气液相平衡

第八章习题

气液相平衡

1．在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO2气，经长期接触后测得水中CO2的平衡溶解度为2.857×10-2mol/L溶液。鼓泡器中的总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρm=996kg/m3。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CO2的混合气中含CO230% (体积百分数)，在1MPa(表压)下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至20kPa(表压），放出大部分CO2，然后再在解吸塔中吹气解吸。

设全部操作范围内水与CO2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kgCO2气。

习题1 附图习题2附图

3．20℃的水与N2气逆流接触以脱除水中溶解的O2气。塔底入口的N2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/m3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Cl2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？

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 =8×10-4kmol/（s ·m 2），k y =5×10-4kmol/（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

x y y k m k K +=

11

出发，试证OG OL N A N 1

=。

习题13 附图

*11. 低浓度气体逆流吸收，试证：

21ln 11

y y L mG

N OG ∆∆-=

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N OG 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·m2）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·m3）。

试求：（1）液体在塔底的浓度x1。

（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H2S 2.5×10-5 (摩尔分率，下同)的水与空气逆流接触以使水中的H2S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/（m2·h）。

试求：（1）为使水中的H2S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·m2），设计时塔高不受限制，可以规定离解吸塔的水中含H2S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SO2，气体经两塔后总的SO2回收率为0.91，两塔的用水量相等，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。

19．某填料吸收塔用过热水蒸汽吹出洗油中的苯，入塔液体中苯的摩尔分率为0.05，要求解吸率97%，该物系相平衡关

=0.3m，试求该塔的填料层高度。系为y=2.8x，采用的过热蒸汽用量为最小气体用量的1.3倍，该填料的传质单元高度H

OG

吸收过程的操作型计算

20．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2250m3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、