化工原理马晓迅习题7吸收(昆工)

1第七章吸收7-1总压101.3kPa，温度25℃时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数E为4.13MPa，试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m。（溶液密度近似取为1000kg/m3）解：溶质在液相中的摩尔分数：50640.01391000501864x二氧化硫的平衡分压：*34.13100.0139kPa=57.41kPapEx相平衡常数：634.1310Pa40.77101.310PaEmP7-2在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。已知塔内温度为20℃，压强为1.52×105Pa，亨利系数E为48.9MPa。解：相平衡常数为：6548.910321.711.5210EmP硫化氢的混合气进口摩尔浓度：15340.04305953429y若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：41max0.04301.3410321.71yxm7-3分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x-y图上表示。（1）含NO20.003(摩尔分率)的水溶液和含NO20.06(摩尔分率)的混合气接触，总压为101.3kPa，T=15℃，已知15℃时，NO2水溶液的亨利系数E=1.68×102kPa；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa（绝对压强）。解：（1）相平衡常数为：51311.6810Pa1.658101.310PaEmP*11.6580.0030.00498ymx由于*yy，所以该过程是吸收过程。气相推动力为：*0.060.004980.0550yy2液相推动力为：*10.060.0030.03321.658yxxxm（2）相平衡常数为：52321.6810Pa0.8420010PaEmP*10.840.0030.00252ymx由于*yy，所以该过程仍是吸收过程。气相推动力为：*0.060.002520.0575yy液相推动力为：*20.060.0030.06840.84yxxxm7-4在某操作条件下用填料塔清水逆流洗涤混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某截面上该组分在气、液相中的浓度分别为y=0.014，x=0.02。在该吸收系统中，平衡关系为y=0.5x，气膜吸收分系数ky=1.8×10-4kmol/(m2·s)，液膜吸收分系数kx=2.1×10-5kmol/(m2.s)，试求：（1）界面浓度yi、xi分别为多少？（2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数。解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有：ii()()yxkyykxx45ii1.810(0.014)2.110(0.02)yx（1）在界面处气液两相达平衡，有：0.000.010.020.030.040.000.020.040.060.08y=0.0550yxx=0.0332y*=1.658x0.000.020.040.060.080.000.020.040.060.08y=0.0575x=0.0684y*=0.84xyx3ii0.5yx（2）联立方程（1）、（2）得i0.0265x，i0.0132y（2）气相传质阻力：324115.55610sm/kmol1.810yk以气相为基准的液相传质阻力：4250.52.38110sm/kmol2.110xmk因此，吸收过程为液膜扩散控制。总气相传质推动力为：0.0140.50.020.004ymx气相推动力：i0.0140.01320.0008yy气相推动力在总推动力中所占比例：i0.00080.20.004yyymx7-5在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为25℃，压力为105kPa（绝对压力）。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为7.5kPa，液相中甲醇浓度为2.85kmol/m3。甲醇在水中的溶解度系数H=2.162kmol/(m3·kPa)，液膜吸收分系数kL=2.0×10-5m/s，气膜吸收分系数kG=1.2×10-5kmol/(m2·s·kPa.)。试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度yi；（2）计算该截面上的吸收速率。解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有：ii()()GLkppkcc55ii1.210(7.5)2.110(2.85)pc（1）在界面处气液两相达平衡，有：ii1pcHii12.162pc（2）联立方程（1）、（2）得3i5.644kmol/mc，i2.611kPap气液界面处气相侧甲醇浓度：ii2.6110.0249105pyP（2）该截面上的吸收速率：552Ai()1.210(7.52.611)5.8710kmol/(ms)GNkpp47-6在101.3kPa及25℃的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的SO2混合气体。进塔气中含SO2分别为0.04（体积分数），其余为惰性气体。水的用量为最小用量的1.5倍。要求每小时从混合气体中吸收2000kg的SO2，操作条件下亨利系数4.13MPa，计算每小时用水量为多少（m3）和出塔液中SO2的浓度（体积分数）？此题的第二问修改成“出塔气中SO2的浓度（体积分数）？”因条件不够计算不出来，原题第二问是计算出塔液中SO2的浓度（摩尔分数）。解：20X，1110.040.417110.04yYy相平衡常数为：634.131040.77101.310EmP由于是低浓度吸收，有：40.77Mm由物料衡算得：122000()=31.25kmol/h64VYY12min12()31.253055.31kmol/h0.41740.77VYYLYXMmin1.54582.97kmol/hLL每小时用水量：34582.971882.494m/h1000Q由物料衡算得：121()4582.9731.25kmol/hLXXX10.00682X出塔液中SO2的浓度：1110.006820.00677110.00682XxX7-7用清水在吸收塔中吸收NH3-空气混合气体中的NH3，操作条件是：总压101.3kPa，温度为20℃。入塔时NH3的分压为1333.2Pa，要求回收率为98%。在101.3kPa和20℃时，平衡关系可近似写为Y*=2.74X。试问：（1）逆流操作和并流操作时最小液气比(L/V)min各为多少？由此可得出什么结论？（2）若操作总压增为303.9kPa时，采用逆流操作，其最小液气比为多少？并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。解：11.33320.0133101.31.3332pYPp，21(10.98)0.020.01330.000266YY520X（1）逆流操作时最小液气比：12min120.01330.000266()2.6850.01332.742.74YYLVYX并流操作时最小液气比：12min20.01330.000266()134.260.0002662.742.74YYLVY由此可知：若完成相同的吸收任务，并流操作时的用水量比逆流操作时用水量大。（2）由于亨利常数仅是温度的函数，若总压增加，相平衡常数会发生变化，又因为，该吸收为低浓度吸收，有：Mm112.74101.3277.562kPaEMP22277.5620.913303.9EMP加压后，逆流操作时的最小液气比：12min1220.01330.000266()0.8950.01330.913YYLVYXM由此可知，完成相同的吸收任务，加压后，逆流操作的用水量小于常压的用水量，但是加压会增加能耗，这是以增大能耗为代价来减少吸收操作的用水量。7-8在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分。已知操作条件下该系统的平衡关系为Y=1.15X，入塔气体可溶组分含量为9%（体积），吸收剂入塔浓度为1%（体积）；试求液体出口的最大浓度为多少？解：1110.090.0989110.09yYy由题可得，液体出口的最大浓度是与入塔气体浓度相平衡的液体浓度：11,max0.09890.0861.15YXM液体出口的最大浓度：11,max10.0860.0792110.086XxX7-9在填料塔内用清水逆流吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体，SO2浓度为0.08（体积分数），其余可视为空气。冷却后送入吸收塔用水吸收，要求处理后的气体中SO2浓度不超过0.004（体积分数）。在操作条件下的平衡关系为Y*=48X，所用液气比为最小液气比的1.6倍。求实际操作液气比和出塔溶液的浓度。并在Y-X图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关6系。解：1110.080.0870110.08yYy，2220.0040.00402110.004yYy，20X逆流操作的最小液气比：12min10.08700.00402()45.7820.087048YYLVYM实际操作液气比：min1.6()1.645.78273.251LLVV由操作线方程可得：121()0.08700.004020.0011373.251VYYXL出塔溶液的浓度：1110.001130.00113110.00113XxX7-10常压（101.325kPa）用水吸收丙酮——空气混合物中的丙酮（逆流操作），入塔混合气中含丙酮7%（体积），混合气体流量为1500m3/h（标准状态），要求吸收率为97%，已知亨利系数为200kPa（低浓度吸收，可视M≈m）。试计算：（1）每小时被吸收的丙酮量为多少；（2）若用水量为3200kg/h，求溶液的出口浓度？在此情况下，塔进出口处的推动力ΔY各为多少？（3）若溶液的出口浓度x1=0.0305，求所需用水量，此用水量为最小用水量的多少倍？解：1110.070.0753110.07yYy，21(10.97)0.07530.030.00226YY，20X混合气体的摩尔流率：150066.964kmol/h22.4V相平衡常数为：2001.974101.325EMmP所以，操作条件下的平衡关系为：*1.974YX0.00000.00040.00080.00120.00160.000.020.040.060.080.10X2Y2YXY1Y*=48X7（1）每小时被吸收的丙酮量为：12()66.964(0.07530.00226)4.891kmol/hVYY（2）吸收剂的摩尔流率：3200177.778kmol/h18L由操作线方程可得：121()4.8910.0275177.778VYYXL溶液的出口浓度：1110.02750.0268110.0275XxX塔进口处的推动力：1110.07531.9740.02750.0210YYMX塔出口处的推动力：2220.0022600.00226YYMX（3）若溶液的出口浓度x1=0.0305，有：10.03050.031510.0305X由操作线方程可得：121()4.891155.470kmol/h0.0315VYYLX最小用水量：12min1()4.891128.218kmol/h0.07531.974VYYLYMmin155.4701.213128.218LL7-11在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分，若系统的平衡关系为Y=0