昆明理工化工原理下作业题

昆工化工原理作业（下册）

第八章 气体吸收 习题

气液相平衡

8-1．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2.857×10mol/L溶液。鼓泡器中的

3

总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρm=996kg/m。求亨利系数，并将此实验值与文献值E=188.5MPa作比较。

【答案： E=188.1Mpa;偏差0.21%】

o解：查得30C时水的饱和蒸汽压

-2

ps?4242.2P4a

pe?Ex?Ec?m/Mm长期通入

co2后， pe?p?ps?101.3?4.24?97.1kPa

Mm?Ms?18 ；

对于稀溶液：

pe?m97.1?103?996E???188.1MPa?2cM2.857?10?18m所以：

对文献值相对误差：

8-2．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

-3

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。【答案： G=3.1×10kgCO2/kgH2O】

oCO2 解：查得25C时

188.1?188.5??0.218.5 习题8-1 附图

?H2O系统的E?1.66?102MPa

p1?1?0.1013?1.1013MPa

设当地大气压为0.1013MPa，则

对稀溶液，其比质量分数

p2?20?103?10?6?0.1013?0.1213MPa

pyx?pe?Ex 则E

py1.1013?0.3x1?11??1.99?10?32E1.66?10 py0.1213?1?4x2?22??7.31?10E1.66?102

xX?Mco2MH2O 习题8-2附图

1.99?10?37.31?10?4?3X1?44??4.86?10kgCO2/kgH2OX2?44??1.79?10?3kgCO2/kgH2O1818故

?3G?X?X?3.07?10kgCO2/kgH2O 12则

8-4．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

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的水中含氯浓度为x=0.8×10（摩尔分率）。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(xe-x)及(y-ye)表示。（1）

-5-3-6

塔底温度为20℃。 （2）塔底温度为4 0℃【答案：（xe-x）=1.09×10；（y-ye）=5.76×10 ;(xe-x)=4.7×10 ;(y-ye)=3.68

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×10】

oCl?H2O系统的E解:（1）查得t=20C时，2?0.537?102MPa

E0.537?102m???0.53?103p0.1013y0.01xe???1.89?10?53?5?33y?mx?0.53?10?0.8?10?4.24?10em0.53?10

?5?5?3?3x?x?(1.89?0.8)?10?1.09?10y?y?0.01?4.24?10?5.76?10ee液相推动力:;气相推动力:

oCl?H2O系统的E?0.8?10(2) 查得t=40C时，22MPa

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?5?6?3?3x?x?(1.27?0.8)?10?4.7?10y?y?0.01?6.32?10?3.68?10ee液相推动力;气相推动力

ye?mx?0.79?103?0.8?10?5?6.32?10?3

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y0.01E0.8?102?5m???0.79?103xe???1.27?10P0.1013m0.79?103

8-5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10（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-ye)及(xe-x)各增加至原有的多少倍。【答案：(y-ye)2/(y-ye)1=1.33 ; (xe-x)2/(xe-x)1=2.67】

?4y?mx?50?2?10?0.01 e11解：

xe1?y0.025??5?10?4m150

(y?ye)1?0.025?0.01?0.015 (xe?x)1?5?10?4?2?10?4?3?10?4

p2?202kPa,m2?50?25,则?4y?mx?25?2?10?0.005 2e22

又

xe2?y0.025??0.001(y?ye)2?0.025?0.005?0.02 m225

(y?ye)20.02??1.33(y?ye)10.015

(xe?x)2?0.001?2?10?4?8?10?4 (xe?x)28?10?4??2.67(xe?x)13?10?4

扩散与相际传质速率

8-6．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。【答案：τ=0.58hr】 解：查得20C时则

oD?0.252?10?4m2/s,?水?998kg/m3;饱和蒸汽压

PA1?2.338kPa，

pB1?p?pA1?101.3?2.338?98.96kPa;pB2?p?pA2?101.3?1.33?99.97kPa;

pB2?pB199.97?98.96??99.46kPap101.3pB299.97lnln??1.0298.96pB1p99.46 Bm

NA??pBm??hM

NA?对恒定的静止空气层厚度有

得

Dp(pA1?pA2)RT?pBm

???RT?hMDpBm1pA1?pA2p998?8.314?293?0.2?10?3?2?10?311????2.09?103s?0.58h?418?0.252?102.338?1.331.02

8-8．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）， 操作压强101.3kPa。已知容积传质分系

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数kya=64.6kmol/（h·m），kLa=16.6kmol/h.m.(kmol/m)，相平衡关系为pA=4.62CA。式中气相分压pA的单位是kPa，平衡

3

溶解度单位是(kmol/m)。求（1）容积总传质系数及传质单元高度HOG。 （2）液相阻力占总传质阻力的百分数。【答

3

案： Kya=54.9kmol/m·h ; HOG=0.291m ;液相阻力分率15.1%】

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解：（1）由亨利定律

p?Ex?Hc?HcMx y?mx

m?得：故

HCM4.62?CM?0.0456CMp101.3kxa?kLacM?16.6CMkmol/(h?m3)

故：

(2)液相阻力总阻力的百分数为：

m0.0456CM??2.75?10?3h?m3/kmolkxa16.6CM11m1????2.75?10?3?0.0182h?m3/kmolKyakyakxa64.6

G16H???0.291mOG3Kya?54.9kmol/(?hm)Kya54.9m/kxa2.75?10?3??0.151?15.1%1/kya0.0182

吸收过程数学描述

8-13．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。

习题8-13 附图

解：对于流程（a）和流程（b），均有

GG()A?0.5()BLL

(a) （b）两塔的液体量相等

8-14．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。

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GG()上?0.5()下L 解：对于该流程，有L

习题8-14附图

吸收过程的设计型计算

8-15.流率0.4 kmol/（s·m）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

3

的总传质系数Kya=0.052kmol/（s·m）。试求：（1）液体在塔底的浓度x1。（2）全塔的平均推动力Δym。（3）所需塔高。

-3

【答案：x1=0.0113;Δym=2.35×10 ;H=2.18m】

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