化工原理习题.ppt

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1、第八章吸收习题课例1.总压为101.325kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kgNH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。解：首先将此气液相组成换算为y与x。NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kgNH3与1000kg水之和。故E=P·m=101.325×1.436=145.5kPakPa溶剂水的密度ρs=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol，计算Hkmol/（m3·kPa）2.在压强为101.33Kpa,温度为25℃下,溶质组成

2、为0.05(摩尔分数)的CO2-空气混合物与浓度为1.1×10-3Kmol的CO2水溶液接触,判断传质过程方向.已知在101.33Kpa,25℃下CO2在水中的亨利系数E为1.660×105Kpa.3.含氨极少的空气于101.33kPa，20℃被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.15×10-6kmol/（m2·s·kPa），液膜传质系数kL=1.81×10-4kmol/（m2·s·kmol/m3），溶解度系数H=1.5kmol/（m3·kPa）。气液平衡关系服从亨利定律。求：气相总传质系数KG、KY；液相总传质系数KL、KX。解：因为物系的气液

3、平衡关系服从亨利定律，故KG=3.089×10-6kmol/（m2·s·kPa）由计算结果可见KG≈kG此物系中氨极易溶于水，溶解度甚大，属“气膜控制”系统，吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。依题意此系统为低浓度气体的吸收，KY可按下式来计算。根据式求KLkmol/(m2·s·)同理，对于低浓度气体的吸收，可用式（6-36）求KXKX=KL·c由于溶液浓度极稀，c可按纯溶剂——水来计算。KX=KL·c=2.08×10-6×55.6=1.16×10-4kmol/（m2·s）kmol/m3由气液相平衡关系和物料衡

4、算关系联立求解，可求出CO2在水中的极限浓度和剩余气体总压。4.CO2在水中极限浓度及剩余气体压强在常压(101.3kPa)和25℃下，1m3CO2-空气混合气体(CO2体积分率为20%)与1m3清水在2m3的密闭容器中接触传质。假设空气不溶于水中，试求CO2在水中的极限浓度(摩尔分率)及剩余气体的总压。已知操作条件下气液平衡关系服从Henry定律，Henry系数E=1.662×105kPa。解：气液平衡方程：p*=1.662×105x①物料衡算：气相中失去的CO2为：液相中获得CO2为：则0.00818-0.0000404p*=55.56x②

5、联立①、②，可得：x=6.67×10-5(即为CO2在水中极限浓度)p*=11.1kPa剩余气体总压为：p余=0.8P+p*=0.8×101.33+11.1=92.16kPa讨论：Δp=p-p*=0.2×101.33-0=20.3kPa随吸收过程进行，推动力减小，直至平衡时，液相达到最大浓度，此时推动力为零。气液开始接触时，吸收推动力最大，为：5.在一填料层高度为5m的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为Y=0.5X。现改用另一种性能较好的填料，在相同的操作条件下，溶质回收

6、率可提高到95%，试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍？6.在逆流操作的吸收塔内，于1.013×105Pa、24℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（体积百分数）。该系统符合亨利定律，亨利系数E=545×1.013×105Pa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比L/G及出口液相组成X1。若操作压强改为10×1.013×105Pa而其它已知条件不变，再求L/G及X1。7.一吸收塔于常压下操作，用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为5000标准m3/h，氨的浓度为10g/标准m3，要求氨的回收率不低

7、于99%。水的用量为最小用量的1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为1.1m/s。操作条件下的平衡关系为Y*=1.2X，气相体积吸收总系数为KYa=0.0611kmol/（m3·s）。试分别用对数平均推动力法和解析法求气相总传质单元数，再求所需的填料层高度。8.由矿石焙烧炉出来的气体进入填料吸收塔中用水洗涤以除去其中的SO2。炉气量为1000m3/h，炉气温度为20℃。炉气中含9%（体积分数）SO2，其余可视为惰性气体（其性质认为与空气相同）。要求SO2的回收率为90%。吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作压力为101.33kPa，温

8、度为20℃。在此条件下SO2在水中的溶解度如附图所示。试求：（1）当吸收剂入塔组成X2=0.0003时，吸收剂的用量（kg/h）及离塔溶液组成X1。（