1、 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 (kmolm-3Pa-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/kg解：（1）根据已知条件 PapNH987*33/524.01/3 mkolcN定义 333*NHNHcpPamkolcNH 34/109.5333（2）根据已知条件可知 015.8/17/3 NHx根据定义式 33*NH
2、NHxEp可得 PaNH4102.93（3）根据已知条件可知0974.1325/987/*33 pyNH于是得到 928.0333*NHNHxym（4）由于 和 仅是温度的函数，故 和 不变；而E33NHE，与 和 相关，故 。pxym* T09.28.13NH分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。（2）注意 ， 和 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。EHm6-2 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 CO2 为 0.01 mol/L 的水溶液；(2) 含 CO2 为 0.05 mol/L 的水溶液。试求这两种情况下 CO2 的传质方向与推
3、动力。解： 由亨利定律得到 *2250COCOExkPap根据 化工原理 教材中表 8-1 查出kPaECO5106.25所以可以得到 4*10.32COx又因为 34525 /1037.8106.2 mkPaolEMHOHCO 所以得34* /0167.5137.22 mkolpHcCOCO于是：（1）为吸收过程， 。3/06.kmolc（2）为解吸过程， 。3/.l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： kPaHcpCO9.210347.*22 推动力 （吸收）kPa1.0 kPaHcpCO4.190347.5*22 推动力 （解吸）kPa.9或者 , 用摩尔分数
4、差表示时 由 ，判断出将发生吸收过程，推动力41082 COx；4102.x由 ，判断出将发生解吸过程，推动力492CO 4109.5x（2）推动力均用正值表示。6-3 指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在 x-y 图上表示。(1) 含 SO2 为 0.001(摩尔分数)的水溶液与含 SO2 为 0.03(摩尔分数)的混合气接触，总压为 101.3 kPa，t=35 ；(2) 气液组成及总压同(1) ，t=15；(3) 气液组成及温度同 (1) ，总压为 300 kPa(绝对压力 )。解 (1) 根据化工原理教材中表 8-1 知 T = 35时，SO 2 的 , 故kPaE4
5、10567. 563.1074PEm根据相平衡关系 , 得 056.1.56*Axy由于 ，所以将发生解吸过程。传质推动力为Ay* 026.3.056.y(2 ) T = 15时 , SO 2 的 ，故kPaE419.293.04m根据相平衡关系 , 得 029.1.29*Axy由于 ，所以将发生吸收过程。 传质推动力为Ay* 01.29.03y(3)同理可知 , 当 T = 35，p = 300 kPa 时 , ，故kPaE40567.9.18Pm0*Axy由于 ，所以将发生吸收过程。推动力为Ay* 01.89.03y示意图见题 6-3 图。题 6-3 图分析 体会通过改变温度和总压来实现气
6、液之间传质方向的改变 ,即吸收和解吸。6-4 氨-空气混合气中含氨 0.12(摩尔分数)，在常压和 25下用水吸收，过程中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为 1000 m3 ，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(m 3) 。解 惰性气体量 ，进口中 NH3 之量为 ,出口中 NH3 380.10mV 3120之量为 ,于是总出气量= 880 + 9 = ,被吸收的 NH3 量为398.21 8m,为 77.3kg。ol4528.10-34.05.0 分析 (1) 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。此处由于温度和压力均不
7、变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。(2) 本题是并流还是逆流 ? 有区别吗 ?(3) 如何才能不断移走热量? 该用填料塔还是板式塔 ?(4) 不移走热量对吸收有什么影响 ?6-5 一浅盘内存有 2mm 厚的水层，在 20的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为 5mm 的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。扩散系数为 2.610-5m2/s，大气压强为 1.013105Pa。求蒸干水层所需时间。解：本题中水层 Z 的变化是时间 的函数，且与扩散速率有关。121lnBBAApRTZDPN查教材附录水的物理性质得，20时水的蒸汽压为
8、 2.3346kPa。已知条件为：,3.10 ,97.8346.210,3.10,.221kPapP kPapkPapBA BBA 代入上式得： smkolpRTZDNBBAA 26- 5-11/03.5 97.8310ln.310.2934.806n水的摩尔质量 ，设垂直管截面积为 A，在 时间内汽化的水量kolgM/ d应等于水扩散出管口的量，即则AdZNA smMNA /1054.91083.586在 ， 到 ， 之间积分，得00m312s48-3102.54.906-6 含组分 A 为 0.1 的混合气，用含 A 为 0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的 A。已知 A 在气、液两相
9、中的平衡关系为 ，液气比为 0.8，求：yx(1) 逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若 ，5.1GL各量又是多少？分别在 y-x 图上表示；(2) 若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？解 (1) 逆流操作 (题 6-6 图 (a)时，已知题 6-6 图，012X1.0.Y 当 ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题 8-9 图(b), 18.0mVL。根据物料衡算可知1*max1YX03.1.08.12*112 XVL此时 , 吸收率为 %7.21.03E 当 ,以及塔高无穷高时 ,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9 图(b) ，15.mVL
10、。仍可以根据物料衡算 ，求出02*min2XY min2121YVXL07.1X%9E(2) 并流操作且 时(题 8-9 图(c)，因为 ，所以有8.0VLH1mXY根据操作线关系,有 VLX12式，联立，求得: 065.1Y于是 %5.401.E分析 逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。6-7 用水吸收气体中的 SO2 ，气体中 SO2 的平均组成为 0.02(摩尔分数)，水中 SO2 的平均浓度为 1g/1000g。塔中操作压力为 10.1
11、3kPa(表压)，现已知气相传质分系数 =0.310-2kmol/（m 2hkPa），液相传质分系数 = 0.4 m/h。操作Gk Lk条件下平衡关系 。求总传质系数 KY（kmol/ （m 2h）。50yx解 根据 * 1111 ypKypyyKYN AYYYA 和 *AGApKN得 *1ypKGY现已知 ， ， ，因kPap4.102.y 4* 108.20645Amx此要先根据下式求出 才能求出 :GKYLGHk1因此还要求出 ：HkPamolpmxcA 3* /01.54.18于是便可求出 kPahkolKG2/017.和 hmkolY2/187.0分析 此题主要练习各种传质系数之间的
12、转换关系，第二目的是了解各系数的量级。6-8 在 1.013105Pa、27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知 H=0.511 kPa m3/kmol，气膜吸收分系数 kG=1.55105kmol/(m2skPa)，液膜吸收分系数 kL=2.08105 (m/s)。试求吸收总系数 KG 并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。解 根据定义式 和 ，可知ALAAcKpN* HpA*GLKH1所以只要求出 即可。又GK 24371617305.198.067.5113-5- LGHk所以 PahmkolKG25-/10.4L/.因为 为气相阻力，
13、 为总阻力，故Gk1GK1%4.723176总 阻 力气 相 阻 力分析 此题应和题 6-9 一起综合考虑。6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为 27，压强为1.013105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为 37.5mmHg，液相中甲醇浓度为 2.11kmol/m3。试根据题 6-8 中有关数据计算出该截面的吸收速率。解 吸收速率可以用公式 求出。其中*pKNGAkPa07.5Hcp33* 12.9.1kPasmkolHkKLG 2555 /102.08.29.10.1于是可得 smkolNA 2535 /1068.102.7102.分析 (1) 此时
14、，根据 , 还可以55- 1068.7 iiGA ppK计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（ ）以及液相侧中的甲醇浓kPai401度 （ ），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。3/748.2mkolHpcii(2) 是不是题目有些问题？含 5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了 (质量分数仅为3/2mol0.0064%)，这些水又有何用呢？(3) 若将题目中 甲醇浓度改为 ，则质量分数为 6.4 %，便可以用精馏3/2mkol法回收其中的甲醇。6-10 附图为几种双塔吸收流程，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
15、塔对应的气、液相进出口摩尔分数。yaxa2xy1xax2y1 2()(b)(c)(d)ABABABABy1ay2x1ayx23题 6-10 附图(c) x0y=mxy3By1 23A12（d） x0y=mxy2 By321Ax316-11 在某逆流吸收塔内，于 101.3kPa、24下用清水吸收混合气体中的 H2S，将其浓度由 2%降至 0.1%（体积分数）。系统符合亨利定律，E=545101.3kPa。若吸收剂用量为最小用量的 1.2 倍，试计算操作液气比及出口液相组成。 解：已知 y 1=0.02 y2=0.001 P =101.33KPa Ka1052.E4则 -1Y01-Y75.43.
16、0125PEm.175.420Y-VLmin .6.1.5.1min又据全塔物料衡算 2121Y-VX-L15-10.2.04.576- 即操作液气比 为 776.25 出口液相组成 X1为VL5.26-12 用纯水逆流吸收气体混合物中的 SO2，SO 2 的初始浓度为 5（体积分数），操作条件下的相平衡关系为 y5.0x ，分别计算液气比为 4 和 6 时气体的极限出口浓度。解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数 m 的相对大小。当 ， 时，操作线与与平衡线交于塔底，由相平衡关系可以4GL0.5m计算液
17、体出口的最大浓度为 01.5.1max,1y由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为： 01405.21min,2 xGLy当 ， ，操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气6GL0.5体极限出口浓度为： 02min,2xy由物料衡算关系可求得液体出口浓度为： 083.65.min,2121 yLGx从以上计算结果可知，当 时，气体的极限残余浓度随 增大而GL减小；当 时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂mGL的用量无关。6-13 在某填料吸收塔中，用清水处理含 SO2 的混合气体。逆流操作，进塔气体中含 SO2 为 0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相对
18、分子质量取28。水的用量比最小用量大 65%，要求每小时从混合气中吸收 2000kg 的 SO2。已知操作条件下气、液平衡关系为 。计算每小时用水量为多少立方米。xy7.26解：根据题意得 08711yY根据吸收的 SO2 质量求得混合气中惰性气体的流量hkmolV/375.92.0864根据物料衡算 221 087.35.9640YY解得 5203.4Y又 67.2./087.135421min XYVLe则 hkmol/09.65.6. 4in则每小时的用水量为 hLMV/1085.21058.134水6-14 用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为 ，采用的液气比是最小液气比
19、的 倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以 、 两个参数列出计算 NOG 的表达式。解：令进塔气体浓度为 y1，则出塔气体浓度为 x2=01y2mx-GLmin）（21ymyxy1m1由上题证明的结果： LG-1ylnN2O又111yymx012yyy1lnNOG6-15 在一填料吸收塔内，用含溶质为 0.0099 的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质的 85%，进塔气体中溶质浓度为 0.091，操作液气比为 0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为 ，假设总体积传质系数与流动方式无关。试求：（1）xy86.0逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力之比。解：逆流吸收
20、时，已知 y1=0.091，x 2=0.0099所以 01365.85.019.0-1y 09584.9.0.09.L212x1 yV 2.584.6X8.Y1*1 01.9.02.*2 86.24.1.*11 05130365.Y-*2205136.8lnYlnm21.72.9NOG 改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为 、 ，进塔气。1YX物料衡算： 121-VL -X2将物料衡算式代入 NOG中整理得： 12ln/)/(1mXYmOG 逆流改为并流后，因 KYa不变，即传质单元高度 HOG不变，故 NOG不变所以 1186.099.ln5.1xy由物料衡算式得： 09.X.Y11将此两式
21、联立得：0568.1048.1.3.72NY-OG12m84.06.m由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同的情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。6-16 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 1000m3/h（标准状况），原料气中含甲醇 100g/m3，吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时组成的 67%。设在标准状况下操作，吸收平衡关系为，甲醇的回收率为 98%，K y = 0.5 kmol/（m 2h），塔内填料的有效比xy15.表面积为 190 m2/m3，塔内气体的空塔流速为 0.5 m/s。试求
22、：(1) 水的用量；(2) 塔径；(3) 填料层高度。解 下面计算中下标 1 表示塔底，2 表示塔顶。根据已知操作条件，有 hkmolV /52.41.364034. 75.2.1Y0.%9812Y0X069.15.15.*Yyx，%671x48.*1x0425.1xX（1）根据全塔的甲醇物料衡算式 可以得出用水量2121YVL hkmolXYVL /04.70457321 （2）塔径 ，可圆整到 0.84m。muVDsT 814.05.3614（3）由于是低浓度吸收，故可以将 近似为 ,并存在 ，xy. XY15.YyK则可进行以下计算：填料层高度 OGHN先计算气相总传质单元数：mOGYN
23、21 21lnY064.5.10753.*11 .*22Y49.8OGN再计算气相总传质单元高度 maKVHyYOG 79.084.1905.2最终解得 m7.6分析 (1)这是一个典型的设计型问题，即已知工艺要求，希望设计出用水量、塔径和塔高。(2)若不进行以上近似，则可按下述方法求解: *-ydHaKyV式中： -气体总流量。V于是 *yaKdVdHy对上式进行积分得 12*yyaKdVH（当然此时 也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似）yK（3）或者做以下近似处理 * 11YKYKyYKN yyA 得 *1YKyY其中， 可取 和 的平均值； 可取 和 的平均值。Y12*12
24、取 0384.21Y21.5.1X04.3.*mY则hmkolKY 2/0471.23.10384.5HOG835.41.097. 2481.06.725105.36.72415ln06.72415l121 LmVXYLVmNOG mHNOG1.48.3.以上两种方法的计算结果具有可比性。6-17 在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收空气中的 NH3，入塔混合气中 NH3 的含量为 0.01（摩尔分率，下同），吸收在常压、温度为 10的条件下进行，吸收率达 95%，吸收液中 NH3 含量为 0.01。操作条件下的平衡关系为 ，xy5.0试计算清水流量增加 1 倍时，吸收率、吸收推动力和阻力如何变化
25、，并定性画出吸收操作线的变化。解：吸收率增加，吸收推动力增加 0yy=0.5xx211*2 是清水增加一倍时的操作线，斜率增加，推动力增大。6-18 某吸收塔用 25mm25mm 的瓷环作填料，充填高度 5m，塔径 1m，用清水逆流吸收流量为 2250m3/h 的混合气。混合其中含有丙酮体积分数为 5%，塔顶逸出废气含丙酮体积分数将为 0.26%，塔底液体中每千克水带有 60g 丙酮。操作在 101.3kPa、25下进行，物系的平衡关系为 y=2x。试求（1）该塔的传质单元高数 HOG 及体积吸收系数 Kya；（2）每小时回收的丙酮量，kg/h。解：（1）M 丙酮 =58 0182./158/
26、60x1由全塔物料衡算：59.2.y21xGL72.059./mGLAI 19.72.06.5)72.01ln(./-21AxyNOG 695.01.7OGNH aKHOGyhTVG/mol0.928734.25.0 skolHaKOGY 32 /0469.5./36014.9（2）每小时回收的丙酮量为： hkgMy /9.25806.5.9221 6-19 在一填料层高度为 5m 的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分。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
27、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，NOG 宜用脱吸因数法求算。原工况下： SmX-YlnS-1NOG215.0LV因 X2=0，则： 109.-1YX-221 m73.4505.ln01NOG6.143NZKVHOGYOGa新工况（即新型填料）下：703.45.9.015.ln0NOG6.173.4ZKVHOGYaOG则 8.06.1OGYa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。在其他条件不变下，采用新型填料，即可提高KYa，减小传质阻力，从而提高分离效果6-20 某填料吸收塔高 2.7m，在常压下用清水逆流吸收混合气中的氮。混合
28、气入塔的摩尔流率为 0.03kmol/(m2s),清水的喷淋密度 0.018 kmol/(m2s)。进口气体中含氮体积分数为 2%，已知气相总体积吸收系数 Kya=0.1 kmol/(m3s),操作条件下亨利系数为 60kPa。试求排出气体中氮的浓度。解： 6.031pEm mGL6.03./18.0即操作线与平衡线平行，此时221mxyymaKHyOG3.01.OGNH故 所以0.937OGN211NmOG2.9y解得 2.2y6-21 某填料吸收塔用含溶质 x2=0.0002 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是 3，气体入口摩尔分数 y1=0.001，回收率可达 90%.已知物
29、系的平衡关系为 y=2x。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数 x2 升至 0.00035，试求：（1）可溶组分的回收率下降至多少？（2）液相出塔摩尔分数升高至多少？解：（1） 0.19-0.1x()(12 ）y 38.567.0.2-0.1)67.1ln(.0)l(67.3/m21AmxyANVLIOG当 上升时，由于 H 不变， 不变2xOG 也不变，即OGN87.01.30y 3. 67.025.31)6.(ln7-185122 2 Xy（3）物料衡算 0325)013.(31)()(2121 XxyLVx6-22 用一填料塔逆流吸收空气中的氨。单位塔截面上的混合气体流率为 0.036 km
30、ol/m2s，含氨 2（摩尔分率，下同），新鲜吸收剂为含氨 0.0003 的水溶液，从塔顶加入。要求氨的回收率不低于 91，设计采用液气比为最小液气比的1.3 倍。氨-水- 空气物系的相平衡关系为 y=1.2x。已知气相总传系数 Kya 为0.0483 kmol/ m3s ，过程为气膜控制。 试求：(1)所需塔高.(2)若采用部分吸收剂再循环从塔顶加入，新鲜吸收剂用量不变，循环量与新鲜吸收剂量之比为 1:10，为达到同样的回收率，所需塔高为多少 ?解：（1）对吸收塔作物料衡算 12.03.21/.92121min xyxGLe吸收塔内液气比为 46.12.31.minL全塔物料衡算 2121y
31、GxL其中 018.2.91.0-12 y 29.3.46.21 xGLx全塔的传质单元数 74.603.2108.9.ln46.12 ln1ln212121 mxyLGmxyxymxyNOG所需塔高为 mNaKGHOyO 02.574.6083.（2）当有部分吸收剂再循环后，吸收剂的入塔含量为1.031.02212 xLxLx吸收塔内液气比 59.146.1. GLL总全塔物料衡算 2121yxL221 59.0xGyx总联立 、 两式可解得0129.x0145.2x全塔的传质单元数 23.17.08.921ln59.12ln121 mxyLGNO总所需塔高 mNaKHOGyOG 84.12
32、5.70483.6 6-23 为测定填料层的体积吸收系数 Kya，在填料塔内以清水为溶剂，吸收空气中低浓度的溶质组分 A。试画出流程示意图，指出需要知道哪些条件和测取哪些参数；写出计算 Kya 的步骤；在液体流量和入塔气体中组分 A 浓度不变的情况下，加大气体流量，试问尾气中组分 A 的浓度是增大还是减小？题 6-23 图解 流程如图（a ）所示，由于 mYHVaK21所以，为了测出 ，需要知道物系的平衡关系，因而需要测定温度，以便于aY从手册中查找有关数据，还需测量进、出口的气、液流量及组成、塔径和填料层的高度。求 的步骤如下：（1） 在稳定操作条件下测出 L，V， 以及温度；1， 2（ =
33、0） ， 1,2（2） 依据平衡关系求出平均推动力 ；（3） 量出塔径 及填料层高度 H；=42（4） 将以上各量代入式，及求得 。若加入大气体流量，尾气中组分 A 的浓度将增高。其分析如图 b 所示。分析（1）实验时要多测一些 L 和 V 条件下的数据以便总结出规律。（2）试分析增大气体流量后 X1 会如何改变 ?（3）测水流量 L 有何用途 ?6-24 某逆流操作的填料吸收塔，塔截面积 1m2，用清水吸收混合气中的氨气，混合气量为 0.06kmol/s，其中氨的浓度为 0.01（摩尔分率），要求氨的回收率至少为 95%。已知吸收剂用量为最小用量的 1.5 倍，气相总体积吸收系数为0.06k
34、mol/(m3s)，且 G0.8。操作压力 101.33kPa，操作温度 30，在此条件ayK下，气液平衡关系为 ，试求：x2.1（1）填料层高度（m）；（2）若混合气体量增大，则按比例增大吸收剂的流量，能否保证溶质吸收率不下降？简述其原因；（3）若混合气体量增大，且保证溶质吸收率不下降，可采取哪些措施？解：（1）根据题意得01.1yY412 105.9.01. YskmolyGV/54.0.6.171.92.15min L全塔的传质单元数36.71.2015.-721ln.l421LmVXYLVmNOG全塔的传质单元高度 maKVHYOG9.06.54N3（2）假设能保证吸收率不下降，则有 95.0又因为 L 与 V 按比例增大，所以 ，则VL 702.1LmA ，则 不变2YOGN又因为 2.0 8.0VaKHYOG 则假设不成立，不能满足要求1/2.0 VHOG（3）在 H 不变时， ，则 ，又因为 与 m 均不变，需要 L或者换OGN用更加高效的填料
