1、吸收习题一、选择与填空1. 总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为 1/ L=1/kl + H / kG 其中 1/ L表示，当项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 是非题亨利定律的表达式之一为 p，若某气体在水中的亨利系数值很大，说明该气体为易溶气体。( ) 低浓气体吸收中，已知平衡关系， xaKmol/m 3.s， ya -4Kmol/m3.s，则此体系属（气膜；液膜；气、液双膜）控制总传质系数近似为 yaKmol/m 3.s。（） 2, （） 0.1, （） 0.2, （） 210 -4 通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，。 （）回收率趋向最高； （）吸收推动力趋
2、向最大； （）操作最为经济； （）填料层高度趋向无穷大。答：液膜阻力，气膜阻力 G ； ； 。 2. 在气体吸收时，若可溶气体的浓度较大，则总体流动对传质的影响。 对极易溶的气体，气相一侧的介面浓度 1接近于，而液相一侧的液面浓度 1接近于。 写出吸收操作中对吸收剂的主要要求中的四项（）（）（）（）。答：也较大； * ，； 溶解度大 , 选择性高,腐蚀性小,挥发度小。 3. 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: . 若液气比（摩尔比，下同）为 2.5时，吸收率= _%. 若液气比为 1.5 时，吸收率=_% 答： 1
3、00% ； 75% 4. 在低浓度难溶气体的逆流吸收塔中，若其他条件不变，而入口液体量增加，则此塔的液相传质单元数 NL将，而系统的气相总传质单元数NOG将，气体出口浓度 ya将。答：N L将减少； N OG增加； y a减少。5. 用逆流操作的吸收塔处理低浓度易溶溶质的气体混合物，如其他操作条件不变，而入口气体的组成 y b增加，则此塔的液相总传质单元数 NOL将。 气体出口组成 ya将。 液相出口组成 xa 将。（提示：塔内平均推动力可按算术平均计算）答：N OL不变； y a； x a增加。6. 双组分理想气体系统经绝热压缩，其总压增加一倍，则过程前后系统中的扩散系数DAB与 DAB的关
4、系应该是 DAB=D AB。 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当系统温度增加时，其溶解度系数 H将。而当系统中液相总浓度增加时，其相平衡常数 m将。 答： 1.414 ；减少；增加 。7. 对非液膜控制的系统，气体流量越大，则气相总传质系数 Ky，气相总传质单元高度 HOG。 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统 A.B.在同样条件下，A 系统中的溶质的溶解度较 B系统中的溶质为高，则 A 系统的溶解度系数 HAH B，亨利系数 EAE B，相平衡常数 m Am B。( ，=，HOG h不变, 所以 NOG, Y 2 NA=GB(Y1-Y2)=L(X1-X2)=Kya(Y-Y*)m 因为
5、 GB/L,而 h 一定 , 必然 X 1。 4某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为 9m，平衡关系：y=.，现场测得气体进、出口浓度为 yb=.，y a=.，液体出口浓度为 xb=.(均为摩尔分率)。试求：（）操作液气比 L/G及出塔溶液的饱和度 （实际浓度比饱和浓度） ；（）气相总传质单元高度 OG；（）如果限定气体出口浓度 ya =.，为此拟增加填料层高度，在保持液气比不变的条件下应增加多少？解：（）L/G=(y b-ya)/(xb-xa)=(0.03-0.002)/(0.015-0)=1.866 =x b/xb*=0.015/(0.03/1.4)=0.
6、7 （）mG/L=1.4/1.866=0.75 OG =1/(1-0.75)ln(1-0.75)(0.03-0)/(0.002-0)+0.75=6 OG=o OG9/6=1.5m （） OG =1/(1-0.75)ln(1-0.75)(0.03/0.0015)+0.75=7 0 =1.57=10.5m 0=10.5-9=1.5m 5 一常压逆流吸收塔，塔截面积为 0.5m2,填料层高为 3米。用清水吸收混合气中的丙酮（分子量为 58） ，丙酮含量为 5%（体积） ，混合气流量为 1120Nm3/h。已知在液气比为 3的条件下，出塔气体中丙酮含量为 0。005（摩尔分率） 。操作条件下的平衡关系
7、为 y=2x。试求： 出口液体中的丙酮含量（质量分率） ； 气体体积总传质系数 Kya（kmol/m 3.s） ；若填料增高 3 米，其他操作条件不变，气体出口的丙酮含量为多少？ 解： L/G=(y1-y2)/x1, x1=(y1-y2)/(L/G)=(0.05-0.005)/3=0.015 S=m/(L/G)=2/3=0.667 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)y1/y2+S=4.16 HOG =h/NOG=3/4.16=0.721 m HOG=G/KyaG=1120/(22.436000.5)=0.0278 kmol/m3S Kya=G/HOG=0.0385 kmol/m3S h=3+
8、3=6 m, HOG不变,S 不变 NOG=h/HOG=6/0.721=8.32 NOG=1/(1-S)Ln(-S)y1/y2+S Y2=0.0011。 6有一填料层为 3m的逆流吸收塔，操作压强为 1atm，温度为 20，用清水吸收空气中的氨, 混合气体流率为 36kmol/m2.h，其中含氨 6%（体积%） ，吸收率为 99%，清水流率为86kmol/m2h，平衡关系为 y=0.75x，气相总传质系数 KGa与气相质量流率的 0.8次方成正比, 而受液相质量流率的影响甚小。试估算在塔径、回收率及其他操作条件不变，液体流率增加一倍时，所需填料层高度有何变化？ 解： L/G=86/36=2.3
9、9S=m/(L/G)=0.75/2.39=0.314 y1=0.06 , y2=y1(1-)=0.06(1-0.99)=0.0006 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=6.17 HOG=h/NOG=3/6.17=0.486m 当 L一倍,L=2L S=m/(L/G)=S/2=0.157 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=5.26 由于气相总传质系数受 L 的影响很小,G 不变, 所以 HOGH OGh=NOGHOG=5.260.468=2.56 m 即所需填料层高度可以降低。 7. 一逆流操作的吸收塔，填料层高度为 3m。用清水吸收空气A 混合气中的 A组分
10、，混合气体的流率为 20kmol/m2h，其中含 A 6%（体积%） ，要求吸收率为 98%，清水流率为 40 kmol/m2h。操作条件下的平衡关系为 y=0.8x。气相总传质系数 Kya与气相摩尔流率的 0.7次方成正比。试估算在塔径、吸收率及其它操作条件均不变时，操作压力增加一倍，此时所需填料层高度将如何变化？解： L/G=40/20=2.0 S=m/(L/G)=0.8/2.0=0.40 y1=0.06 , y2=y1(1-)=0.0012 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=5.69 HOG=h/NOG=0.527 m 当 P一倍,E 不变, m=m/2=0.4 S=0
11、.2 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=4.62 G 不变,Kya 不变,H OG也不变 则 h=NOGHOG=4.620.527=2.43 m 当 P时, h可以减小。 8.今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为 1000 m3/h（标准状态） ，原料气中含甲醇 100g/m3，吸收后的水溶液中含甲醇量等于与进料气体相平衡时的浓度的 67%。设在标准状态下操作，要求甲醇的回收率为 98%，吸收平衡线可取为 Y=1.15X, Ky=0.5kmol/m2h（以上均为摩尔比关系） ，塔内单位体积填料的有效气体传质面积为 190m2/m3，取塔内的气体空
12、塔流速为 0.5m/s。试求：水用量； 塔径； 填料层高度。 （甲醇分子量为 32） 解： y1=(10010-3/32)/(1/22.4)=0.07 Y1=y1/(1-y1)=0.07/(1-0.07)=0.0753 Y2=Y1(1-)=0.0753(1-0.98)=0.001505 X1*=Y1/m=0.0753/1.15=0.0655 X1=0.67X1*=0.0439 G=1000/22.4=44.64kmol/h GB=44.64(1-0.07)=41.52 kmol/h Ls=GB(Y1-Y2)/X1=41.52(0.0753-0.001505)/0.0439 =69.8 kmol
13、/h Vs=(/4)D 2u=1000/3600=0.278 m3/s D=0.841 m Ls/GB=(Y1-Y2)/X1=(0.0753-0.001505)/0.0439=1.681 S=m/(Ls/GB)=1.15/1.681=0.684 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=8.87 HOG=GB/Kya=41.52/(0.5190(/4)0.841 2)=0.787 m h=HOGNOG=6.98 m。 9.一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质 A ，入塔气体 中含 A 1%（摩尔比） ，经吸收后溶质 A 被回收了 80% ，此时水的用量为最小用量的 1
14、.5倍，平衡线的斜率为 1 ,气相总传质单元高度为 1m,试求填料层所需高度。 解： Y 1=0.01 Y2=Y1(1-)=0.01(1-0.8)=0.002 m=1 Ls/Gb=1.5(Ls/Gb)min=1.5(Y1-Y2)/(Y1/m)=1.5m =1.510.8=1.2 S=m/(Ls/Gb)=1/1.2=0.833 NOG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=3.06 h=NOGHOG=3.06 m 10.在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂 S 吸收混合气体中的可溶组分 A 。入塔气体中A 的摩尔分率为 0.03，要求吸收率为 95% 。已知操作条件下的解吸因数为 0.8 ，
15、物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为 0.03 （摩尔分率） 。 试计算：操作液气比为最小液气比的倍数； 出塔液体的浓度；完成上述分离任务所需的气相总传质单元数 NOG。 解： y1=0.03 , x1*=0.03 ,所以 m=1 (L/G)min=(y1-y2)/(y1/m)=m=0.95 S=m/(L/G) , L/G=m/S=1/0.8=1.25 (L/G)/(L/G)min=1.25/0.95=1.316 x1=(y1-y2)/(L/G)=(0.03-0.03(1-0.95)/1.25=0.0228 N OG=1/(1-S)Ln(1-S)Y1/Y2+S=7.843。 11.
16、有一逆流填料吸收塔,塔径为 0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔气体量为100kmol/h,，溶质浓度为 0.01（摩尔分率） ，回收率要求达到 90% ，液气比为 1.5 ，平衡关系 y=x。试求：液体出塔浓度；测得气相总体积传质系数 kya=0.10kmol/m3.s，问该塔填料层高度为多少？解： y 1=0.01 y2=y1(1-)=0.01(1-0.9)=0.001 L/G=(y1-y2)/x1 ,x1=(y1-Y2)/(L/G)=(0.01-0.001)/1.5=0.006 HOG=G/Kya=100/(0.7850.523600)/0.1=1.415 m NOG=1/(1-S
17、)Ln(1-S)Y1/Y2+S S=m/(L/G)=1/1.5=0.667 NOG=4.16 h=HOGNOG=1.4154.16=5.88 m。 12.在直径为.的填料塔中，用Kg/h 的清水吸收空气和 2混合气中的 2，混合气量为 3（标准）/h，混合气含 2.（体积） ，要求回收率.，操作条件为、atm，平衡关系为 y=0.75x，总体积传质系数ya.Kmol/m 3.s,atm，求液体出口浓度和填料高度。 解：已知：D=0.8m Ls =1200Kg/h G=1000Nm 3/h y1=0.013 =0.995 x2=0 ye=0.75x y=0.055kmol/m 3.s.atm L
18、s =1200/(360018)=0.0185 kmol/s G =1000/(22.43600)=0.0124kmol/s 为低浓度吸收 (L/G)=0.0185/0.0124=1.49 x1=(G/L)(y1-y2)+x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868 y2=y1(1-)=0.013(1-0.995)=0.000065 OG OG 而 OG =(y1-y2)/Ym y 1=y1-y1*=0.013-0.750.00818=0.006490 y 2=y2-y2*=0.000065-0=0.000065 ym =(y 1-y 2)/ln(y 1/y 2) =(0.
19、006490-0.000065)/ln(0.006490/0.000065)=0.001396 OG=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266 OG （y）0.0124/(0.7850.80.80.055=0.449(m) 9.2660.449=4.2m 13.在逆流操作的填料塔内用清水吸收空气氨混合气体中的氨。操作压力为（绝对） ，温度为；混合气的处理量为.Kmol/m 2.S，氨含量.（体积） 。当用水量为Kg/m 2.h时，若出塔水溶液的氨浓度为平衡浓度的，求吸收率和填料层高度。 操作条件下氨在水中的溶解度曲线如附图；总体积传质系数yaKmol/m 3. S.y。
20、解： L=3000(1/18)(1/3600)=0.0463 kmol/m 2 .s 氨分压 p=Py 由题图 x b*=0.050 则 x b=0.05070%=0.035 ya=yb-L(xb-xa)/G=0.042-0.0463(0.035-0)/0.04=0.00149 吸收率 (y b-ya)/yb=(0.042-0.00149)/0.042=96.5% ya*=0 ; 由题图 y b*=0.027 y m =（(0.042-0.027)-0.00149）ln(0.042-0.027)/0.00149=0.00585 h=G(yb-ya)/(y y m ) =0.04(0.042-0
21、.00149)/(0.030.00585)=9.23m 14.在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分。入塔气体中的摩尔分率 y1 0.03，要求其收率 A 。已知操作条件下 mV/L（m 可取作常数） ，平衡关系为 Y=mX，与入塔气体成平衡的液相浓度 x1*= 。试计算: （）操作液气比为最小液气比的倍数； （）吸收液的浓度 x1； （）完成上述分离任务所需的气相总传质单元数 OG。 解：（）Y 1=3/97=0.03093 X2=0 Y2=Y1(1- A)=0.03093(1-0.95)=0.00155 由最小溶剂用量公式 (Lmin /V)=(Y1-Y2)/(Y1/m
22、-X2)=(Y1-Y2)/(Y1/m)=m(Y1-Y2)/Y1 已知 mV/L=0.8 则 L/V=(1/0.8) =1.25 (L/V)(L/V)min =1.25/0.95=1.316 （）由物料衡算式得: X1=(Y1-Y2)/(L/V)=(0.03093-0.00155)/1.25=0.0228 （）OG =1/(1-mV/L)ln(1-mV/L)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+mV/L =1/(1-0.8)ln(1-0.8)Y1/(0.05Y1 )+0.8 =7.84 15.在常压填料吸收塔中，用清水吸收废气中的氨气。废气流量为 m 3/h（标准状态） ，废气中氨的浓度为 15g
23、/m3，要求回收率不低于。若吸收剂用量为.m 3/h，操作条件下的平衡关系为 Y=.X，气相总传质单元高度为.。试求： 塔底、塔顶及全塔的吸收推动力（气相） ； 气相总传质单元数； 总填料层高。 解：y 1=15/17（1000/22.4）=0.01977kmolNH 3/kmol B+NH3 y2=3.954 - 4 kmolNH3/kmol B+NH3 Y1=y1/(1-y1)=0.01977/(1-0.01977)=0.02017kmolNH3/kmol B Y2=y2/(1-y2)=3.9555 -4kmolNH3/kmol B V=2500/22.4(1-0.01977)=109.4
24、kmol B/h L=3.61000/18=200kmol B/h 全塔物料衡算 L(X1-X2)=V(Y1-Y2) 200(X1-0)=109.4(0.02017-3.9555 -4) 得 X 1=0.01072 Y 1=Y1-Y1*=0.02017-1.20.01072=0.0072 Y 2=Y2-Y2*=0.0004 Ym =(0.0072-0.0004)/ln(0.0072/0.0004)=0.00235 OG=(Y1-Y2)/Ym =(0.02-0.0004)/0.00235=8.34 OGHOG=8.340.7 =5.84m 16. 用一逆流操作的解吸塔，处理含 CO2的水溶液，处
25、理量为吨时，使水中的 CO2含量由 -5降至 -6（均为摩尔比） ，塔内水的喷淋密度为Kg/m 2.h，进塔空气中含2 量为（体积百分率） ，空气用量为最小空气用量的倍，塔内操作温度为，压力为KN/m 2，该操作条件下的亨利系数. 5KN/m2，体积吸收系数xaKmol/m 3.h。试求：（）空气用量为若干 m3/h（以计） （）填料层高度。解：连续操作的解吸塔：L =40T/h X 1=8 -5 X2=2 -6 Y2=0.001 V=20Vmin E=1.6 5KN/m2 P=100KN/m2 x800 kmol/m 2.h m=E/P 即 m=1600 液相按纯水计算，即 L =41000
26、0/18=2222 kmol/h （） Vmin =2222(8 -52 -6)/(16008 -50.001) =1.365 kmol/h V=20Vmin =27.3 kmol/h Vh =27.322.4(273+25)/273(101.3/100)(1+0.001) =677 m3/h （） OL OL OL =L/(x)=8000/(18800)=0.556 m OL =(X1-X2)/Xm Y1=0.001+2222(8 -52 -6)/27.3=7.35 -3 X 1=X1-Y1/m=8 -57.35 -3/1600=7.54 -5 同理 X 2=X2-Y2/m=1.375 -6
27、 Xm =(X1-X2)/ln(X1/X2) =7.403 -5/4.004=1.848 -5 于是 OL =(8 -52 -6)/(1.848 -5)=4.22 4.220.556=2.346 m 17. 某填料吸收塔，用清水除去气体混合物中的有害物质，若进塔气体中含有害物质 5%（体积%） ，要求吸收率为 90%，气体流率为 32kmol/m2h，液体流率为 24kmol/m2h，此液体流率为最小流率的 1.5倍。如果物系服从亨利定律，并已知液相传质单元高度 HL为0.44m，气相体积分传质系数 kya=0.06kmol/m3.s.y，该塔在常压下逆流等温操作。试求：塔底排出液的组成；所需
28、填料层高度。 注：本题属低浓度气体吸收过程，可用摩尔分率代替摩尔比进行计算。 解 y 1=0.05 y2=(1-)y 1=(1-0.90)0.05=0.005 x1=G(y1-y2)/L=32(0.05-0.005)/24=0.06 Lmin=L/1.5=24/1.5=16 kmol/m 2h x1*=G(y1-y2)/Lmin=32(0.05-0.005)/16=0.09 m=y1/x1*=0.05/0.09=0.556 ym=(y 1-y1*)-(y2-y2*)/Ln(y1-y1*)/(y2-y2*) =(0.05-0.5560.006)-0.005)/Ln(0.05-0.5560.06)/0.005) =0.01164/1.202=0.00968 NOG=(y1-y2)/ym=4.65 HG=G/kya=32/3600/0.06=0.148 m HOG=HG+SHL=HG+(mG/L)HL =0.148+0.55632/240.44=0.474 m h=HOGNOG=0.4744.65=2.20 m。
