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化工原理-气体吸收作业(含答案)

气体吸收1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体,经充分接触后,测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10-2kmol/m 3,鼓泡器内总压为101.3kPa ,水温30℃,溶液密度为1000 kg/m 3。

试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。

解:查得u30℃,水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s Ap p p稀溶液:3kmol/m 56.55181000==≈SM c ρ421017.556.5510875.2--⨯=⨯==c c x A kPa 10876.11017.51.9754*⨯=⨯==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342*⋅⨯=⨯==--AA p c H18543.10110876.15=⨯==p E m 2.在总压101.3kPa ,温度30℃的条件下, SO 2摩尔分率为0.3的混合气体与SO 2摩尔分率为0.01的水溶液相接触,试问:(1) 从液相分析SO 2的传质方向;(2) 从气相分析,其他条件不变,温度降到0℃时SO 2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SO 2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。

解:(1)查得在总压101.3kPa ,温度30℃条件下SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa 所以 ==p E m =3.1014850 47.88 从液相分析00627.088.473.0*===m y x < x =0.01 故SO 2必然从液相转移到气相,进行解吸过程。

(2)查得在总压101.3kPa ,温度0℃的条件下,SO 2在水中的亨利系数E =1670kPa==p E m 3.1011670 =16.49 从气相分析y *=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3故SO 2必然从气相转移到液相,进行吸收过程。

(3)在总压202.6kPa ,温度30℃条件下,SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa==p E m 6.2024850 =23.94 从气相分析y *=mx=23.94×0.01=0.24<y=0.3故SO 2必然从气相转移到液相,进行吸收过程。

0125.094.233.0*===m y x 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=0.063.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G k =3.84×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa ),液相传质系数L k =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(*A A p p -)、(A *A c c -)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。

解:(1)根据亨利定律kPa 13405076A ===..x p E * 相平衡常数34.1100134===p E m溶解度常数4146.0181341000ss=⨯==EM H ρ以气相分压差(*A A p p -)表示总推动力时:*AA p p -=100×0.05-134×0.01=3.66kPa G L G 111k Hk K +==273597260417131801086.311083.14146.0164=+=⨯+⨯⨯-- 6G 1066.3-⨯=K kmol/(m 2·s ·kPa ))(*A A G A p p K N -==3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/(m 2·s )以(A *Ac c -)表示的传质总推动力时: 56.01000/1899.001.0A =⨯=c kmol/m 3A *A c c -=0.4146×100×0.05-0.56=1.513 kmol/m 3m/s 108.84146.01066.366G L --⨯=⨯==H K K)(A *A L A c c K N -==8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/(m 2·s )(2)与(*A A p p -)表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597(m 2·s ·kPa )/ kmol ;其中气相阻力为131801G=k m 2·s ·kPa/ kmol ; 液相阻力2604171L=Hk m 2·s ·kPa/ kmol ; 气相阻力占总阻力的百分数为%2.95%100273597260417=⨯。

故该传质过程为气膜控制过程。

4 .若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线,界面上气液两相平衡,推导出K L 与k L 、k G 的关系。

解:因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 A A Hp c =* 界面上气液两相平衡 i Hp c A Ai =的关系式 由 )(A *A L A c c K N -=得)(K 1A *A A Lc c N -= (1) 由)(i A A G A p p k N -=得)Hc H c (Ai *AG A-=k N)c c (k HAi *A A G-=N (2) 由)(A i A L A c c k N -=得)(1A i A A Lc c N k -= (3) (2)式+(3)式,并与(1)式比较得GL L 11k H k K += 5.在逆流吸收的填料吸收塔中,用清水吸收空气~氨混合气中的氨,气相流率为 0.65kg/(m 2·S)。

操作液气比为最小液气比的1.6倍,平衡关系为 x y 92.0*=,气相总传质系数a K y 为0.043kmol/(m 3·S)。

试求:(1)吸收率由95%提高到99%,填料层高度的变化。

(2)吸收率由95%提高到99%,吸收剂用量之比为多少? 解:(1)吸收率为95%时:V =0.65/29=0.0224 kmol/(m 2·S)m 521.0043.00224.0OG ===a K V H y 874.095.092.0/2212*121min =⨯==-=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛ηm m Y Y Y X X Y Y V L 398.1874.06.16.1min=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=V L V L L =0.0224×1.398=0.0313 kmol/(m 2·S)658.0398.192.0===L mV S ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mX Y mX Y S S N OG 2221)1(ln 1189.5658.095.011)658.01(ln 658.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+---=OG Nm 1.3521.089.5OG OG =⨯=⋅=H N Z吸收率为99%时:m 521.0043.00224.0OG OG '====a K V H H y 911.099.092.0/'2'212*12'1min '=⨯==-=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛ηm m Y Y Y X X Y Y V L 457.1911.06.16.1)(min ''=⨯=⎪⎭⎫⎝⎛=V L V L L ‘=0.0224×1.457=0.0326 kmol/(m 2·S)631.0457.192.0''===L mV S ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----='2'221''')1(ln 11S mX Y mX Y S S NOG82.9631.099.011)631.01(ln 631.011'=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+---=OG Nm 1.5521.082.9OG OG ''=⨯=⋅=H N Z65.11.311.5'==Z Z (2) L =0.0224×1.398=0.0313 kmol/(m 2·S)L ‘=0.0224×1.457=0.0326 kmol/(m 2·S)04.10313.00326.0'==L L 6.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2Y 、1X 如何变化?(已知体积传质系数随气量变化关系为8.0V a k Y ∝)解: 用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程,故8.0Va k a K Y Y ∝≈因气体流量V 不变,所以a k Y 、a K Y 近似不变,H OG 不变。

因塔高不变,故根据Z =OG OG H N ⋅可知OG N 不变。

当清水量加大时,因VL mS /=,故S 降低,由图5-25可以看出2221mX Y mX Y --会增大,故2Y 将下降。

根据物料衡算12121)()(VY Y Y V X X L ≈-=-,VY 不变,L 增大,可近似推出1X 将下降。

7.在一逆流操作的吸收塔中,如果脱吸因数为0.75,气液相平衡关系为X Y 0.2*=,吸收剂进塔浓度为0.001(摩尔比,下同),入塔混合气体中溶质的浓度为0.05时,溶质的吸收率为90%。

试求入塔气体中溶质浓度为0.04时,其吸收率为多少?若吸收剂进口浓度为零,其他条件不变,则其吸收率又如何?此结果说明了什么? 解: 001.02=X 时:原工况 75.0=S 005.0)9.01(05.0)1(12=-=-=ηY Y⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mX Y mX Y S S N OG 2221)1(ln 11233.675.0001.02005.0001.0205.0)75.01(ln 75.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-⨯---=OG N新工况 OG OG'H H= Z Z ='⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mX Y mX Y S S NOG2'22'1')1(ln 11 233.675.0001.02001.0204.0)75.01(ln 75.011'2'=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-⨯---==Y NN OGOG解得3'210375.4-⨯=Y%06.898906.004.010375.404.03'1'2'1'==⨯-=-=-Y Y Y η 02=X 时:原工况 75.0=S 005.0)9.01(05.0)1(12=-=-=ηY Y⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mX Y mX Y S S N OG 2221)1(ln 11715.475.0005.005.0)75.01(ln 75.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=OG N新工况 OG OG'H H= Z Z ='⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=S Y Y S S NOG'2'1')1(ln 11 715.475.004.0)75.01(ln 75.011'2'=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--==Y NN OGOG解得3'21000.4-⨯=Y%909.004.01000.404.03'1'2'1'==⨯-=-=-Y Y Y η 从计算结果看,塔高一定,当用纯溶剂吸收混合气体中的溶质时,入塔气体组成变化,其他条件不变,其吸收率不变。

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