文档介绍：该【化工原理吸收课后习题及答案 】是由【1781111****】上传分享，文档一共【19】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【化工原理吸收课后习题及答案 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。:..相组成的换算【5-1】空气和CQ的混合气体中,CQ的体积分数为20%求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少?解因摩尔分数=体积分数,—【5-2】20C的l00***中溶解IgNHNH在溶液中的组成用摩尔分数x、浓度c及摩尔比X表示s时,各为多少?1/17解摩尔分数x0'01051/17100/18=浓度c的计算20C,。3溶液中NH的量为110/17kmol溶液的体积101103/=0281kmol/m3-----------------V101103/[、.9982s3或c-.0105【5-3】进入吸收器的混合气体中,NH的体积分数为10%吸收率为90%求离开吸收器时NH的组成,以摩尔比Y和摩尔分数y表示。~^=【5-4】l00***中溶解lgNH,查得C320时溶液上方NH的平衡分压为798Pa。此稀溶液的气3液相平衡关系服从亨利定律,试求亨利系数E(单位为kPa)、溶解度系数H[单位为kmol/(m3kPa)]和相平衡常数总压为100kPa。1/170-解液相中NH的摩尔分数x1/17100/183:..气相中NH的平衡分压P=*亨利系数Ep*///p*.728kmol/(m3kPa)1/*p*/.【5-5】空气中氧的体积分数为21%,温度为10C时,1m3水中最大可能溶解多少克氧?已知10C时氧在水中的溶解度表达式为p*,式中p*为氧在气相中的平衡分压,单位为kPa;x为溶液中氧的摩尔分数。。/(1)-.42106kmol02因为溶液很稀,其中溶质很少1kmol水溶液~1kmol水=18k***10C,~18/」^(2)利用亨利定律p-计算-CH:..气相中NH的平衡分压P=*1m3水中最大可能溶解的氧量为cpH()()-:..【5-6】含NH体积分数%的空气-NH混合气,在20C下用水吸收其中的NH总压为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数E80kPa。试求氨水溶液的最大浓度,kmolNH/m3溶液。,*A(1)利用亨利定律p*Ex计算与气相分压p相平衡的液相中NH的摩尔分数为9982s3NH水溶液的总浓度c—kmol/?溶液3(2)利用亨利定律pA计算ACHcpH()【5-7】温度为20C,,CQ水溶液的相平衡常数为m=1660若总压为1MPa时,相平衡常数m为多少?温度为20C时的亨利系数E为多少MPa?解相平衡常数m与总压p成反比,,p'1MPa时亨利系数Empm'p'166MPa【5-8】用清水吸收混合气中的NH,进入吸收塔的混合气中,含NH体积分数为6%吸收后混合气中含NH的体积分数为%。此物系的平衡关系为Y*。气液逆流流动,试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少?,贝UYy,.,=,则*,则丫0X22丫*3塔顶气相推动力丫Y=*【5-9】CO分压力为50kPa的混合气体,:..。物系温度均为25C,气液相平衡关系p*。试求上述两:..种情况下两相的推动力(分别以气相分压力差和液相浓度差表示),并说明CO在两种情况下属于吸收还是解吸。解温度t25C,水的密度为997kg/m3s混合气中CQ的分压为p50kPa97水溶液的总浓度c—kmol/m3水溶液M18s(1)以气相分压差表示的吸收推动力①=与液相平衡的气相平衡分压为气相分压差表示的推动力ppp*503020kPa(吸收)②/18与液相平衡的气相平衡分压为气相分压差表示的推动力pp*p15050100kPa(解吸)(2)以液相浓度差表示的吸收推动力与气相CO分压p50kPa平衡的液相组成为2平衡的液相浓度①.(吸收)ACA②*(解吸)AA吸收过程的速率【5-10】如****题5-10附图所示,在一细金属管中的水保持25C,在管的上口有大量干空气(温度25C,总压流过,管中的水汽化后在管中的空气中扩^*32濟0散,扩散距离为100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率,25X2kmo/(ms****题5-10附图:..-2中查得,25C,,/s。,,【5-11】用教材图5-10(例5-4附图)所示的装置,在温度为48C、,测定CCI蒸气在空气中的分子扩散系数。I的饱和蒸气压为,液体密度为1540kg/m3。垂直管中液面到44上端管口的距离,实验开始为2cm,。试l蒸气在空气中的分子扩散系数。4l蒸气在空气中的分子扩散系数,计算式为43l液体密度1540kg/,T27348321K开始Z2cm,终了Z3cm。/(kmolK)已知数据代入计算式,【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A,吸收塔某截面上,气相主体中溶质A的分压为5kPa,液相中溶质A的摩尔分数为。/(m2s),/(ms)。气液平衡关系可用亨利定律表示,。。x试求:(1)气相总传质系数K,并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制;(2)试求吸收塔该截Y面上溶质A的传质速率N。A解(1)气相总传质系数KY气膜阻力1/k4104(m?s)/kmol,液膜阻为m7k2102(m2s)/kmol。,为气膜控制。41/:..(2)传质速率NA:..-1【53】根据卩py,ppy及Cex,cex,试将传质速率方程Nk(PP)心qC人iAAcAiA变换成Nkyykxx的形式。k与k、k与k有何关AyxyGxL系。解NAkGpAPkpypy=pkyykyyiGiGiy式中kpkyG式中kekxL吸收塔的计算【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%勺SO,其余视为惰性气体。冷却后送入吸收2塔,用水吸收其中所含SQ的95%吸收塔的操作温度为30C,压力为100kPa,每小时处理的炉气量为1000m3(30C、100kPa时的体积流量),所用液-气比为最小值的倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为1液相中SC溶解度/kgSO100kg(HO)22气相中SQ平衡分压/kPa解①最小液一-比丄V」的计算GXXmini2吸收剂为水,X0,,。2*/-②用水量计算已知炉气流量1000m3/h(30C,100kPa)(,)(.11668kmol/h③出塔水溶液的组成【5-15】在一吸收塔中,、温度20C条件下吸收混合气体中的CO,将其组成从2%笔至%(摩尔分数)。20C时CO水溶液的亨利系数E144MPa。吸收剂用量为最小用量的倍。试求:(1)液-气比L/G及溶液出口组成X。(2)试求总压改为1MPa时的L/G及X。11解⑴:..p1MPa时的1/6及人从上述计算结果可知,。【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯,要求回收99%入塔的混合气中含苯2%(摩尔分数);入塔的煤油中含苯%(摩尔分数)。溶剂用量为最小用量的倍,操作温度为50,压力为1OOkPa,相平衡关系为Y*,(m3s)。/(m2s)。试求填料塔的填料层高度,气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。解(1)气相总传质单元高度H计算OGG'o入塔混合气的流量一=/(ms)/(m2s)G1(2)气相总传质单元数H计算OGY_y^竺00204,①吸收因数法计算NOG②对数平均推动力法计算N°G(3)填料层高度Z计算【5-17】混合气含CO体积分数为10%其余为空气。在30C、2MPa下用水吸收,使CQ的体积分数降到%,水溶液出口组成X6104(摩尔比)。混合气体处理量为2240m3/h(按标准状态,,101325Pa),。亨利系数E188MPa,液相体积总传质系数Ka50kmol,(m3hkmol/m3)。L试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解(1),,,X610,'(YY)90()(2)填料层高度Z计算水溶液的总浓度3c///(mh)XL:..(.)2276515对数平均推动力法计算N°Lm188气液相平衡常数94P2液相总传质单元数②【5-18】(摩尔比),要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y*。(1)试求下列3种情况下的液相出口组成X与气相总传质单元数N(利用教材中图5-23),并1°G迸行比较,用推动力分析N的改变。3种情况的溶质回收率均为99%OG①入塔液体为纯吸收剂,液-气比L/;②入塔液体为纯吸收剂,液-气比L/;③(摩尔比),液-气比L/。2(2)入塔液体为纯吸收剂,最小液-气比(1/G),溶质的回收率最大可达多少?min解(1),,相平衡常数m=1①X0,L/G2,L/mG22mX2°-23,②X0,L/,L/”-23,得N17°GYmX2③,L/,L/-23,得N21OG计算结果比较:②与①比较,X相同,L/G减小时,操作线斜率减小,向平衡线靠近,推动力减小。为达到一2定的溶质回收率要求(即达到一定的匕要求),N需要增大,同时X也增大了。OG,③与②比较,L/G相同,使X增大,即操作线斜率相同,操作线向平衡线平行靠近,使推动力减小N2OG增大,同时X也增大了。1(L/G)min(2)X0,(L/G),,溶质的回收率为最大,即XY/m11:..由物料衡算得(G)minX2LL/【5-19】某厂有一填料塔,直径880mm填料层高6m,所用填料为50mm瓷拉西环,乱堆。每小时处理2000m3混合气(),其中含***摩尔分数为5%用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含***摩尔分数为%塔底送出来的溶液,Ikg含***。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数Ka。操作条件下的平衡关系为Y*。Y上述情况下,每小时可回收多少千克***?若把填料层加高3m可以多回收多少***?解(1)计算体积总传质系数KaY先从已知数据求NOG相平衡常数m2塔底排出的水溶液,每l000g含******的摩尔质量为58kg/kmolY丫丫丫传质单元数22NOGYYY丫匕m1*2丫YIn*丫丫2N也可用吸收因数法计算OG从教材图5-°G247L已知填料层高度Z6m,°GKaQy惰性气体流量G2000()(20C,)理想气体在273K、、、;—(2)每小时***回收量为:..)填料层加高3m,,-,***的回收量为多回收***【5-20】有一填料吸收塔,用清水吸收混合气中的溶质A,以逆流方式操作。进入塔底混合气中溶质A的摩尔分数为1%,溶质A的吸收率为90%此时,水的流量为最小流量的倍。平衡线的斜率m=l。试求:(1)气相总传质单元数N;⑵若想使混合气中溶质A的吸收率为95%仍用原塔操作,OG且假设不存在液泛,气相总传质单元高度H不受液体流量变化的影响。此时,可调节什么变量,简°G便而有效地完成任务?试计算该变量改变的百分数。,,m1,X02N(1)计算气相总传质单元数OG(2)要想使吸收率从90%^高到95%可增大吸收剂用量填料层咼度ZHNOGOG对于已有的填料塔,其填料层高度已定,吸收剂用量改变不会改变H。因此,N不会改变,。OG新工况下,丫'*',从图5—23查得OG丫mX2为了使吸收率从90%提高到95%L/G需要从增加到,增加的百分数为【5-21】某填料吸收塔的填料层高度已定,用清水吸收烟道气中的CO,CO的组成为(摩尔比),余下气体为惰性气体,液一气比为180,吸收率为95%操作温度为30,总压为2MPaCQ水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算下列3种情况的溶质吸收率、吸收液(塔底排出液体)组***、塔内平均传质推动力Y,并与原有情况进行比较:(1)吸收剂由清水改为组成为(摩尔比)m的CQ水溶液;(2)吸收剂仍为清水,操作温度从30C改为20C;(3)吸收剂为清水,温度为30C。由于吸收剂用量的增加,使液-气比从180增加到200。解总压p2MPa,(1)X0改为X''计算2此时,H不会改变,因填料层高度Z为一定值,所以N—不变。QGQGKaQHYQG:..mGYmXmG2lnNQGmGLmX121:..mGYmX'mG1In2mGOG1LY'mX'L221LYmXYmX'因N22OGN',故一OGmXY'mX'222查得30时CO水溶液的E188MPa将上述数据代入式(a)解得新工况的吸收率'1Y2/.861i吸收液组成计算已知L/'Y'X'1丫22180平均传质推动力的计算方法①按原工况计算NmG/L94/'''②*:,,吸收剂入塔组成增大,使传质推动力降低,而导致溶质吸收率下降。如果不需要计算平均传质推动力的数值,而只需对比,则可如下计算。NN°GOG⑵X0,:..(前面已计算)OGmG丫mXmG新工况—1n12NOG1mG~L~YmX~L2'2~.000528(前面已计算)丫X°.-105原工况i2Y404°0-0196(前面已计mNOG算)'OG从上述计算结果可知,对现有吸收塔,当操作温度降低,平衡线斜率减小(即m减小),传质推动力增大,导致溶质的吸收率增大。(3)X0,温度3(,m=942原工况L/GmG/L94/.84(前面已计OG算)’1丫/.(前已计算)'新工况丫)X(:..原工况Y瞪曾。.(前已计算),对现有吸收塔,当吸收剂用量增加,操作线斜率增大,传质推动力增大,导致溶质的吸收率增大。【5-22】有一逆流操作的吸收塔,其塔径及填料层高度各为一定值,用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G,吸收剂清水流量L及操作温度与压力分别保持不变,而使进口混合气体中的溶质组成丫增大。试问气相总传质单元数N混合气出口组成丫、吸收液组成X及溶质的吸收率1OG2n将如何变化?并画出操作示意图。Z十卄G①填料层高度Z已定,且气象总传质单元高度H不变,故N不变。OGOGKaQHYOGL不变,故L/Gm一定。②物系一定,操作温度及压力不变,故气液相平衡常数m一定,且G及因N与L/Gm各为一定值,从教材中N的计算式(5-76)或图5-23可知丫2空为一定值。且吸收OGOGYmX2剂为清水,故X=0,则邑为一定值。即随着Y的增大,丫按一定比例增大。如****题5-22附图所示,￥22气相进口组成由Y增大到Y,'22③操作线斜率L/G不变,因Y增大到丫,附图中的操作线由TB线平行上移为TB线。TB线与i'水平的等Y线交垫横坐标X为新条件下的液相出口组成。即吸收液组成由X增大到X。11;④由第②问的分析结果可知巴色=一定值,故吸收率1丫2不变。丫****题5-22附图解吸塔计算【5-23】由某种碳氢化合物(摩尔质量为113kg/kmol)与另一种不挥发性有机化合物(摩尔质量为135kg/kmol)组成的溶液,其中碳氢化合物占8%(质量分数)。要在100C、(绝对压力)下,用过热水蒸气进行解吸,使溶液中碳氢化合物残留%(质量分数)以内,水蒸气用量为最小用量的2倍。气液相平衡常数m=填料塔的液相总传质单元高度H=。试求解吸塔的填料层高OL度。人XW丫2min2传质系数计算和吸收剂部分循环****题5-23附图现一逆流吸收填料塔,填料层高度为8m用流量为【5-24】iOOkmol/(怦?h)的清水吸收空气混合气体中某溶质,混合气体流量为600Nn/(怦?h),入塔气体中含溶质(摩尔分数,下同),实i:..验测得出塔气体中溶质的吸收率为95%。已知操作条件下的气液相平衡关系为Y=。设吸收过程为气膜控制。(1)计算该填料的气相总体积传质系数;吸收过程中,将吸收后吸收液的50%送入解吸塔解吸后循环使用,解吸后的液体含氨,若维持进吸收塔总液体量不变,计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶加入情况下,出塔气体中溶质的摩尔分数。-%时,=(一)=,y025Y22O.。-/=kmol/5,2h)—/(m3h)HOG(3)纯水和解吸后液体混合后的组成X=?出塔气体中溶质摩尔分数多股进料进料位置和方式不同对填料层高度的影响【5-25】在、25C的条件下,采用塔截面积为怦的填料塔丫GXLGtL22用纯溶剂逆流吸收两股气体混合物的溶质,一股气体中惰性气体流量为50kmol/h,溶质含量为(摩尔比,下同),另一股气体中惰性气体流量为50kmol/h,溶质含量为,要求溶质总回收率不YVXbbbr低于90%,操作条件下体系亨利系数为279kPa,试求:(1)当两股气体混合后从塔底加入,液气比为最小液气比的倍时,出塔吸收液浓度和填料层咼度(该条件下气相总体积传YG*厂丨XLimi?mYGYV质系数为30kmol/(h3),且不随气体流量而变化);aabbaGa丫XLi(2)两股气体分别在塔底和塔中部适当位置(进气组成与塔****题5-25附图内气相组成相同)进入,所需填料层总高度和适宜进料位置,设尾气气体组成与(1)相同。(3)比较两种加料方式填料层高度变化,并示意绘出两种进料情况下的吸收操作线。解根据题意吸收流程如图5-14所示:(1)混合后气体摩尔比浓度::..出塔气体浓度:E279275,X=--1m—、(2)当两股气体分别进入吸收塔,高浓度在塔底进入,低浓度在如图5-14所示塔中部进入,吸收塔分为两部分,塔内液气比不同,填料层高度分两段计算。上段填料层高度:对于塔上部:,出塔气体组成为,液气比L/V=,塔中部b2G丫厂丫=-。bL—。下段填料层高度:对于塔下部:,,液气比L/G==,进塔b液体组成X=。bG/(3)气体混合后进入吸收塔的操作线如图5-15为ABC分别在适宜位置进入吸收塔的操作线为ABD从操作线距离平衡线的距离看,气体混合后进入吸收塔的操作线靠***衡线,传质推动力降低,所以填料层高度增加。吸收是分离过E程,而组成不同的气体先混合是返混,返混对吸收不利,故填料层高度增加****题5-25附图