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第八章气体吸收
1.在温度为40℃、压力为
101.3kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为
15.0kPa时，氨在水中的溶解度为
76.6g NH3/1000gH2试求在此温度和压力下的亨利系数从相平衡常数m及溶解度系数H解水溶液中氨的摩尔分数为
76.617=
0.
07576.61000-------------11718由p*=Ex亨利系数为150E=J=——kPa=
200.0kPa x
0.
075200.0=
1.
974101.3相平衡常数为由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算40℃时水的密度为p—
992.2kg/m3溶解度系数为go2nH=------=--------:----kmol/m3•kPa=
0.276kmol/m3•kPaEM,
200.0x18J
2.在温度为25℃及总压为
101.3kPa的条件下，使含二氧化碳为
3.0%体积分数的混合空气与含二氧化碳为350g/n的水溶液接触试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力已知操作条件下，亨利系数石=L66xl5kPa,水溶液的密度为
997.8kg/m3o解水溶液中CO2的浓度为350/
1000.3nnnQ13c=-------------kmol/m=
0.008kmol/m44对于稀水溶液，总浓度为=
997.8kmol/m，=
55.43kmol/m3t18水溶液中CO2的摩尔分数为
37.6m2/m3=
201.35m2/m3填料的有效比表面积为%七
0.472x
0.35x
0.785x
1.22填料的总比表面积为20k
353223.72m2/m3=m2/m=
0.9由_I SNOGS=，.
6.353x
0.702-1=5351丁In
0.702由Z=HETPXNT填料的等板高度为3HETP=m=
0.56Im
5.
35110.用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫已知混合气中二氧化硫的体积分数为
0.085,操作条件下物系的相平衡常数为
26.7,载气的流量为250kmol/h若吸收剂用量为最小用量的
1.55倍，要求二氧化硫的回收率为92%试求水的用量（kg/h）及所需理论级数解7=^=靠=°由9X=X1—%=
0.0929xl-o.92=O.X743用清水吸收，乂2=0=mcpA~
26.7x
0.92=
24.564min操作液气比为=
1.55x
24.564=
38.074%,v水的用量为/L=
38.074x250kmol/h=
9.519xl03kmol/h^=
9.519xl03xl8kg/h=
1.713xl05kg/hmLA，
38.074〜--------=
1.426叫V26・7用清水吸收，年=年\=
2.92A-pIn......-1一夕由NTIn---------------N=——1—S92——1=
4.198TIn
1.
42611.某制药厂现有一直径为
0.6m,填料层高度为6m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分现场测得的数据如下V=500m3/h、71=
0.02＞力=
0.
004、Xi=
0.004o已知操作条件下的气液平衡关系为Y=L5X o现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于
0.002（摩尔比）该制药厂拟采用以下改造方案维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高试计算填料层增加的高度解改造前填料层高度为Z=H°GN OG改造后填料层高度为Z=H£N\G故有Z=OGMX;Z HOGN°G由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故S=S对于纯溶剂吸收X2=o,L*=o,1y—丫*由^=--ln[l-S-^S]+1—J1^—1^I Y故NG=In[l-SU+S]1—d1V町==皿1-5肃+5]，1-d因此，有ZY7Z皿1-S,+S]丫2操作液气比为%,L_X—%
0.02+
0.375]Z
0.002=
1.509Z
70.02ln[l-
0.375+
0.375]
0.004X-X~
0.004-012Z=
1.509x6m=
9.054m=Y=
0.3754填料层增加的高度为AZ=Z—Z=
9.054-6m=
3.054m
12.若吸收过程为低组成气体吸收，试推导+工411]Qi L解H=-^-cG kQH二-^L1叫veA狐L口J口册v、叫,V%,L%,V/I/篦、%,V1----------------------------------------------------------H=1=1=A k、aQ k,k〃KK y故H=H^HOG C+L
13.在装填有25mm拉西环的填料塔中，用清水吸收空气中低含量的氨操作条件为20℃及
101.3kPa,气相的质量速度为
0.525kg/n.s,液相的质量速度为
2.850kg/m
2.s已知20℃及
101.31^2时氨在空气中的扩散系数为
1.89*10-52大，20℃时氨在水中的扩散系数为
1111.76x10-9m2/s试估算传质单元高度生、HL O解查得20°下，空气的有关物性数据如下4G=l.81xl—5pa・s「弓=
1.205kg/m3由H=aG^Wy SC^5G GNG_
1.8卜10-5=
0.795PGDAB5查表8-6,a=
0.557,£=
0.32,/=-
0.51HG=
0.557G032W0-51SC%产=
0.557x O.525032x
2.850^51x
0.795，m=
0.237m查得20℃下，水的有关物性数据如下4=
100.5xl7pa・s p=998,2kg/m3v11/y由H=a—Sc05L L4_=
572.1AD1BX10~9查表8-7,a-
2.36xlO-3,13=
0.22/\
0.22%=
2.36x10［竺］（Sc）°-5L=
2.36x1CT——:-----x（
572.1）0,5m=
0.325mx
1100.5x10-5J）
14.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知进、出解吸塔的液相组成分别为
0.0085和
0.0016（均为摩尔比）解吸所用载气为含二氧化碳
0.0005（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为35℃,
101.3kPa,此时平衡关系为Y=
106.03X操作气液比为最小气液比的
1.45倍若取°L=0・82m,求所需填料层的高度解进塔载气中二氧化碳的摩尔比为y=
0.0005最小气液比为（%V1_X2-X_
0.0085-
0.0016（外L上访mX2~X
106.03x
0.0085-
0.0005操作气液比为全=L45义
0.00766=
0.0111吸收因数为MLA=-^=------------!--------=
0.850mqny液相总传质单元数为
0.0085-0-0005（1-（）・85（））^-+=
3.
3340.
8500.0016-^^
106.03填料层高度为（、Z=H Na=
0.82x
3.334m=
2.734mV/L#
15.某操作中的填料塔，其直径为
0.8m,液相负荷为
8.2m3/h,操作液气比（质量比）为
6.25o塔内装有DN50金属阶梯环填料，其比表面积为109m2/n操作条件下，液相的平均密度为
995.6kg/m3,气相的平均密度为
1.562kg/m3o
（1）计算该填料塔的操作空塔气速；
（2）计算该填料塔的液体喷淋密度，并判断是否达到最小喷淋密度的要求解
（1）填料塔的气相负荷为怒震0^=
836.250^填料塔的操作空塔气速为
836.25/3600/八/u-----------------m/s=
0.462m/s
0.785x
0.82
（2）填料塔的液体喷淋密度为U=%匕=——织—V（
2.⑴=I
6.32m3/（m2・h）m mTT/4XD
20.785X
0.82最小喷淋密度为=
（4）„4=098x109m3/（m2h）=
8.72m3/（m2-h）miuu，达到最小喷淋密度的要求min
16.矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水洗涤以除去其中的二氧化硫已知入塔的炉气流量为2400nrVh,其平均密度为
1.315kg/n；洗涤水的消耗量为50000kg/h吸收塔为常压操作，吸收温度为20℃填料采用DN50塑料阶梯环，泛点率取为60%试计算该填料吸收塔的塔径解查得20℃下，水的有关物性数据如下NL=
100.5x10一Pa.s
998.2kg/m3炉气的质量流量为q=2400xl.315kg/h=
3156.0kg/hmy采用埃克特通用关联图计算泛点气速，横坐标为9m,L zPyx
0.5_5°XX
1.315_刃505/6~~i\5699S2,查图8-23,得纵坐标为迪旦〃产=
0.038g PL〃==1PL对于DN50塑料阶梯环，由表8-10和附录二分别查得Op=1271/ma-114,2m2/m31故Jxl27xl*1315*
10050.2=
9.
81998.20038解出w=
1.492m/sF操作空塔气速为u-
0.60W=
0.60x
1.492m/s=
0.895m/sF由D=/4x2400/3600m=
0.974mV-TIXO.895-圆整塔径，取=l.0m校核21222208，故所选填料规格适宜d50==取%濡=
0.08m3/m.h最小喷淋密度为U min=L\Kn%=°・08x
114.2m3/m2・h=
9.136m3/m2-hV/年3说加出用面/时小/%操作喷淋密度为操作空塔气速为2400/3600/八一八/u=-----------------m/s=
0.849m/s-xl.O24泛点率为084Qu—x100%=上匕N x100%=
56.90%加
1.492经校核，选用=
1.0m合理c.
55.43由〃*=反=
1.66x105x
1.443x ICT4kPa=
23.954kPa气相中CO2的分压为p=p y=
101.3xO.O3kPa=
3.039kPa p*t故CO2必由液相传递到气相，进行解吸以CO的分压表示的总传质推动力为2N=〃=
23.954-
3.039kPa=
20.915kPa
3.在总压为
110.5kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y=
0.
032.c=
1.06koml/m3气膜吸收系数依=
5.2X10-6kmol/m2-s-kPa,液膜吸收系数ZL=L55X10m/s假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H=
0.725kmol/m
3.kPa1试计算以Ap、Ac表示的总推动力和相应的总吸收系数;温度为25℃在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为
2.126kmol/m
3.kPao测得塔内某截面处甲醇的气相分压为
7.5kPa,液相组成为
2.85kmol/n,液膜吸收系数Z L=
2.12X10-5m/s,气相总吸收系数KG=
1.206X10-5kmol/m
2.s.kPao求该截面处1膜吸收系数、依、©及%y；2总吸收系数KL KX及KY;3吸收速率2试分析该过程的控制因素解:1以气相分压差表示的总推动力为Ap=p—p*=p j—£=
110.5x
0.032--^-kPa=
2.074kPaH
0.725其对应的总吸收系数为111z m2•s•kPa/kmol__—____
1....-
0.725x
1.55xW
45.2xl0-6K Hkkc xc CiLG=
8.899xl03+
1.923x105m2-s-Pa/kmol=
2.012x105m2•s-Pa/kmolK-
4.97x106kmol/m2・s-kPaCi以液相组成差表示的总推动力为△c=C*—C=p—C=
110.5X
0.032x
0.725-
1.06kmol/m3=
1.504kmol/m3其对应的总吸收系数为————m/s=
6.855x106KL=~i~~Hm/s
0.725--------1H---------------------7-
5.2xW62吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为1/七二勺—4MxlCT6IK~100%=
95.58%IT-
5.2x10-6*气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制
4.在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽操作压力为
105.0kPa,操作解1以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25°C时水的密度为p-
997.0kg/m3溶液的总浓度为_997kmol/m3=
55.39kmol/m3118k=cZ:.=
55.39x
2.12x105kmol/m2•s=
1.174x103kmol/m2-sX I—=—-----=-----------r-------------------m2•s•kPa/kmolk KHk、
1.206x1055G LccJ=
6.073xl04m2-s-kPa/kmolk=
1.647x10-5kmol/m2-s-kPaGk=p、=105,0x
1.647x10-5kmol/m2•s=
1.729x10-3kmol/m2-sy2由/C L2Q6X105nVs=
5.673x IO-6m/s
2.126K=
1.266xlO3kmol/m2-syK=mK=
0.248x
1.266x10-3kmol/m2-s=
3.140x10-4kmol/m2•sxy因溶质组成很低，故有K^c K6kmol/m2-s=
3.142xl0-4kmol/m2-sx t]I x/^=
105.0x
1.206x105kmol/m2•s=
1.266x1O_3kmol/m2•sA G3吸收速率为N、=勺c*—c=
5.673X10-6X
2.85kmol/m2・s=
1.310xl0-5kmol/m2-s
5.在
101.3kPa及25℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫已知混合气进塔和出塔的组成分别为丁尸
0.
04、竺=
0.002假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为
4.13X103kPa,吸收剂用量为最小用量的L45倍
997.0=
0.
2480.248-------------------------Ym2-s/kmol=
7.896xl02m2-s/kmolr H
1.729x
101.174x10-一31试计算吸收液的组成；2若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成解⑴工=
0.041711—y1-
0.04b
0.002l-y1-
0.0022E
4.13xl03m=一二----------------------=
40.77R
101.3吸收剂为清水，所以X=02X—X=
0.0417—
0.002二3ggiY/m-X-
0.0417/
40.77-0-*12所以操作时的液气比为里=
1.45/=
1.45x
38.81=
56.27么,么,V IV.吸收液的组成为X,=里工—K+X=x
0.0417-
0.002+0=
7.054x IO-4/L
56.2710132mr=—=Xi=
4.077x—K
0.0417-
0.002QQQ1-----!----=—=—二八一r-------=
3.881□nNY/mr-X
0.0417]2J|nin
4.077么,
1.45=
1.45x
3.881=
5.627L9n,V min么,X=Y-Y^+X=X
0.0417-
0.002+0=
7.055x1O-3X2[4，L一~
5.
6276.在一直径为
0.8m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体已知混合气的流量为45kmol/h,二氧化硫的体积分数为
0.032o操作条件下气液平衡关系为V=
34.5X,气相总体积吸收系数为
0.0562kmol/m
3.so若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%,要求回收率为98%求水的用量kg/h及所需的填料层高度解工=^^=°82=0033111—y1-
0.032X=X1-/=
0.033lx1-
0.98=
0.000662Y00331X*二21=上叶=
9.594xly1m
34.5X,=
0.76X「=
0.76x
9.594x1T4=
7.29lx10-4惰性气体的流量为/v=45x1-
0.032kmol/h=
43.56kmol/h水的用量为q Y-YJ
43.56x
0.0331-
0.000662=—2=-------------------V---------------------L kmol/h=
1.938xl03kmol/hI%-X
27.291xW—O%L=
1.938xlO3xl8kg/h=
3.488x104kg/h求填料层高度
43.56/3600q y_nm=
0.429mH°G~
0.0562x
0.785x
0.82AX=X—X*=
0.0331-
34.5x
7.291x1T4=Q.00795*=
0.000662-
34.5x0=
0.000662-^AY Y]2=
0.00293二]刊~~
10.00795In——LIn------------
0.000662X—X
0.0331-
0.000662一2N°G--------=--------------------------=
11.07△%
0.00293Z=N H=
11.07x
0.429m=
4.749mnc nc
7.某填料吸收塔内装有5m高，比表面积为221m2/n的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分已知混合气的流量为50kmol/h,溶质的含量为5%（体积分数%）;进塔清水流量为200kmol/h,其用量为最小用量的
1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为y=
2.75X；气相总吸收系数为3xl（Tkmol/（m
2.s）；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90%试计算
（1）填料塔的吸收率；
（2）填料塔的直径解
（1）惰性气体的流量为么V=50xl-
0.05kmoVh=
47.5kmol/h对于纯溶剂吸收/、=WAYJm-X夕2V n.V7min依题意200=
2.632%，4,Vmin
2.632=
95.71%0A=
2.752005=
0.05261—y1-
0.05X=X1—%=
0.0526X1—
0.9571=
0.00226X1—八+x°=x
0.0526-
0.00226+0=
0.01206L-200△X=X—X*=
0.0526-
2.75x
0.0120=
0.0196AK-AK,△%==
0.00803Ig二~,
0.0196In——LIn---------
0.00226AY-^*=
0.00226-
2.75x0=
0.002262_x—%_
0.0526—000226=
6.269NOG一A匕-
0.00803z-------m=
0.798mH°G
6.269NOG4n,VH°GKyCld
47.5/3600Q=m2=
0.277m23xl0-4K ciHYOG填料塔的直径为4x
0.277D=m=
0.594m
3.
148.在
101.3kPa及20°C的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气已知混合气的质量流速G为600kg/（m
2.h）,气相进、出塔的摩尔分数分别为
0.
05、
0.000526,水的质量流速W为800kg（/n.h）,填料层高度为3m已知操作条件下平衡关系为丫=
0.9X,KGQ正比于G°8而于W无关若
（1）操作压力提高一倍；
（2）气体流速增加一倍；
（3）液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变解首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数乂告=526R=慧簿*“°°526操作条件下，混合气的平均摩尔质量为M=£X.M=[
0.05X17+l-
0.05X29]kg/kmol=
28.4kg/kmol%,600xl-
0.05kmol/m2•h=
20.07kmol/m2-hvQ
28.4C^--xl-0kmol/m2-h=
44.44kmol/m2-h18^5===
040644.44Y^=mX=m Y-Y=
0.406x
0.0526-
0.000526=
0.02114n,LI12=
0.0526-
0.0211=
0.0315^Y=Y-Y^=
0.000526-0=
0.00052622z1I AY1I
0.0315AQOnNcc--------In------=------------In-------------=
6.890OG\-S AK1-
0.
4060.0005263-------------m=
0.435m
6.890“OG⑴P=2pE m=—Ptm=P\S=心=吗=.23若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变所以△4=乂一彳*=11=
0.0421AY；=Y-丫[=
0.000526一0=
0.0005262z，「△耳
10.0421-m「Nc--------In------=------------In-------------=
5.499OG1—S△匕1-
0.
2030.000526%,H=0rvOU细，==丝至m=
0.218mH°G短町Z=H=
0.218X
5.499m=
1.199mAZ=Z一Z=
1.199—3m=—
1.801m即所需填料层高度比原来减少
1.801m24,v=2%,v驾M=2S=2x
0.406=
0.812SL若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即；X=2X1△r=]_4*=5年_根*]=年_乂_^=
0.0526-
0.000526=
0.0103；AY=Y-Y=
0.000526-0=
0.00052621I AK
110.0103I…N0G------In——L=----------In-------------=
15.821-Sf AK1-
0.
8120.000526%,v%,v、H”
0.8CXJ仆KaPCl qvG nH0G=2°2x
0.435m=
0.500m羡Z=H£N=
0.500xl
5.82m=
7.910mAZ=Z—Z=
7.910-3m=
4.910m即所需填料层高度要比原来增加
4.910mo⑶=2夕认S，=L=»=空^=
0.2037In…尹[+S，Y2-Y
20.0526-0----------In+
0.203=
5.4971-
0.2031-
0.
2030.000526-0W对KG无影响，即外,L对KG无影响，所以传质单元高度不变，即吊=”=
0.435m OUOU，Z=H\GN\G=
0.435x
5.497m=
2.391mAZ=Z一Z=
2.391-3m=-
0.609m即所需填料层高度比原来减少
0.609mo
9.某制药厂现有一直径为
1.2m,填料层高度为3m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分入塔混合气的流量为40kmol/h,溶质的含量为006摩尔分数；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液平衡关系为Y=
2.2X；溶剂用量为最小用量的L5倍；气相总吸收系数为
0.35kmol/m
2.h填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90%试计算1出塔的液相组成；2所用填料的总比表面积和等板高度、解1工°0=
0.0638l-x1-
0.06N=x1-念=0-0638X1-
0.95=
0.00319惰性气体的流量为%V=40x1-
0.06kmol/h=
37.6kmol/h、=mcp=
2.2x
0.95=
2.09/J.=
2.09x
37.6kmol/h=
78.58kmol/hq0L-
37.6x
0.0638-
0.00319+0=
117.
0.
0193920.0638-
2.2x
0.0193=
0.0213x*=
0.00319-
2.2x0=
0.00319△=
0.00954=.
0.0213In——L In——\Y
0.003192=
6.353△匕―
0.00954Z3He,=——=^—m=
0.472m°G N0G
6.353。
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