第八章《吸收》答案fgdgddh

8.1在30 C,常压条件下，用吸收塔清水逆流吸收空气一SO2混合气体中的SO2,已知气一液相平衡关系式为y*=47.87x ,人塔混合气中SO2摩尔分数为0.05,出塔混合气SO2摩尔分数 为0.002,出塔吸收液中每100 g含有SO2 0.356 g。试分别计算塔顶和塔底处的传质推动力，c表示。8.2在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合气中的氨气。已知气体流量为I 000 m/h(标Y*=准状态)，氨气的摩尔分数为0.01，塔内为常温常压，此条件下氨的相平衡关系为0.93X，求：(1) 用5 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；(2) 用10 m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；(3) 用5 m3/h的含氨0.5 % (质量分数)的水吸收，氨气的最高吸收率。解：(1)气体的流量为1000mol/s=12.4 mol/s流体的流量为mol/s =77.2mol/s假设吸收在塔底达到平衡，则y*=12.4(0.01- y* )，所以 y* =0.0013所以最大吸收率为迴遊0.870.01(2)气体的流量为1000mol/s=12.4 mol/s流体的流量为mol/s 154.4mol/s假设吸收在塔低达到平衡，则154. 4( y* /0.93 ) =12.4(0.01- y* ),所以 y* =0.0007所以最大吸收轮率为00070.930.01(3)吸收剂中氨的摩尔分数为5 103 103103 1030.0053假设吸收在塔低达到平衡,77.2y*/0.93-0.0053)=12.4y*，所以y* =0.00560.010.018.3吸收塔内某截面处气相组成为y=0.05，液相组成为所以最大吸收率为咤 0.44x=0.01，两相的平衡关系为y*=2x ,25 s) , kx=1. 25 x 10 kmol /如果两相的传质系数分别为ky =1.25 x 10-5 kmol/(m(m2 s)，试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻力和传质速率。8.4用吸收塔吸收空气中的 SO。，条件为常压，30C，相平衡常数为 m- 26. 7,在塔内某一截面上，气相中 SO。分压为4. 1 kPa，液相中SO。浓度为0. 05 kmol /m3气相传 质系数为kG 1. 5X 10卅kmol /(m2 - h kPa)，液相传质系数为 k。=0. 39 m/h，吸收 液密度近似水的密度。试求：(1) 截面上气液相界面上的浓度和分压；(2) 总传质系数、传质推动力和传质速率。解：(1)社气-液相界面上的压力为FAi,浓度为6,忽略SO的溶解，吸收液的总浓度为33C 0=996/18kmol/m =55.3 kmol/mH= C055.3mp 26.7溶解度系数为33kmol/(kPa.m )=0.0204 kmol/(kPa.m )在相界面上，气、液两相平衡，所以cAi =0.024p Ai又因为稳态传质过程，气、液相两相传质速率相等，所以k&P A-p Ai )= k L(c Ai -c a) 所以 1.5 X 10-2 X (4.1- p Ai)=0.39 X (CAi -0.05)3 由上两个方程，可以求得pAi =3.53kPa, c Ai=0.072kmol/m。(2 )总气相传质系数k g=1/kGkL11/ 0.015 1/(0.2042-kmol/(m .h.kPa)=0.0052)2kmol/(m .h.kPa)总液相传质系数k l= k G H=0.0052/0.0204m./h=0.255m/h与水溶液平衡的气相平衡分压为P a*=ca/H=0.05/0.0204 kPa = 2.45 kPa所以用分压差表示的总传质推动力为p Pa Pa (4.1 2.45)kpa 1.65kpa与气相组成平衡的溶液平衡浓度为*33cA HpA 0.0204 4.1kmol/m 0.084kmol /m用浓度差表示的总传质推动力为*c CaCa (0.08430.05)kmol/m30.034kmol/m传质速率为NakGp 0.0052kmol m2hkmol m2h或 NakLc 0.2552kmol m2hkmol m2h8. 5 101.3 kPa操作压力下，在某吸收截面上，含氨0.03摩尔分数的气体与氨浓度为1kmol/m3的溶液发生吸收过程，已知气膜传质系数为kG =5 X 10-6 kmol/(m 2 s kPa)，液膜传质系数为kL =1. 5 X 10-4 m/s，操作条件下的溶解度系数H=0.73 kmol / (m2kPa)，试计算:(1) 界面上两相的组成；(2) 以分压差和摩尔浓度差表示的总传质推动力、总传质系数和传质速率；(3) 分析传质阻力，判断是否适合采取化学吸收，如果采用酸溶液吸收，传质速率提高多少。假设发生瞬时不可逆反应。8.6利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为310 kPa，气、液相传质系数分别为3242ky =3. 77 X 10 kmol/(m s)、k。=3. 06x 10- kmol/(m s)，气、液两相平衡符合亨利定律，关系式为 p =l. 067x 104x( p的单位为kPa)，计算:(1) 总传质系数；(2) 传质过程的阻力分析；(3) 根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应, 传质速率会提高多少倍 ？4解：(1)相平衡系数为 m -1.067 1034.4p 310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为Kx1 141/ kx 1/( mky)1/(3.06 10 ) 1/(34.42-kmol /(m .s)3.05 10 4kmol /(m2.s)以气相摩尔分数为推动力的总传质系数为Ky3.05 10 434.42kmol /(m .s)0.89 10 5kmol/(m2.s)(2 )以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为1Kx丄kx1mky13.05 10 4m2.s/ kmol3.28 103m2.s/kmol其中液膜传质阻力为1kx4 m2.s/kmol3.06 10 4323.27 10 m .s/kmol占传质阻力的99.7% 气膜传质阻力为1mky3 m2.s/kmol33.41027.71m .s/ kmol占传质阻力的0.3%，所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。8.7已知常压下，20C时，CO在水中的亨利系数为l. 44X 105 kPa,并且已知以下两个反应的平衡常数33CO2 H2OH2CO3 K 1=2.5X10- kmol/mH2CO3HCO3-4K2=1. 7X 10 kmol/m若平衡状态下气相中的 CQ分压为10 kPa，求水中溶解的CQ的浓度。（CO 2在水中的一级离解常数为 K=4. 3X 10-7 kmol/m 3,实际上包含了上述两个反应平衡，K=KKa）8.8在两个吸收塔a、b中用清水吸收某种气态污染物，气一液相平衡符合亨利定律。如下图所示，采用不同的流程，试定性地绘出各个流程相应的操作线和平衡线位置，并在图上标出流程图中各个浓度符号的位置。解：（略）8.9 用吸收法除去有害气体，已知操作条件下相平衡关系为y =1.5x，混合气体初始含量为yi=0.1，吸收剂入塔浓度为 X2 =0.001，液气比为2。已知在逆流操作时，气体出口浓度 为y2=0.005。如果操作条件不变，而改为并流操作，气体的出口含量是多少？逆流操作吸收的溶质是并流操作的多少倍？假设总体积传质系数不变。8.10用一个吸收塔吸收混合废气中的气态污染物A,已知A在气、液两相中的平衡关系为y =x。气体入口浓度为 y1 =0.1，液体入口浓度为 x2=0.01。（1）如果要求吸收率达到 80%，求最小液气比；（2）气态污染物 A勺最大吸收率可以达到多少，此时液体出口的最大浓度为多少？0 1解：（1）气相入口摩尔比为y 总0.1111y10.9液相入口摩尔比为X2 住 001 0.012 1 x2 0.09吸收率丫!一邑 0.11 丫20.8，所以 Y2 =0.022Y 0.11qnLY Y?0.1 0.022所以，最小液气比为（M）min120.87qnG第/m X20.1/1 0.01（2） 假设吸收塔高度为无穷大，求A勺最大吸收率 当液气比为（虹）=口操作线与平衡线重合气、液两相在塔顶和塔底都处在于平衡状态。QnG吸收率为max0.11 1 0.110.010.91此时液相出口浓度为X1 丫1 011 0.11m 1 当液气比为（竝）=01,操作线与平衡线在塔顶点相交，即气相出口浓度和液相进口浓度QnG平衡状态。吸收率为max此时液相出口浓度为 Y 20.11 1 0.110.010.91X1 斗 Y mX2)X2qnG0.11与 相比，吸收率达到相同大小，但是液相出口浓度低。 当液气比为（9）m，作线与平衡线在塔顶底相交,qnG即气相进口浓度和液相出口浓度平衡状态。此时液相出口浓度为X10.11T0.11吸收率为maxY10.11 1 0.110.010.91与相比，液相出口浓度达到相同大小,但是吸收率要低。8.11在逆流操作的吸收塔中，用清水吸收混合废气中的组分A,入塔气体溶质体积分数为1习题8. 8图示最小用量的1.5倍，气相总传质单元高度为l.2 m，要求吸收率为80%，求填料 层的高度。8.12用一个填料塔吸收空气中的某气态污染物，在其他条件不变的情况下，将吸收率从95%提高到98%，则吸收剂的用量增加多少倍？假设过程为气膜控制吸收过程，吸收因子S=1.779。解：吸收剂用量的增加，会带来液相吸收系数的变化，题意中气膜控制吸收过程用意在已可 以忽略液相吸收系数的变化对总传质系数的影响，而认为总传质系数不变。在清水吸收的条件下：X2 0吸收塔高度不变，吸收因子，假设吸收剂用量增加n倍，则吸收因子也会增加n倍。 mqnGh HolNolqnLKxaS-1ln(1 si S备 S-1ln(1 S)： s KTT Sln(1 S)： SqnLln (1) qnL巾(1)S-1S Y， SnS-1nS Y2 nS其中 S=1.779, 丫2=0.05 Y 1, 丫2=0.02 Y 1,所以1 1In (1)ln(1)1.779-11.779 0.05 1.779n1.779-1 n 1.779 0.02 n1.779求得n=1.9，所以吸收剂用量需要增加1.9倍。8.13在填料层高度为5 m的填料塔内，用清水吸收空气中的某气态污染物。液气比为1.0 ,吸收率为90%，操作条件下的相平衡关系为y =0.5X。如果改用另外一种填料，在相同的条件下，吸收率可以提高到95%，试计算两种填料的气相总体积传质系数之比。