第八章 习题
气液相平衡
1.在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO
2
气,经长期接触后测得水中CO
2
的平衡溶解度为2.857×10
-2
mol/L溶液。
鼓泡器中的总压为101.3kPa,水温30℃,溶液的密度ρ
m
=996kg/m
3
。求亨利系数,并将此实验值与文献值E=188.5MPa
作比较。
2.惰性气与CO
2
的混合气中含CO
2
30% (体积百分数),在1MPa(表压)下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的
CO
2
达到饱和,此吸收液在膨胀槽中减压至20kPa(表压),放出大部分CO
2
,然后再在解吸塔中吹气解吸。
设全部操作范围内水与CO
2
的平衡关系服从亨利定律,操作温度为25℃。求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少kgCO
2
气。
习题1 附图 习题2附图
3.20℃的水与N
2
气逆流接触以脱除水中溶解的O
2
气。塔底入口的N
2
气中含氧0.1% (体积),设气液两相在塔底达到平衡,平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧量。以mg/m
3
水表示。
(1) 操作压强为101.3kPa(绝对)。
(2) 操作压强为40kPa(绝对)。
4.气液逆流接触的吸收塔,在总压为101.3kPa下用水吸收Cl
2
气,进入塔底的气体混合物中含氯1%(体积),
塔底出口的水中含氯浓度为x=0.8×10
-5
(摩尔分率)。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力,分别以(x
e
-x)及(y-y
e
)
表示。
(1) 塔底温度为20℃。
(2) 塔底温度为40℃。
5.某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10
-4
(摩尔分率),进口气体中含溶质2.5%(体积),操作压强为
101kPa。气液平衡关系为y=50x。
现将操作压强由101kPa增至202kPa,问塔底推动力(y-y
e
)及(x
e
-x)各增加至原有的多少倍。
扩散与相际传质速率
6.柏油马路上积水2mm,水温20℃。水面上方有一层0.2mm厚的静止空气层,水通过此气层扩散进入大气。
大气中的水汽分压为1.33kPa。问多少时间后路面上的积水可被吹干。
*7,某水杯中初始水面离杯上缘1cm,水温30℃,水汽藉扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零,
总压101.3KPa。求水面下降4cm需要多少天?
57
习题7附图
8.某填料塔用水吸收混合气中的丙酮蒸汽。混合气流量为16kmol/(h·m
2
),操作压强101.3kPa。已知容积传质分系数k
y
a=64.6kmol/(h·m
3
),k
L
a=16.6kmol/h.m
3
.(kmol/m
3
),相平衡关系为p
A
=4.62C
A
。式中气相分压p
A
的单位是kPa,平衡溶解度单位是(kmol/m
3
)。
求(1)容积总传质系数及传质单元高度H
OG

(2)液相阻力占总传质阻力的百分数。
9.在设计某降膜吸收器时,规定塔底气相中含溶质y=0.05,液相中含溶质的浓度x=0.01(均为mol分率)。
两相的传质分系数分别为k
x
=8×10
-4
kmol/(s·m
2
),k
y
=5×10
-4
kmol/(s·m
2
)。操作压强为101.3kPa时相平衡关系为y=2x。试求,
(1)该处的传质速率N
A
(kmol/(s·m
2
))
(2)如果总压改为162kPa,塔径及气、液两相的摩尔流率均不变,不计压强变化对流体粘度的影响,此时的传质速率有何变化?讨论总压对k
y
、K
y
及(y-y
e
)的影响。
吸收过程数学描述
10.对低浓度气体吸收或解吸,由
xyy
k
m
kK
+=
11
出发,试证
OGOL
N
A
N
1
=。
习题13 附图
*11,低浓度气体逆流吸收,试证,
2
1
ln
1
1
y
y
L
mG
N
OG
=
58
式中,Δy
1
= y
1
- y
1e
为塔底的吸收推动力,
Δy
2
= y
2
- y
2e
为塔顶的吸收推动力。
*12,用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收,可溶组分的回收率为η,采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算NOG的表达式。
13.下图为两种双塔吸收流程,试在y~x图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线,并标出两塔对应的进、出口浓度。
14.较浓的溶液进入图示解吸塔塔顶,塔底吹气解吸,塔中部某处抽出一半液体,另一半液体由塔底排出,
试在y~x图上画出平衡线与操作线,并标出各股流体的浓度坐标。
吸收过程的设计型计算
15.流率0.4 kmol/(s·m
2
)的空气混合气中含氨2%(体积),拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入浓度为0.0004(mol分率)的稀氨水溶液,设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍,操作范围内物系服从亨利定律,y=1.2x所用填料的总传质系数K
y
a=0.052kmol/(s·m
3
)。
试求:(1)液体在塔底的浓度x
1

(2)全塔的平均推动力Δy
m

(3) 所需塔高。
16,用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分,物系的相平衡关系服从亨利定律,吸收剂用量是最小用量的1.3倍,试求下列两种情况下所需的塔高,已知传质单元高度H
OG
=0.8m。
(1) 回收率η=90%。
(2) 回收率η=99%。
(3) 两种情况下的吸收剂用量有何差别?
习题14附图 习题18附图
17.含H
2
S 2.5×10
-5
(摩尔分率,下同)的水与空气逆流接触以使水中的H
2
S脱除,操作在101.3kPa、25℃下进行,物系的平衡关系为y=545x,水的流率为5000kg/(m
2
·h)。
试求:(1)为使水中的H
2
S降至x=0.1×10
-5
所需的最少空气用量。
(2)当空气用量为G=0.40kmol/(h·m
2
),设计时塔高不受限制,可以规定离解吸塔的水中含H
2
S最低浓度是多少?示意画出该种情况下的解吸操作线。
*18,采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO
2
,气体经两塔后总的SO
2
回收率为0.91,两塔的用水量相
59
等,且均为最小用水量的1.43倍,两塔的传质单元高度H
OG
均为1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。
试求两塔的塔高。
吸收过程的操作型计算
19.某吸收塔用25×25mm的瓷环作填料,充填高度5m,塔径1m,用清水逆流吸收每小时2250m
3
的混合气。
混合气中含有丙酮5%(体积),塔顶逸出废气含丙酮降为0.26%(体积),塔底液体中每kg水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25℃下进行,物系的平衡关系为y=2x。试求
(1) 该塔的传质单元高度H
OG
及容积传质系数K
y
a;
(2) 每小时回收的丙酮量。
20.某填料吸收塔高2.7m,在常压下用清水逆流吸收混合气中的氨。混合气入 塔的摩尔流率为0.03 kmol/m
2
.s。
清水的喷淋密度0.018 kmol/(m
2
.s)。进口气体中含氨2%(体积),已知气相总传质系数K
y
a=0.1 kmol/(m
2
.s),
操作条件下亨利系数为60kPa。
试求排出气体中氨的浓度。
*21,某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比是3,气体入口浓度
y1=0.01回收率可达η=0.90。
今因解吸不良使吸收剂入口浓度x2升至0.00035,试求,
(1) 可溶组分的回收率下降至多少?
(2) 液相出塔浓度升高至多少?
已知物系的平衡关系为y=2x。
*22,在15℃、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽0.0145(摩尔分率,下同)
硫酸进出塔的浓度均为80%,硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为ye=1.05×10
-4
,且已知该塔的容积传质系数Kya∝G
0.8

空气经塔后被干燥至含水汽0.000322。
现将空气流率增加一倍,则出塔空气中的含水量为多少?
思 考 题
1,吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?
2,选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?
3,E,m,H 三者各自与温度、总压有何关系?
4,工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?
5,扩散流J
A
,净物流N,主体流动N
M
,传递速率N
A
相互之间有什么联系和区别?
6,漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么?
7,气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?
8,修伍德数、施密特数的物理含义是什么?
9,传质理论中,有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?
10,传质过程中,什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?
60
11,低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?
12,吸收塔高度计算中,将N
OG
与H
OG
分开,有什么优点?
13,建立操作线方程的依据是什么?
14,什么是返混?
15,何谓最小液气比? 操作型计算中有无此类问题?
16,x
2max
与(L/G)
min
是如何受到技术上的限制的? 技术上的限制主要是指哪两个制约条件?
17,有哪几种N
OG
的计算方法? 用对数平均推动力法和吸收因数法求N
OG
的条件各是什么?
18,H
OG
的物理含义是什么? 常用吸收设备的H
OG
约为多少?
19,吸收剂的进塔条件有哪三个要素? 操作中调节这三要素,分别对吸收结果有何影响?
20,吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别?
21,高浓度气体吸收的主要特点有哪些?
22,化学吸收与物理吸收的本质区别是什么? 化学吸收有何特点?
23,化学吸收过程中,何时成为容积过程? 何时成为表面过程?
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