmol/(m2.s),体积传质系数Kya=2×10-2kmol/(m2.s)，所需塔高为多少？（2）采用部分吸收剂再循环流程，新鲜吸收剂与循环量之比L/LR=20,气体流速不变，KYa也假定不变，所需塔高为多少？附图(a)附图(b)例4用纯吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分，混合物的初始含量为0.05(摩尔分数)，新鲜吸收剂与混合气体的流率之比L/G=1.2,在操作条件下相平衡关系为y=1.2x，吸收过程系气相阻力控制。现有两流程如附图(a)所示，流程B中循环剂量LR是新鲜吸收剂量的1/10，试计算：(1)当=0.80，两流程所需塔高之比为多少？(2)当=0.90，两流程所需塔高之比有何变化？附图(a)附图(b)例5在填料塔中，用水逆流吸收氨—空气混合气中的氨，入塔气含氨0.01，水的初始含氨量为0.001(均为摩尔分数)，操作条件下的平衡关系为ye=1.0x，吸收过程可视为气相阻力控制。若保持气体流量不变，试求在以下两种情况下气体残余含量与液气比的关系：(1)塔高为无穷大；(2)塔高为1个传质单元高度，且不随液体流量而变。例6在一吸收塔内，用洗油吸收煤气中所含苯蒸汽，苯的初始含量为0.02(摩尔分数)，在吸收塔操作条件下，气液平衡关系ye=0.125x，两相呈逆流接触。当液气比为0.16、循环洗油入口含量为0.0075时，煤气中本的含量可降至0.001。由吸收塔底排出的吸收液升温后，在解吸塔内用过热蒸汽进行解吸，解吸塔内的气液比为0.365，相平衡关系为ye=3.16x。因吸收内m很小，过程可认为是气相阻力控制，解吸塔内m很大，过程可认为是液相控制，且kxa∝L0.66。现欲进一步降低煤气中本的残余含量，将吸收剂的循环量增加一倍，其它条件均维持不变，问能否达到预期的目的？附图例7在图示吸收塔内，用洗油吸收煤气中所含的苯蒸汽，入塔煤气含苯0.02(摩尔分数，下同)。当液气比为0.16，洗油入口苯含量为0.005时，出塔煤气的残余苯含量为0.001，吸收操作的平衡关系为ye=0.125x。吸收塔低排出的洗油，在解吸塔内用过热蒸汽解吸，使解吸后的洗油中苯含量降为0.005，解吸塔的气液比为0.365，平衡关系为ye=3.16x。吸收塔操作温度低，过程可视为气相阻力控制；解析塔温度高，过程可视为液相阻力控制。现欲将出塔煤气的苯含量将为0.0005，试问：(1)保持洗油入口苯含量不变而增大液气比，能否达到要求？(2)若保持洗油流量不变而降低洗油入口苯含量，解析塔的蒸汽消耗需增加多少倍？附图答案1.1）不变，不变，变小，不变当密闭容器内压入N2时，相当于容器内的总压增加，总压变化时，对均无影响，故E、H不变，溶质的含量也不变，平衡分压Exp不变，然而，pEm/，总压p增加，故m变小。2）变小，变大，变小，变小若溶液的温度下降，则平衡分压p变小，E、H均受温度的影响，E变小，H变大，pEm/变小。3）不变，不变，不变，变大注入溶质A时，体系的温度压强均不变，此时物系的E、H、m均不变，而注入A后，溶液中溶解的溶质含量变大，故p变大。2.不确定。题中未给出平衡关系，两个传质系数相差又不大，所以无法判断是气膜控制过程还是液膜控制过程。3.减小，增大减小吸收剂的用量，则吸收过程的推动力降低，即传质推动力减小，达到原来的分离要求所需的填料层的高度增加，所以设备的费用将增大。4.气体出塔含量2y增大，达不到设计要求，液体出塔含量1x也增大。吸收剂入塔量减小，吸收的推动力下降，由于原定的最小液气比对应着原分离要求，虽然操作的液气比小于原定的最小液气比，操作仍然是吸收操作，只是此时对应的分离要求发生了变化，由于液气比下降，所以操作无法达到原来的设计要求，气体出塔的含量将增大；而又由于操作的温度、压强不变，所以吸收的平衡关系不变，入塔的气体组成不变，故液气比越低，对应的出塔的液体组成越接近平衡组成，故液体出塔含量1x也增大。5.减小，不确定，减小，减小，增大xyyakmkK11，吸收剂用量L增加，则xk增大，yaK增大，yaOGKVH减小；填料层高度不变，OGH减小，OGN增大，LmVS减小，根据传质单元数关联图，2221mxymxy增大，而1y、2x均不变，故2y减小，回收率121yyy增大；L增大，操作线的斜率变大，而1y、2x均不变，故操作线上端与平衡线的距离变大，出塔液体的组成1x减小。出塔液体1x减小，塔底的推动力变大，出塔气体2y减小，塔顶的推动力变小，故my的变化不确定。新工况的操作线如图所示第5题答案图第6题答案6.因为其他条件不变，2x变高，则2y变大，塔顶的推动力变小，故新工况下的操作线必然下移，且与原工况的操作线的斜率相等。新工况的操作线如图所示。7.不变，减小吸收过程中被吸收的溶质量为：)(21yyV，由于改变前后的1y、2y均不变，故被吸收的溶质量不变；xyyakmkK11，吸收剂用量L增加，则xk增大，yaK增大，yaOGKVH减小；填料层高度不变，OGH减小，OGN增大，mOGyyyN21，1y、2y不变，OGN增大，故my减小。8.减小，增大，不确定，增大，减小，增大吸收剂温度降低，则相平衡常数减小，xyyakmkK11，m减小，则yaK增大，yaOGKVH减小；填料层高度不变，OGH减小，OGN增大，S不变，根据传质单元数关联图，2221mxymxy增大，1y、2x不变，所以2y减小，回收率121yyy增大，2y减小，操作线的斜率不变，1y、2x不变，操作线平行下移，与1yy的交点右移，1x增大，mOGyyyN21，OGN增大，21yy增大，故my的变化趋势不能确定。变化后的操作线如图。9.减小，减小，减小，不变，减小，不变其他条件不变，则OGN不变，根据传质单元数关联图，2221mxymxy不变，2x不变，1y下降，第9题答案图第10题答案图所以，气体出口含量2y也减小，吸收操作线的斜率不变，所以吸收操作线平行下移，所以吸收的平均推动力my减小，回收率减小，OLN也不变，mOLxxxN21，推动力mx减小，2x不变，所以，液体出口含量1x减小，因为吸收率下降，被吸收的溶质总量减小。10.1）气膜控制，yayakK，yaOGkVH，7.0Vkya则3.0)(VVHHOGOG，塔高一定，3.0)(VVNNOGOG，增加气体流量V，液气比VL/减小，OGN也减小，2y增加；2）液膜控制，xyyakmkK11，akmKxya1，akmVHxOG，VVNNOGOG，增加气体流量V，液气比VL/减小，OGN大大减小，2y则大大增加；11.1）气膜控制，yayakK，yaOGkVH不变，OGN不变，但温度t下降，推动力变大，2y减小；2）液膜控制，akmaKxy1，akmVHxOG，温度t下降，m减小，OGH减小，OGN增大，而且推动力my增大，mOGyyyN21，所以2y