吸收作业解答

第七章吸收

1.从手册中查得101.33kPa,25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa)及相平衡常数m。

解：液相摩尔分数x = （1/17）/[（1/17）+（100/18）= 0.0105 气相摩尔分数y = 0.987/101.33 = 0.00974

由亨利定律y = mx 得m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928

液相体积摩尔分数 C = （1/17）/（101×10-3/103）

= 0.5824×103 mol/m3

由亨利定律P = C/H 得H = C/P =0.5824/0.987

= 0.590 kmol/(m3·kPa)

3．某混合气体中含有2％（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30℃，总压强为506.6kPa。从手册中查得30℃时CO2在水中的亨利系数E = 1.88×105 kPa，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa) 及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2。

解：H =ρ/18E = 103/（18×1.88×105）= 2.955×10-4kmol/(m3·kPa) 由题意y = 0.02，m = E/P总= 1.88×105/506.6 = 0.37×103

根据亨利定律y = mx 得x = y/m = 0.02/0.37×103 = 0.000054

即每100g与该气体相平衡的水中溶有CO2

0.000054×44×100/18 = 0.0132 g

7.在101.33kPa，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H = 1.955kmol/(m3·kPa)，气膜吸收系数k G = 1.55×10-5

kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数k L = 2.08×10-5 kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数K G，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解：由1/K G = 1/k G + 1/Hk L可得总吸收系数

1/K G = 1/1.55×10-5 + 1/（1.955×2.08×10-5）

K G = 1.122 ×10-5 kmol/(m2·s·kPa)

气膜阻力所占百分数为：

（1/ k G）/（1/k G + 1/Hk L）= Hk L/（Hk L+ k G）

= （1.955×2.08）/（1.995×2.08 + 1.55）

= 0.723 = 72.3％

8.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为27℃，压强101.33kPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5kPa，液相中甲醇浓度位2.11kmol/m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。

解：由已知可得k G = 1.122×10-5kmol/(m2·s·kPa)

根据亨利定律P = C/H 得液相平衡分压

P* = C/H = 2.11/1.955 = 1.079kPa

∴N A = K G(P-P*)= 1.122×10-5（5-1.079）

= 4.399×10-5kmol/(m2·s) = 0.158 kmol/(m2·h)

9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25℃下用清水吸收混合气中的CO2，将其浓度从2％降至0.1％（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数Ｅ=5.52×104 kPa。若吸收剂为最小理论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X1。若压强改为1013 kPa，其他条件不变，再求L/V及X1。

解：⑴ Y1 = 2/98 =0.0204，Y2 = 0.1/99.9 = 0.001

m = E/P总= 5.52×104/101.33 = 545

由（L/V）min= （Y1-Y2）/X1* = （Y1-Y2）/（Y1/m）

= （0.0204-0.001）/（0.0204/545）

= 518.28

L/V = 1.2（L/V）min = 622

由操作线方程Y = （L/V）X + Y2 -（L/V）X2得出口液相

组成

X1 = （Y1-Y2）/（L/V）= （0.0204-0.001）/622

= 3.12×10-5

⑵改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，

导致出口液相组成变化

m‘ = E/P总’ = 5.52×104/1013 = 54.5

（L/V）min’= （Y1-Y2）/X1* = （Y1-Y2）/（Y1/m’）

= （0.0204-0.001）/（0.0204/54.5）

= 51.82

（L/V）‘ = 1.2（L/V）min’ = 62.2

X1‘ = （Y1-Y2）/（L/V）’

= （0.0204-0.001）/62.2 = 3.12×10-4

10.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。

11.在101.33kPa下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为0.1，混合气体于40℃下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95％，且已估算出塔内气相体积吸收总系数K Y a的平均值为

0.1112kmol/( m3·s)。在操作条件下的气液平衡关系为Y=2.6X，试求塔径及填料塔高度。

解：混合气流量G = πD2u/4

∴D = (4Vs/πu)1/2=[(4×0.556)/(3.14×1.2)]1/2= 0.77 m

Y1 = 0.1/0.9 = 0.111

y2 = y1（1-φ)）= 0.05×0.1 = 0.005

Y2 = 0.005/0.95 = 0.0056

根据相平衡方程X1*= 0.0425

（L/V）min= （Y1- Y2）/ X1* = （0.111-0.0056）/0.0425 = 2.47

（L/V）= 1.1(L/V)min= 2.72

由操作线方程Y = (L/V)X + Y2可得

X1 = (V/L)(Y1-Y2)= (0.111-0.0056)/2.72= 0.03875