化工原理气体吸收经典习题

1、掌握的内容

相组成的表示法及换算；气体在液体中溶解度，亨利定律及各种表达式和相互间的关系；相平衡的应用；分子扩散、菲克定律及其在等摩尔反向扩散和单向扩散的应用；对流传质概念；双膜理论要点；总传质系数及总传质速率方程；吸收过程物料衡算，操作线方程推导、物理意义；最小液气比概念及吸收剂用量的计算；填料层高度的计算，传质单元高度与传质单元数的定义、物理意义，传质单元数的计算（平均推动力法和吸收因数法）；吸收塔的设计计算。 2、熟悉的内容

吸收剂的选择；各种形式的单相传质速率方程、膜传质系数和传质推动力的对应关系；各种传质系数间的关系；气膜控制与液膜控制；传质单元数的图解积分法；吸收塔的操作型分析；解吸的特点及计算。 3、了解的内容

分子扩散系数及影响因素；塔高计算基本方程的推导。

6．在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液

相接触，试问：

（1） 从液相分析SO2的传质方向；

（2） 从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；

（3） 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。

查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa 查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 解：(1) m? 从液相分析

E4850? 47.88 ?p101.3x*?y0.3??0.00627< x=0.01 m47.88故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。 （2） m?从气相分析

y*=mx=16.49×0.01=0.16

E1670? =16.49 p101.3

故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 （3） m?从气相分析

y*=mx=23.94×0.01=0.24

故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。

E4850? =23.94 p202.6x*?y0.3??0.0125 m23.94以液相摩尔分数表示的吸收推动力为:

?x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025

以气相摩尔分数表示的吸收推动力为:

?y= y － y*=0.3－0.24=0.06

8．在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数kG=3.84×10-6 kmol/（m2·s·kPa），液相传质系数kL=1.83×10-4 m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时

*（1） 以（pA?pA）、（cA?cA）表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；

*（2） 分析该过程的控制因素。

p*6.7?134kPa 解：（1）根据亨利定律E?A?x0.05相平衡常数m?E134??1.34 p100溶解度常数H?CA?s1000??0.4146 *EMs134?18PA*以气相分压差（pA?pA）表示总推动力时：

*=100×0.05-134×0.01=3.66kPa pA?pA11111??=??13180?260417?273597 ?4?6KGHkLkG0.4146?1.83?103.86?10KG?3.66?10?6 kmol/（m2·s·kPa）

*NA?KG(pA?pA)=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/（m2·s）

以（cA?cA）表示的传质总推动力时：

*cA?0.01?0.56 kmol/m3

0.99?18/1000*cA?cA=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3

KG3.66?10?6KL???8.8?10?6m/s

H0.4146*NA?KL(cA?cA)=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/（m2·s）

*（2）与（pA?pA）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2·s·kPa）/ kmol；

其中气相阻力为

1?13180m2·s·kPa/ kmol； kG液相阻力

1?260417m2·s·kPa/ kmol； HkL气相阻力占总阻力的百分数为

260417?100%?95.2%。

273597故该传质过程为气膜控制过程。

【例5-11】在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则

Y2、X1如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为kYa?V0.8）

解： 用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故KYa?kYa?V0.8 因气体流量V不变，所以kYa、KYa近似不变，HOG不变。 因塔高不变，故根据Z=NOG?HOG可知NOG不变。 当清水量加大时，因S?Y?mX2m，故S降低，由图5-25可以看出1会增大，故Y2将下降。 L/VY2?mX2 根据物料衡算L(X1?X2)?V(Y1?Y2)?VY1可近似推出X1将下降。

17．某填料吸收塔在101.3 kPa，293K下用清水逆流吸收丙酮—空气混合气中的丙酮，操作液气比为2.0，丙酮的回收率为95%。已知该吸收为低浓度吸收，操作条件下气液平衡关系为Y?1.18X，吸收过程为气膜控制，气相总体积吸收系数KYa与气体流率的0.8次方成正比。（塔截面积为1m2） （1）若气体流量增加15%，而液体流量及气、液进口组成不变，试求丙酮的回收率有何变化？

（2）若丙酮回收率由95%提高到98%，而气体流量，气、液进口组成，吸收塔的操作温度和压力皆不变，试求吸收剂用量提高到原来的多少倍。 解：

（1） 设操作条件变化前为原工况 S?mV1.18?0.59 =

L2.0X2=0，

Y1?mX2Y111=???20

Y2?mX2Y21??1?0.95 NOG???Y?mX21ln??1?S?1?S? 1?S?Y2?mX2?

1ln??1?0.59??20?0.59? 1?0.59?5.301?设气量增加15%时为新工况 因 HOG?所以 HOG?'V0.8，KYa?V KYaΩV?V0.2 0.8V故新工况下HOG?V'??HOG??V????0.2?HOG1.150.2?1.028HOG

'OG因塔高未变， 故 NOG?HOG=N NOG?'?H'OG

NOG?HOGNOG?HOG5.301=5.157 ??'HOG1.028HOG1.028mVmV'' ?S? ， S?

LLV'?S?S?1.15?0.59?0.679

V'新工况下：

N'OG??Y111??'Y1?mX2'? ??5.157?ln1?0.679?0.679ln1?S?S??'''??1?0.679Y21?S?Y2?mX2?????5.157???11ln??1?0.679??0.679? '1?0.679?1???解得丙酮吸收率?变为92.95%

(2) 当气体流量不变时，对于气膜控制的吸收过程，HOG不变，故吸收塔塔高不变时，NOG也不变化，即将丙酮回收率由95%提高到98%，提高吸收剂用量时，新工况下N S?''''OG?NOG=5.301

mV'' ，??0.98 ''L N''OG??1''1''?ln1?S?S?? ''''1?S?????5.301?用试差法解得S=0.338

''11?''''? ln1?S?S''??1?0.981?S????SL''0.59??1.746 ''?L0.338S所以吸收剂用量应提高到原来的1.746倍。

【例5-7】在填料吸收塔内用水吸收混合于空气中的甲醇，已知某截面上的气、液两相组成为pA=5kPa，

cA=2kmol/m3，设在一定的操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数H为0.5 kmol/(m3·kPa)，液相传

质分系数为kL＝2×10m/s，气相传质分系数为kG＝1.55×10kmol/(m·s ·kPa)。 (1) 试求以分压表示吸收总推动力、总阻力、总传质速率、及液相阻力的分配。

(2) 若吸收温度降低，甲醇在水中的溶解度系数H变为5.8 kmol/(m·kPa)，设气、液相传质分系数与两

相浓度近似不变，试求液相阻力分配为多少？并分析其结果。 解：

(1) 以分压表示吸收总推动力 p*A?cA2??4kPa H0.5*3

－5

－5

2

?pA?pA?pA?5?4?1kPa 总阻力

111??KGHkLkG ?10.5?2?10?5?11.55?10?5

?1?105?6.45?104?1.645?105(m2?s?kPa)/kmol总传质速率

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