第六章吸收化工原理
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【例6-1】 总压为101.325kPa 、温度为20℃时,1000kg 水中溶解15kg NH 3,此时溶液上方气相中NH 3的平衡分压为2.266kPa 。试求此时之溶解度系数H 、亨利系数E 、相平衡常数m 。
解:首先将此气液相组成换算为y 与x 。
NH 3的摩尔质量为17kg/kmol ,溶液的量为15kg NH 3与1000kg 水之和。故
0156
.018
/100017/1517/15=+=
+=
=
B
A A A n n n n n x
0224
0325
1012662...P
p y *A
*
===
436
.10156.00224
.0*
==
=
x y
m
由式(6-11) E =P ·m =101.325×1.436=145.5kPa
或者由式(6-1)
3
.1450156
.0266.2*
==
=
x
p E A kPa
溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3,摩尔质量M s =18kg/kmol ,由式(6-10)计算H
382
.018
3.1451000=?=
≈
s
s
EM
H ρkmol/(m 3·kPa )
H 值也可直接由式6-2算出,溶液中NH 3的浓度为 ()()869
.01000/1000
1517
/15//=+=
+=
=s
s A A
A A A m m M
m V n c ρkmol/m 3
所以 383
.0266
.2869.0*
==
=
A
A p c H kmol/(m 3·kPa )
【例6-2】 在20℃及101.325kPa 下CO 2与空气的混合物缓慢地沿Na 2CO 3溶液液面流过,空气不溶于Na 2CO 3溶液。CO 2透过厚1mm 的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中。气体中CO 2的摩尔分数为0.2。在Na 2CO 3溶液面上,CO 2被迅速吸收,故相界面上CO 2的浓度极小,可忽略不计。CO 2在空气中20℃时的扩散系数D 为0.18cm 2/s 。问CO 2的扩散速率是多少?
解:此题属单方向扩散,可用式6-17计算。 扩散系数 D =0.18cm 2/s=1.8×10-5m 2/s
扩散距离 Z=1mm=0.001m ,气相总压力P =101.325kPa 气相主体中CO 2的分压力p A1=P y A1=101.325×0.2=20.27kPa 气液界面上CO 2的分压力p A2=0
气相主体中空气(惰性气体)的分压力p B1为 06.8127.20325.10111=-=-=A B p P p kPa
气液界面上空气的分压力 p B2=101.325kPa 空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为
8
.9006
.81325.101ln 06.81325.101ln 1
212=-=
-=
B B B B Bm p p p p p kPa
代入式(6-17),得
()
21A A Bm
A p p p p RTZ
D N -??
=
()
027.208.90325
.101001
.0293314.810
8.15
-??
???=
-
41067.1-?=kmol/(m 2
·s )
【例6-3】 含氨极少的空气于101.33kPa ,20℃被水吸收。已知气膜传质系数k G =3.15×10-6kmol/(m 2·s ·kPa ),液膜传质系数k L =1.81×10-4kmol/(m 2·s ·kmol/m 3),溶解度系数H =1.5kmol/(m 3
·kPa )。气液平衡关系服从亨利定律。求:气相总传质系数K G 、K Y ;液相总传质系数K L 、K X 。
解:因为物系的气液平衡关系服从亨利定律,故可由式(6-37)求K G
5
4
6
10
24.31081.15.11
1015.31
1
11
?=??+
?=
+
=--L G G
Hk k K
K G =3.089×10-6kmol/(m 2
·s ·kPa )
由计算结果可见 K G ≈k G
此物系中氨极易溶于水,溶解度甚大,属“气膜控制”系统,吸收总阻力几乎全部集中于气膜,所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。
依题意此系统为低浓度气体的吸收,K Y 可按式(6-36)来计算。
()s m k m o l
10
13310
0893331014
6
??=??==--...PK K G Y
根据式(6-37)求K L
5
6
4
10
815.410
15.35.110
81.1111
?=?+
?=
+
=
--G
L
L
k H k K
6
L 1008.2K -?=kmol/(m 2
·s ·
3
m
kmol )
同理,对于低浓度气体的吸收,可用式(6-36)求K X
K X =K L ·c
由于溶液浓度极稀,c 可按纯溶剂——水来计算。
6
.5518
1000==
=
s
s
M
c ρkmol/m 3
K X =K L ·c =2.08×10-6×55.6=1.16×10-4kmol/(m 2·s )
【例6-4】 由矿石焙烧炉出来的气体进入填料吸收塔中用水洗涤以除去其中的SO 2。炉气量为1000m 3/h ,炉气温度为20℃。炉气中含9%(体积分数)SO 2,其余可视为惰性气体(其性质认为与空气相同)。要求SO 2的回收率为90%。吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作压力为101.33kPa ,温度为20℃。在此条件下SO 2在水中的溶解度如附图所示。试求: (1)当吸收剂入塔组成X 2=0.0003时,吸收剂的用量(kg/h )及离塔溶液组成X 1。
(2)吸收剂若为清水,即X 2=0,回收率不变。出塔溶液组成X 1为多少?此时吸收剂用量比(1)项中的用量大还是小?
解:将气体入塔组成(体积分数)9%换算为摩尔比
09.0109
.011-=
-=
y y
Y =0.099kmol (二氧化硫)/kmol (惰性气体)
根据回收率计算出塔气体浓度Y 2
回收率%
Y Y Y 901
2
1=-=
η
所以
Y 2=Y 1(1-η)=0.099(1-0.9) =0.0099kmol (二氧化硫)/kmol (惰性气体)
惰性气体流量V
()85
.3709.0120
273273
4.221000=
-+=
V kmol (惰
性气体)/h
=0.0105kmol (惰性气体)/s
从例6-4附图查得与Y 1相平衡的液体组成 X 1*
=0.0032kmol (SO 2)/kmol (H 2O ) (1)(1)X 2=0.0003时,吸收剂用量L
根据式(6-44)可求得min
?
?? ??V L
7.300003.00032.00099.0099.02*
121min =--=--=???
??X X Y Y V L 91.397.303.13.1min =?=??? ??=V L V L
27155
1891.3985.373.1min =??=???
????=V L V L kg/h
因为 2
121X X Y Y V
L
--=
所以
0003
.091
.390099
.0099.0/2211+-=
+-=
X V
L Y Y X
=0.00253kmol (二氧化硫)/kmol (水) (2)X 2=0,回收率η不变时
回收率不变,即出塔炉气中二氧化硫的组成Y 2不变,仍为 Y 2=0.0099kmol (二氧化硫)/kmol (惰性气体)
84.270032.00099.0099.00*121min
=-=--=?
??
??X Y Y V L
吸收剂用量L
24630
1884.2785.373.13.1min
=???=???
????=V L V L kg/h
出塔溶液组成X 1
2
.360099
.0099.0/2211+-=
+-=
X V
L Y Y X
=0.00246kmol(SO2)/kmol(H2O)
由(1)、(2)计算结果可以看到,在维持相同回收率的情况下,吸收剂所含溶质浓度降低,溶剂用量减少,出口溶液浓度降低。所以吸收剂再生时应尽可能完善,但还应兼顾解吸过程的经济性。
【例6-5】用SO2含量为0.4g/100gH2O的水吸收混合气中的SO2。进塔吸收剂流量为37800kgH2O/h,混合气流量为100kmol/h,其中SO2的摩尔分率为0.09,要求SO2的吸收率为85%。在该吸收塔操作条件下SO2-H2O系统的平衡数据如下:
x 5.62×10-5 1.41×10-4 2.81×10-4 4.22×10-4 5.62×10-4
y* 3.31×10-47.89×10-4 2.11×10-3 3.81×10-3 5.57×10-3
x 8.43×10-4 1.40×10-3 1.96×10-3 2.80×10-3 4.20×10-3 6.98×10-3 y*9.28×10-3 1.71×10-2 2.57×10-2 3.88×10-2 6.07×10-2 1.06×10-1
求气相总传质单元数N OG。
解:吸收剂进塔组成
3 2
10
13
.1
18
/
100
64
/
4.0
-
?
=
=
X
吸收剂进塔流量L≈37800/18=2100kmol/h
气相进塔组成
2 1
10
89
.9
09
.0
1
09
.0
-
?
=
-
=
Y
气相出塔组成Y2=9.89×10-2×(1-0.85)=1.48×10-2进塔惰气流量V=100×(1-0.09)=91 kmol/h
出塔液相组成
()
2
2
1
1
X
L
Y
Y
V
X+
-
=
=
()
3
3
2
10
77
.4
10
13
.1
2100
10
48
.1
89
.9
91
-
-
-
?
=
?
+
?
-
由X2与X1的数值得知,在此吸收过程所涉及的浓度范围内,平衡关系可用后六组平衡数据回归而得的直线方程表达。回归方程为
Y*=17.80X-0.008 即m=17.80,b=-0.008
与此式相应的平衡线见本例附图中的直线ef。
操作线斜率为
08
.
23
91
2100
=
=
V
L
与此相应的操作线见附图中的直线ab。
脱吸因数
77
.0
08
.
23
80
.
17
=
=
=
L
mV
S
依式6-61计算N OG:
Y1*=mX1+b=17.80×0.00477-0.008=0.0769
Y2*=mX2+b=17.80×0.00113-0.008=0.0121
ΔY1=Y1-Y1*=0.0989-0.0769=0.0220
ΔY2=Y2-Y2*=0.0148-0.0121=0.0027
0092
.00027
.00220.0ln
0027
.00020.0=-=
m Y ?
1
.90092
.00148
.00989.02
1=-=
-=
m
OG Y Y Y N ?
或依式6-59计算N OG :
()??????+----=S Y Y Y Y S S N OG
*
2
2*
2
11ln 11
()1.977.00027.00121.00989.077.01ln
77
.011=???
???+---=
【例6-6】 含NH 31.5%(体积)的气体通过填料塔用清水吸收其中的NH 3,气液逆流流动。平衡关系为Y =0.8X ,用水量为最小用水量的1.2倍。单位塔截面的气体流量为0.024kmol/(m 2·s ),体积总传质系数K Y a =0.06kmol/(m 3·s ),填料层高为6m ,试求:
(1)出塔气体NH 3的组成;
(2)拟用加大溶剂量以使吸收率达到99.5%,此时液气比应为多少? 解:(1)求Y 2应用式(6-64)求解。
??
?
???+
--??? ??--=
L mV mX Y mX
Y L mV L
mV N OG 2
2211ln 11
(6-64)
已知 V/Ω=0.024kmol/(m 2
·s ),K Y a =0.06kmol/(m 3
·s ),Z =6m , 求得 4
.006
.0024.0==
=
Ω
a K V H Y OG m
15
4
.06
==
=
OG
OG H Z N (a )
已知
Y 1=0.015,m =0.8,X 2=0,min 2.1?
??
??=V L V
L
求得 ()015.0015.08.008.0015.0015.0222
1212*
121min
Y Y X m Y Y Y X X Y Y V L -=--=--=--=???
??
()()
2
2m i n
015.00125.0015
.0015.08.02.18
.0/2.1/Y Y V
L m V
L m L
mV -=
-?
==
=
(b )
2
22
221015.00
0015.0Y Y mX
Y mX
Y =
--=
-- (c )
式(a )、(b )及(c )代入式(5-65),得
?
?????-+???
? ?????? ?
?----
=
22
2
2
015.00125.0015.0015.00125
.01ln 015.00125
.01115Y Y Y Y
用试差法求解Y 2,可直接先假设Y 2,也可先假设回收率(吸收率)η,由吸收率定义
式η=12
1Y Y Y -求出Y 2,代入上式,看符号右侧是否等于左侧的15,即N OG =15。若等于15,则此假定值即为出塔气体的浓度,计算见本题附表。
例6-6 附表
η Y 2 Y 1/Y 2 mV/L N OG 0.9 0.0015 10 0.926 6.9 0.95 0.00075 20 0.877 9.8 0.99 0.00015 100 0.842 17.8 0.983 0.000255
58.8
0.848
15
(2)吸收率提高到99.5%,应增大液气比。原来液气比由
848
.08.0==V
L L
mV
可得
943
.0848
.08.0==
V
L
当η=99.5%时
Y 2=Y 1(1-η)=0.015×(1-0.995)=7.5×10-5
005
.00
015.00
10
5.75
2
122=--?=
---mX
Y mX
Y ,N OG =15
从图6-23查得L/mV =13.5,则L/V =13.5×m =13.5×0.8=1.08 即吸收率提高到99.5%时,液气比应由0.943增大到1.08。
【例6-7】 用洗油吸收焦炉气中的芳烃,含芳烃的洗油经解吸后循环使用。已知洗油流量为7kmol/h ,入解吸塔的组成为0.12kmol (芳烃)/kmol (洗油),解吸后的组成不高于0.005kmol (芳烃)/kmol (洗油)。解吸塔的操作压力为101.325kPa ,温度为120℃。解吸塔底通入过热水蒸气进行解吸,水蒸气消耗量V/L =1.5(V/L )min 。平衡关系为Y *=3.16X ,液相体积传质系数K X a =30kmol/(m 3
·h )。求解吸塔每小时需要多少水蒸气?若填料解吸塔的塔径为0.7m ,求填料层高度。
解:水蒸气不含芳烃,故Y 2=0;X 1=0.12
303.001216.3005.012.02*121min =-?-=--=?
??
??Y Y X X L V 455.0303.05.15.1min =?=??? ??=L V L V
水蒸气消耗量为
V =0.455L =0.455×7=3.185kmol/h=3.185×18=57.3kg/h
24
005
.012.0//2
12221===--X X m Y X m
Y X
304
.0696.011,
696.0455
.016.31
=-=-
=?=
mV
L mV
L
???
???+--??? ??--=
mV L m Y X m Y X mV L mV L N OL //1ln 11
2221 []84.6696.024304.0ln 304.01=+?=
用(X 2-Y 2/m )/(X 1-Y 2/m )=0.0417、mV /L =1.44,从图6-23查得N OL =6.9,与计算值接近。
()
303
.07.04307
12
=??=
=
π
Ω
a K H X OL m
填料层高度 Z =H OL ·N OL =0.303×6.84=2.07m
【例6-8】在一填料层高度为5m 的填料塔内,用纯溶剂吸收混合气中溶质组分。当液气比为1.0时,溶质回收率可达90%。在操作条件下气液平衡关系为Y =0.5X 。现改用另一种性能较好的填料,在相同的操作条件下,溶质回收率可提高到95%,试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍?
解:本题为操作型计算,N OG 宜用脱吸因数法求算。 原工况下: ()?
??
???+----=
S mX Y mX Y S S N OG 2
221
1ln 11
其中 5
.0==
L
mV S
因X 2=0 则:10
9
.011112
12
221=-=
-=
=
--?
Y Y mX
Y mX
Y 故
()[]41
.35.0105.01ln 5
.011=+?--=
OG N
气相总传质单元高度为:
466
.141
.35==
=
=
OG
Y OG N Z a K V H Ω
新工况(即新型填料)下: 703
.45.095.0115.0ln 5.01
=??
?
???+-?='OG
N
063
.1703
.45==
'=
'='OG
Y OG N Z a K V H Ω
则 38
.1063
.1466.1==
'=
'
OG
OG Y Y H H a
K a K
即新型填料的体积传质系数为原填料的1.38倍。
讨论:对一定高度的填料塔,在其它条件不变下,采用新型填料,即可提高K Y a ,减小传质阻力,从而提高分离效果。
【例6-9】在一逆流操作的填料塔中,用循环溶剂吸收气体混合物中溶质。气体入塔组成为0.025(摩尔比,下同),液气比为1.6,操作条件下气液平衡关系为Y =1.2X 。若循环溶剂组成为0.001,则出塔气体组成为0.0025,现因脱吸不良,循环溶剂组成变为0.01,试求此时出塔气体组成。
解:两种工况下,仅吸收剂初始组成不同,但因填料层高度一定,H OG 不变,故N OG
也相同。由原工况下求得N OG 后,即可求算出新工况下出塔气体组成。
原工况(即脱吸塔正常操作)下: 吸收液出口组成由物料衡算求得:
()0151
.0001.06.10025
.0025.02211=+-=
+-=
X Y Y L V
X
吸收过程平均推动力和N OG 为:
ΔY 1=Y 1-m X 1=0.025-1.2×0.0151=0.00688 ΔY 2=Y 2-m X 2=0.0025-1.2×0.001=0.0013
00335
.00013
.000688
.0ln
0013
.000688.0ln
2
121=-=-=
Y Y Y Y Y m ?????
72
.600335
.00025
.0025.02
1=-=
-=
m
OG Y Y Y N ?
新工况(即脱吸塔不正常)下; 设此时出塔气相组成为Y 2′,出塔液相组成为X 1′,入塔液相组成为X 2′,则吸收塔
物料衡算可得:
()01
.06
.1025.022
211+'
-='+'-=
'Y X Y Y L
V X (a )
N OG 由下式求得
0102121025061211111
21
2211..Y X ..ln
..mX Y mX Y ln L mV N OG
?-''--='-''--=
即 72
.6012
.02.1025.0ln 421
=-'
'
-Y X
0.025-1.2X 1′=5.366(Y 2′-0.012) 联立式(a )和式(b ),解得: Y 2′=0.0127 X 1′=0.0177
吸收平均推动力为:
00183
.072
.60127
.0025.021=-=
'-=
OG
m N Y Y Y ?
讨论:计算结果表明,当吸收-脱吸联合操作时,脱吸操作不正常,使吸收剂初始浓度升高,导致吸收塔平均推动力下降,分离效果变差,出塔气体浓度升高。
化工原理下册 吸收 课堂笔记
化工原理第八章吸收 8.1 概述 一、吸收的目的和依据 目的: (1)回收有用物质; (2)脱除有害物质组分; (3)制备溶液。 依据:混合气体中各组分在溶剂中溶解度的差异。 二、吸收的流程 溶质——A;惰性组分——B;溶剂——S。 吸收过程的主要能耗在解吸上。 三、溶剂的选择: 技术方面:溶解度要高,选择性要强,对温度要敏感,容易解吸。 经济及安全方面:不易挥发,较好的化学稳定性;价廉、易得;无毒、不易爆易燃。 四、吸收的分类: 物理吸收与化学吸收 等温吸收与非等温吸收 单组份吸收与多组分吸收 低浓度吸收(直线)与高浓度吸收(曲线)
8.2 相际传质过程 8.2.1 单相传质速率方程 ()() A G A Ai G i K P P K P y y →=-=-气相主体界面: N ()A y i K P y y =-N y G K PK =,G K ——气相传质分系数,P ——总压。 ()() A L Ai A L i k C C k C x x →=-=-总界面液相主体:N ()A x i k x x =-N x L k C k =总,L k ——液相传质分系数,C 总——总浓度。 8.2.2 界面浓度 亨利定律适用时,有解析法: ()();A y i x i i i i i k y y k x x y x y mx =-=-??=? N 联立求解得、 图解法: 画图 8.2.3 相际传质速率方程 假设亨利定律适用, 1、以气相分压(*)A A P P -表示总推动力 ()()A G A Ai L Ai A K P P k C C =-=-N
111=+G G L K k Hk 2(*)/()A G A A G K P P K kmol m s Pa =-??N ,——气相总传质系数 2、以液相浓度(*)A A C C -表示总推动力 (*)A G A A K C C =-N 11=+L L G H K k k /L K m s ——液相总传质系数 比较之,有=G L K HK 3、以气相摩尔分率(*)y y -表示总推动力 2(*)/(A y y K y y K kmol m s =-?N ——气相总传质系数,) 11=+y y x m K k k =P y G K K 4、以液相摩尔分率(*)x x -表示总推动力 2 (*)/(A x x K x x K kmol m s =-?N ——液相总传质系数,) 111=+x x y K k mk =m ,=C x y x M L K K K K
化工原理第五章吸收题
六吸收 浓度换算 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。 分子扩散 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。 一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 一填料塔在常压和295K下操作,用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处,氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=[cm2/s],求气膜的当量厚度。 相平衡与亨利定律 温度为10℃的常压空气与水接触,氧在空气中的体积百分率为21%,求达到平衡时氧在水中的最大浓度, (以[g/m3]、摩尔分率表示)及溶解度系数。以[g/m3·atm]及 [kmol/m3·Pa]表示。 当系统服从亨利定律时,对同一温度和液相浓度,如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y增大一倍; (B)P增大一倍;(C)Y减小一倍; (D)P减小一倍。 25℃及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3,与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1)CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少? (2)刚开始接触时的总传质推动力ΔP,Δx各为多少?气液达到平衡时的总传质推动力又为多少?
化工原理下册--第六章吸收习题答案
6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下),100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求: (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1); (2) 亨利系数E(Pa); (3) 相平衡常数m ; (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ,E ,m 值。 (假设:在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律,氨水密度均为1000 3/m kg ) 解:(1)根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 (2)根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= (3)根据已知条件可知
00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m (4)由于H 和E 仅是温度的函数,故3NH H 和3NH E 不变;而 p E px Ex px p x y m ====** ,与T 和p 相关,故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析(1)注意一些近似处理并分析其误差。 (2)注意E ,H 和m 的影响因素,这是本题练习的主要内容之一。 6-2 在25℃下,CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触: (1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液; (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解: 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()345 25/10347.318 1066.11000 22 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得
化工原理答案-第五章--吸收
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和2的混合气体中,2的体积分数为20%,求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少? 解 因摩尔分数=体积分数,.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102 y Y y = ==--. 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时,各为多少? 解 摩尔分数//117 =0.010*******/18 x = + 浓度c 的计算20℃,溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中3的量为 /3 11017n kmol -=? 溶液的体积 /.3 3101109982 V m -=? 溶液中 3的浓度//.333 11017==0.581/101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=../ 3 与水的摩尔比的计算 //117 0010610018 X = =. 或 ..00105001061100105 x X x = ==--. 【5-3】进入吸收器的混合气体中,3的体积分数为10%,吸收率为90%,求离开吸收器时3的组成,以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为
12 2 11 1Y Y Y Y Y η-= ==-被吸收的溶质量原料气中溶质量 解 原料气中3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11) 101 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中3的摩尔比为 () (2) 1 1109011100111Y Y η=-=-?=() 摩尔分数 (22) 200111 =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ,查得20℃时溶液上方3 NH 的平衡 分压为798。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律,试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3 kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。 总压为100kPa 。 解 液相中3 NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa = 亨利系数 *./.0798*******E p x ===/ 液相中3NH 的浓度 /./.333 11017 0581 101109982 n c kmol m V --?===?/ 溶解度系数 /*./../()3 058107980728H c p kmol m kPa ===? 液相中3NH 的摩尔分数 //117 0010511710018 x = =+./ 气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==// 相平衡常数 * (0798) 07610000105 y m x == =? 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%,试求总压为.101325kPa ,温度为10℃时,3 1m 水中最大可能溶解多少克氧?已知10℃时氧在水中的
化工原理 第8章 吸收作业 吸收塔的计算
姓名:;学号:;班级: 第8章吸收(吸收塔的计算) 一、填空题: 1. 计算吸收塔的填料层高度,必须运用如下三个方面的知识关联计算:______、______、______。 2. 吸收过程物料衡算时的基本假定是: (1)____________________________。 (2)___________________________。 3. 由于吸收过程气相中的溶质分压总____液相中溶质的平衡分压,所以吸收操作线总是在平衡线的____。增加吸收剂用量,操作线的斜率____,则操作线向____平衡线的方向偏移,吸收过程推动力(y-ye)_____。 4. 在气体流量,气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力将____,操作线将___平衡线。 5. 一般吸收塔中常采用逆流操作,其目的是 ____________________________________________________________。 5. 某吸收塔中,物系的平衡线方程为y=2.0x,操作线方程为y=3.5x+0.001,当 y1=0.06,y2=0.0030时,x1=_______,x2=_____________,L/V=______,气相传质单元数 N=_______. OG 6. 某逆流吸收塔,用纯溶剂吸收混合气中易溶组分,设备高为无穷大,入塔Y1=8%(体积),平衡关系Y=2X。试问: ⑴.若液气比(摩尔比,下同)为2.5时,吸收率= ______% ⑵.若液气比为1.5 时,吸收率=________% H将_____,7. 对一定操作条件下的填料吸收塔,如将塔料层增高一些,则塔的 OG N将_____(增加,减少,不变)。 OG
化工原理吸收习题及答案
吸收一章习题及答案 一、填空题 1、用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的速率方程为____________________,以传质总系数表达的速率方程为___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 2、吸收速度取决于_______________,因此,要提高气-液两流体相对运动速率,可以_______________来增大吸收速率。 双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度 3、由于吸收过程气相中的溶质分压总_________ 液相中溶质的平衡分压,所以吸收操作线总是在平衡线的_________。增加吸收剂用量,操作线的斜率_________,则操作线向_________平衡线的方向偏移,吸收过程推动力(y-y e)_________。 大于上方增大远离增大 4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A,物系的相平衡常数m=2,入塔气体浓度y = 0.06,要求出塔气体浓度y2 = 0.006,则最小液气比为_________。 1.80 5、在气体流量,气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力将_________,操作线将_________平衡线。 减少靠近 6、某气体用水吸收时,在一定浓度范围内,其气液平衡线和操作线均为直线,其平衡线的斜率可用_________常数表示,而操作线的斜率可用_________表示。 相平衡液气比 7、对一定操作条件下的填料吸收塔,如将塔料层增高一些,则塔的H OG将_________,N OG将_________ (增加,减少,不变)。 不变增加 8、吸收剂用量增加,操作线斜率_________,吸收推动力_________。(增大,减小,不变) 增大增大 9、计算吸收塔的填料层高度,必须运用如下三个方面的知识关联计算:_________、_________、_________。 平衡关系物料衡算传质速率。 10、填料的种类很多,主要有________、_________、_________、________、___________、______________。 拉西环鲍尔环矩鞍环阶梯环波纹填料丝网填料 11、填料选择的原则是_________________________________________。. 表面积大、空隙大、机械强度高价廉,耐磨并耐温。 12、在选择吸收剂时,首先要考虑的是所选用的吸收剂必须有__________________。 良好的选择性,即对吸收质有较大的溶解度,而对惰性组分不溶解。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。 单位塔截面上单位时间内下流的液体量(体积)。 14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。 填料的表面积及空隙 15、填料应具有较_____的__________,以增大塔内传质面积。 大比表面积 16、吸收塔内填装一定高度的料层,其作用是提供足够的气液两相_________。 传质面积 17、菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。 18、以(Y-Y*)表示总推动力的吸收速率方程式为N A=K Y(Y﹣Y﹡)。 19、、吸收操作是依据混合气体中各组分在溶剂中的溶解度不同而得以分离。 20、某气体用ABC三种不同的吸收剂进行吸收操作,液气比相同,吸收因数的大小关系为A1﹥A2﹥A3,则气体溶解度的大小关系为。
化工原理 吸收课后答案
第二章 吸收习题解答 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 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解: (1) 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则: 3333 3 1 170.582/1001 1000 0.5820.590/()0.987 NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P * ==+∴===? (2).求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1 170.0105 11001718 0.009740.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x y m x ** **== = ===+=== 2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故
222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --????==?=????? 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,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C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/(m 3·kPa 、))及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。 解:(1).求H 由2H O H EM ρ = 求算 2435 1000 2.95510/()1.881018 a H O H kmol m kP EM ρ -= = =???? (2)求m 5 1.8810371506.6 E m ρ?=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (3) 2255 506.60.0210.1310.13 5.3910 1.8810CO a CO P kP P x E ** -=?====?? 因x 很小,故可近似认为X x ≈ 55 2222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---????=?=?????? ???? ?? =??? ?? 故100克水中溶有220.01318CO gCO 4..在101.33kPa 、0℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知
化工原理第六章吸收习题答案解析
6-1 已知在 kPa(绝对压力下),100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求: (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1); (2) 亨利系数E(Pa); (3) 相平衡常数m ; (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ,E ,m 值。 (假设:在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律,氨水密度均为 10003/m kg ) 解:(1)根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 (2)根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= (3)根据已知条件可知 00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m (4)由于H 和E 仅是温度的函数,故3NH H 和3NH E 不变;而 p E px Ex px p x y m ====** ,与T 和p 相关,故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析(1)注意一些近似处理并分析其误差。 (2)注意E ,H 和m 的影响因素,这是本题练习的主要内容之一。
6-2 在25℃下,CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触: (1) 含CO 2为 mol/L 的水溶液; (2) 含CO 2为 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解: 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()3 45 25/10347.318 1066.1100022 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得 3 4*/0167.05010347.32 22m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是:(1)为吸收过程,3/0067.0m kmol c =?。 (2)为解吸过程,3/0333.0m kmol c =?。 分析 (1)推动力的表示方法可以有很多种,比如,用压力差表示时: ① kPa H c p CO CO CO 9.2910347.301 .04 * 2 22 =?= = - 推动力 kPa p 1.20=?(吸收)
化工原理第五章吸收课后习题及答案
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和CO 2的混合气体中,CO 2的体积分数为20%,求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少? 解 因摩尔分数=体积分数,.02y =摩尔分数 摩尔比 ..02 0251102 y Y y = ==--. 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时,各为多少? 解 摩尔分数//117 =0.010*******/18 x = + 浓度c 的计算20℃,溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /3 11017n k m o l -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=? 溶液中NH 3的浓度//.333 11017==0.581/101109982 n c kmol m V --?=? 或 . 39982 00105058218 s s c x kmol m M ρ= = ?=../ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105 x X x = ==--. 【5-3】进入吸收器的混合气体中,NH 3的体积分数为10%,吸收率为90%,求离开吸收器时NH 3的组成,以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。 吸收率的定义为 解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101) 01111101 y Y y = ==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111) =0010981100111 Y y Y = =++ 气液相平衡 【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ,查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律,试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。 解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117 0010511710018 x = =+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a =
化工原理--第八章 气体吸收
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 (NH 3)/1000g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、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 76.6 170.07576.610001718 x ==+由*p Ex =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075 p E x ===kPa 相平衡常数为t 200.0 1.974101.3E m p = ==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992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 18 0.2002.99233S ?=??==EM H ρ 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/m 3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51066.1?=E kPa ,水溶液的密 度为997.8kg/m 3。 解:水溶液中CO 2的浓度为 33 350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44 c ==对于稀水溶液,总浓度为3t 997.8kmol/m 55.4318c = =kmol/m 3水溶液中CO 2的摩尔分数为 4 t 0.008 1.4431055.43 c x c -===?由54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==???=kPa 气相中CO 2的分压为 t 101.30.03kPa 3.039p p y ==?=kPa <* p
化工原理吸收习题
题1. 已知在0.1MPa(绝压)、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2,其平衡关系为y A*= 26.7x A。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa,液相中SO2浓度为C A = 0.05kmol·m-3,气相传质分系数为k g = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1,液相传质分系数 k L=1.08×10-4m·s-1,且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上:(1)气-液相界面上的浓度C A,i和p A,i; (2)K G和K L及相应的推动力;(3)本题计算方法的基础是什么? 解:(1)求p A,i和C A,i 查30℃, ρ水= 995.7kg·m-3 E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa 对定常吸收过程, k g(p A - p A,i) = k L(C A,i- C A) 以C A,i = p A,i H 代入解得:p A,i = 3546.38Pa
C A,i = p A,i H = 3546.38 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 (2)求K G、K L及相应的推动力。 = + = + K G = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1
C A* - C A = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3 (3)本题计算方法的基础是双膜理论。 题2. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2%,入口洗油中不含苯,流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为Y A*=0.13X A,气相体积传质系数K Y a近似与液量无关,为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95%,问能否满足要求? 解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务,只要求出完成该任务所需的填料层高H需,与现有的填料层高度h比较,若H需< H,则该塔能满足要求。
化工原理吸收部分模拟试题
化工原理吸收部分模拟试题 一、填空 1气体吸收计算中,表示设备(填料)效能高低的一个量是,而表示传质任务难易程度的一个量是。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为、、。3如果板式塔设计不合理或操作不当,可能产生、 及等不正常现象,使塔无法工作。 4在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分系 数k y =2kmol/m2·h,气相传质总K y =1.5kmol/m2·h,则该处气液界面上气相浓度 y i 应为?????。平衡关系y=0.5x。 5逆流操作的吸收塔,当吸收因素A<1且填料为无穷高时,气液两相将在达到平衡。 6单向扩散中飘流因子。漂流因数可表示为,它反映。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl,当水量减少时气相总传质单元数 N OG 。 8一般来说,两组份的等分子反相扩散体现在单元操作中,而A组份通过B组份的单相扩散体现在操作中。 9 板式塔的类型有、、(说出三种);板式塔从总体上看汽液两相呈接触,在板上汽液两相呈接触。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????,气相中的分子扩散系数D随温度升高而??????(增大、减小),随压力增加而?????(增大、减小)。 12易溶气体溶液上方的分压,难溶气体溶液上方的分压,只要组份在气相中的分压液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行。 13压力 ,温度 ,将有利于解吸的进行;吸收因素A= ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程,已知相平衡常数m=1 ,气膜和液膜体积吸收系数 分别为k ya =2×10-4kmol/m3.s, k xa =0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总 阻力的百分数分别为;该气体为溶气体。 二、选择 1 根据双膜理论,当被吸收组分在液相中溶解度很小时,以液相浓度表示的总传质系数。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分 系数k y =2kmol/m2·h,气相传质总K y =1.5kmol/m2·h,则该处气液界面上气相浓 度y i 应为??????。平衡关系y=0.5x。 A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005 4 已知SO 2水溶液在三种温度t 1 、t 2 、t 3 下的亨利系数分别为E 1 =0.0035atm、
化工原理吸收实验
精馏实验报告 姓名:班级: 学号:同组人: 实验时间:
一、 报告摘要 本实验利用乙醇-正丙醇混合物进行精馏,达到分离和提纯的效果。通过这 次实验能进一步掌握精馏的单元操作方式,利用测得的塔板组成数据求出全塔效率和单板效率,从而进一步地加深对精馏操作机理的掌握。实验中也用到了阿贝折光仪来测算塔板各部位的组成,同过多次使用阿贝折光仪,能进一步熟练对其的使用。同过实验的操作和数据的处理,我们可以加深对精馏操作的理解,掌握了一项我们化工行业耐以生存的一项基本技能。 二、 实验目的及任务 1. 熟悉精馏的工艺流程,掌握精馏实验的操作方法。 2. 了解板式塔的结构,观察塔板上汽-液接触情况。 3. 测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4. 测定全塔浓度分布。 5. 测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 三、 实验基本原理 在板式精馏塔中,有塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液,在塔板上实现多次接触,进行传热与传质,使混合液达到一定程度的分离。 回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶回流量与采出量之比,称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一,其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况:最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作,要完成分离任务。则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然,这不符合工业实际,所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时,既无任何产物采出,也无原料加入,塔顶的冷凝液全部返回塔中,这在生产中无实验意义。但是,由于此时所需理论板数最少,又易于达到稳定,故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比通常取最小回流比的1.2~2.0倍。在精馏操作中,若回流系统出现故障,操作情况会急剧恶化,分离效果也将恶化。 板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数,有以下两种定义方法。 (1)总板效率E e N E N = (4-25) 式中 E —总板效率 N —理论板数; e N —实际板数 (2)单板效率E ml n 1n ml n 1n x x E x x -*--= - (4-26) 式中 E ml —以液相浓度表示的单板效率;
化工原理第五章吸收课后习题及答案.doc
第五章 吸收 相组成的换算 【5-1】 空气和 CO 2 的混合气体中, CO 2的体积分数为 20%,求其摩尔分数 y 和摩尔比 Y 各为多少? 解 因摩尔分数 =体积分数, y 0.2 摩尔分数 y 0 2 摩尔比 Y . 025. 1 y 1 0 2 . 【5-2】 20℃的 l00g 水中溶解 lgNH 3, NH 3 在溶液中的组成用摩尔分数 x 、浓度 c 及摩尔 比 X 表示时,各为多少? 解 摩尔分数 x 1 / 17 =0.0105 1 / 17 100/18 浓度 c 的计算 20℃,溶液的密度用水的密度 s 998 .2kg / m 3 代替。 3 n 1 10 3 / 17kmol 溶液中 NH 的量为 溶液的体积 V 101 10 3 / 998.2 m 3 溶液中 NH 3 的浓度 n 1 10 3 /17 3 c = =0.581 / m V 101 10 3 998 2 kmol /. s 998 2 3 或 c x . 0 0105 0 582 M s 18 . . kmol /m NH 3 与水的摩尔比的计算 1 /17 X 0.0106 100 / 18 x 0 0105 或 X . 0.0106 1 x 1 0 0105 . 【 5-3 】进入吸收器的混合气体中, NH 3 的体积分数为 10%,吸收率为 90%,求离开吸收器 时 NH 3 的组成,以摩尔比 Y 和摩尔分数 y 表示。 吸收率的定义为 被吸收的溶质量 Y 1 Y 2 1 Y 2 原料气中溶质量 1 1 Y Y 解 原料气中 NH 3 的摩尔分数 y 0.1 1 0 1 摩尔比 1 y . 0 111 1 1 0 1 Y 1 y . 吸收器出口混合气中 NH 3 的摩尔比为 Y 1 Y (1 09)0111 0 0111 2 ( ) 1 .. . 摩尔分数 Y 2 = 0 0111 0 01098 y 2 1 1 . Y 2 0 0111 . . 气液相平衡 【 5-4 】 l00g 水中溶解 lg NH 3 ,查得 20℃时溶液上方 NH 3 的平衡分压为 798Pa 。此稀
化工原理吸收含答案
化工原理吸收部分模拟试题及答案 一、填空 1气体吸收计算中,表示设备(填料)效能高低的一个量是 传质单元高度 ,而表示传质任务难易程度的一个量是 传质单元数 。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为 双膜理论 、 溶质渗透理论 、表面更新理论。 3如果板式塔设计不合理或操作不当,可能产生 严重漏液 、 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象,使塔无法工作。 4在吸收塔某处,气相主体浓度y=0.025,液相主体浓度x=0.01,气相传质分系数k y =2kmol/m 2·h ,气相传质总K y =1.5kmol/m 2·h ,则该处气液界面上气相浓度y i 应为??0.01???。平衡关系y=0.5x 。 5逆流操作的吸收塔,当吸收因素A<1且填料为无穷高时,气液两相将在 塔低 达到平衡。 6单向扩散中飘流因子 A>1 。漂流因数可表示为 BM P P ,它反映 由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl ,当水量减少时气相总传质单元数N OG 增加 。 8一般来说,两组份的等分子反相扩散体现在 精流 单元操作中,而A 组份通过B 组份的单相扩散体现在 吸收 操作中。 9 板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 (说出三种);板式塔从总体上看汽液两相呈 逆流 接触,在板上汽液两相呈 错流 接触。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????dz dC D J A AB A -= ,气相中的分子扩 散系数D 随温度升高而???增大???(增大、减小),随压力增加而???减小???(增大、减小)。 12易溶气体溶液上方的分压 小 ,难溶气体溶液上方的分压 大 ,只要组份在气相中的分压 大于 液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行。 13压力 减小 ,温度 升高 ,将有利于解吸的进行 ;吸收因素A= L/mV ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔 顶 达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程, 已知相平衡常数m=1 ,气膜和液膜体积吸收系数分别为k ya =2×10-4kmol/m 3.s, k xa =0.4 kmol/m 3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 气膜控制,约100% ;该气体为 易 溶气体。 二、选择 1 根据双膜理论,当被吸收组分在液相中溶解度很小时,以液相浓度表示的总传质系数 B 。 A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子 A 。 A >1 B <1 C =1 D 不一定
化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析讲课稿
化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析
6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下),100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求: (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1); (2) 亨利系数E(Pa); (3) 相平衡常数m ; (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ,E ,m 值。 (假设:在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律,氨水密度均为10003/m kg ) 解:(1)根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 (2)根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= (3)根据已知条件可知 00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m (4)由于H 和E 仅是温度的函数,故3NH H 和3NH E 不变;而 p E px Ex px p x y m ====** ,与T 和p 相关,故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析(1)注意一些近似处理并分析其误差。 (2)注意E ,H 和m 的影响因素,这是本题练习的主要内容之一。
6-2 在25℃下,CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触: (1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液; (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解: 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()3 45 25/10347.318 1066.1100022 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得 3 4*/0167.05010347.32 22m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是:(1)为吸收过程,3/0067.0m kmol c =?。 (2)为解吸过程,3/0333.0m kmol c =?。 分析 (1)推动力的表示方法可以有很多种,比如,用压力差表示时: ① kPa H c p CO CO CO 9.2910347.301 .04 * 2 22 =?= = - 推动力 kPa p 1.20=?(吸收)
化工原理第五章吸收题
浓度换算 2.1 甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m 3, 试计算该溶液中甲醇的 (1) 摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。 分子扩散 2.2估算1atm及293K下氯化氢气体(HCI)在⑴空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。 2.3 一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20 C空气以一定速度吹过管口,经5小时后液面下降到离管口 2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg],丙酮液密度为7900[kg/m 3], 计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。 2.4浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm 厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。 2.5 一填料塔在常压和295K 下操作,用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处,氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m 2 S],气相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。 相平衡与亨利定律 2.6温度为10C的常压空气与水接触,氧在空气中的体积百分率为21%,求达到平衡时氧在 水中的最大浓度,(以[g/m3]、摩尔分率表示)及溶解度系数。以[g/m3atm]及[kmol/m 3 Pa]表示。 2.7 当系统服从亨利定律时,对同一温度和液相浓度,如果总压增大一倍则与之平衡的气相浓度(或分压) (A)Y 增大一倍; (B)P 增大一倍;(C)Y 减小一倍; (D)P 减小一倍。 2.8 25 C及1atm下,含CO220%,空气80%(体积%)的气体1m3,与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触进行传质,试问气液达到平衡后, (1) CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压为多少? ⑵刚开始接触时的总传质推动力△ P, △各为多
化工原理吸收实验报告
一、实验目的 1.了解填料塔的一般结构及吸收操作的流程。 2.观察填料塔流体力学状况,测定压降与气速的关系曲线。 3.掌握总传质系数K x a的测定方法并分析其影响因素。 4.学习气液连续接触式填料塔,利用传质速率方程处理传质问题的方法。 二、实验原理 本实验先用吸收柱将水吸收纯氧形成富氧水后(并流操作),送入解吸塔再用空气进行解吸,实验需测定不同液量和气量下的解吸总传质系数K x a,并进行关联,得K x a=AL a V b的关联式。同时对不同填料的传质效果及流体力学性能进行比较。 1.填料塔流体力学特性 气体通过干填料层时,流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。在双对数坐标系中△P/Z对G'作图得到一条斜率为1.8~2的直线(图1中的aa线)。而有喷淋量时,在低气速时(c点以前)压降也比例于气速的1.8~2次幂,但大于同一气速下干填料的压降(图中bc段)。随气速增加,出现载点(图中c点),持液量开始增大。图中不难看出载点的位置不是十分明确,说明汽液两相流动的相互影响开始出现。压降~气速线向上弯曲,斜率变徒(图中cd段)。当气体增至液泛点(图中d点,实验中可以目测出)后在几乎不变的气速下,压降急剧上升。 图1 填料层压降-空塔气速关系
2.传质实验 填料塔与板式塔气液两相接触情况不同。在填料塔中,两相传质主要是在填料有效湿表面上进行。需要完成一定吸收任务所需填料高度,其计算方法有:传质系数法、传质单元法和等板高度法。 本实验对富氧水进行解吸。由于富氧水浓度很小,可认为气液两相平衡服从亨利定律,可用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。得速率方程式: m p X A x V a K G ???= m p A x X /V G a K ?=? 2 211ln ) 22()11(e e e e m x x x x x x x x x --?---= )x -L (x G 21 A = Ω?=Z V p 相关的填料层高度的基本计算式为: OL OL x x e x N H x x dx a K L Z ?=-Ω=?12 OL OL N Z H = 其中, m x x e OL x x x x x dx N ?-=-=?2 11 2 Ω =a K L H x OL 由于氧气为难溶气体,在水中的溶解度很小,因此传质阻力几乎全部集中于液膜中,即Kx=kx 。由于属液膜控制过程,所以要提高总传质系数Kxa ,应增大液相的湍动程度。 在y-x 图中,解吸过程的操作线在平衡系下方,在实验是一条平行于横坐标的水平线(因氧在水中浓度很小)。 三、实验装置流程 1.基本数据 解吸塔径φ=0.1m,吸收塔径φ=0.032m ,填料层高度0.8m (陶瓷拉西环、陶瓷波纹板、金属波纹网填料)和0.83m (金属θ环)。