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
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
()()345
25/10347.318
1066.11000
22
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 9.2910
347.301
.04
*
2
22
=?=
=- 推动力 kPa p 1.20=?（吸收）
② kPa H c p CO CO CO 4.14910
347.305
.04
*
2
22
=?=
=- 推动力 kPa p 4.99=?（解吸） 或者 , 用摩尔分数差表示时 ① 由4108.118
100001
.02-?==
CO x ，判断出将发生吸收过程，推动力410201.1-?=?x ；
②由 41092-?=CO x ，判断出将发生解吸过程，推动力41099.5-?=?x （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SO 2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO 2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
kPa E 410567.0?=, 故
563
.10110567.04
=?==P E m
根据相平衡关系 , 得
056.0001.056*=?==A A mx y
由于A A y y >*，所以将发生解吸过程。传质推动力为
026.003.0056.0=-=?y
(2 ) T = 15℃时 , SO 2的 kPa E 410294.0?=，故
293
.10110294.04
=?==P E m
根据相平衡关系 , 得
029.0001.029*=?==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。 传质推动力为
001.0029.003.0=-=?y
(3)同理可知 , 当 T = 35℃，p = 300 kPa 时 ,kPa E 410567.0?=，故
9.18==
P
E
m 0189.0001.09.18*=?==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。推动力为
0111.00189.003.0=-=?y
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 m 3 ，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 388088.01000m V =?=，进口中 NH 3 之量为3120m ,出口中NH 3 之量为3988
.12.099
.001.0120m =?
,于是总出气量= 880 + 9 =3889m ,被吸收的NH 3量为
mol 4544298
8.314101325
8890.01-298314.8101325100012.0=??????
,为 77.3kg 。
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 2.6×10-5m 2/s ，大气压强为1.013×105Pa 。求蒸干水层所需时间。
解：本题中水层Z 的变化是时间θ的函数，且与扩散速率有关。
1
2
2121ln B B B B A A A p p p p p p RTZ DP N --=
查教材附录水的物理性质得，20℃时水的蒸汽压为2.3346kPa 。已知条件为：
,3.101,97.983346.23.101,3.101,0,3.101221221kPa p p P kPa p kPa p kPa p kPa p B A B B A A =+==-====
代入上式得：
()
s
m kmol p p p p p p RTZ DP N B B B B A A A ??=--?????=--=26-5-122121/1003.597.983.101ln
97.983.10103.101005.0293314.83.1011060.2ln 水的摩尔质量kmol kg M /18=，设垂直管截面积为A ，在θd 时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即
AdZ M
Ad N A ρ
θ= 则s m M N d dZ A /10054.9100018
1003.586--?=??==ρθ 在0=θ，0=Z 到0=θ，m Z 3102-?=之间积分，得
s 48
-3-1021.210
054.9102?=??=θ 6-6 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、液两相中的平衡关系为y x =，液气比为0.8，求： (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
5.1=G L
，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
01.001.0101.02≈-=
X ，11.01
.011
.01=-=Y
① 当18.0=<=m V L ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),
11.01*1max 1===m Y X X 。根据物料衡算可知
()
()03.001.011.08.011.02*
112=-?-=--
=X X V
L Y Y 此时 , 吸收率为
%7.7211
.003
.011.0=-=
E
② 当15.1=>=m V L ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9图(b))，
01.02*2min 2===mX Y Y 。仍可以根据物料衡算 ()()min 2121Y Y V X X L -=-，求出
077.01=X
%9.9011
.001
.011.0=-=
E
(2) 并流操作且8.0=V L 时(题8-9 图(c))，因为∞=H ，所以有
11mX Y =
根据操作线关系,有
V
L
X X Y Y -=--1212
式①，②联立，求得:
0655.011==Y X
于是
%5.4011
.00655
.011.0=-=
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SO 2 ，气体中SO 2 的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO 2 的平均浓度为1g/1000g 。塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数G k =0.3×10-2kmol/（m 2·h·kPa ），液相传质分系数L k = 0.4 m/h 。操作条件下平衡关系50y x =。求总传质系数K Y （kmol/（m 2·h ））。 解 根据
()()()()()()()()*********
11111111y y p p p K y y y y p p K y y y y K y y y y K Y Y K N A
A Y Y Y Y Y A ---=---=---=???
? ??---=-=和
()
*A A G A p p K N -=
得
()()
*11y y pK K G Y --=
现已知kPa p 4.111=，02.0=y ，4*1081.218
100064164
150-?=+?==A mx y ，因
此要先根据下式求出G K 才能求出Y K :
L
G G Hk k K 111+= 因此还要求出 H ：
()
kPa m kmol pmx c x p c H A A A A ?=?≈==
3*
/01.050
4.111181000 于是便可求出
()
kPa h m kmol K G ??=2/0017.0
和
()
h m kmol K Y ?=2/187.0
分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。
6-8 在1.013×105Pa 、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 ·m 3/kmol ，气膜吸收分系数k G =1.55×105kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收分系数k L =2.08×105 (m/s)。试求吸收总系数K G 并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。
解 根据定义式()()A A
L A
A G A c c K p p K N -=-=**和H
c p A A
*
*=，可知
G L K H
K 1=
所以只要求出G K 即可。又
24371673417637075
.01098.111067.511113-5-=+=??+?=+=L G G Hk k K 所以
()
Pa h m kmol K G ???=25-/101.4
h m K L /02.0=
因为
G k 1为气相阻力，G
K 1为总阻力，故 %4.722437117637==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1.013×105Pa 。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/m 3。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 ()*p p K N G A -=求出。其中
kPa p 07.5=
kPa H c p 33
*
10023.1955
.1102--?=?==
()
kPa s m kmol Hk k K L
G G ???=??+
?=
+=
---255
5/1012.11008.2955.11
1055.111
111
于是可得
()()
s m kmol N A ??=?-??=---2535/1068.510023.107.51012.1
分析 (1) 此时，根据()()55-1068.5-07.51055.1-?=?=-=i i G A p p p K N , 还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（kPa p i 405.1=）以及液相侧中的甲醇浓度 （3/748.2m kmol Hp c i i ==），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。
(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3/2m mol 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0.0064%)，这些水又有何用呢？
(3) 若将题目中 甲醇浓度改为3/2m kmol ，则质量分数为6.4 %，便可以用精馏法回收其中的甲醇。
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，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。
题6-10附图
(c)
（d ）
6-11 在某逆流吸收塔内，于101.3kPa 、24℃下用清水吸收混合气体中的H 2S ，
11
(a)
(b)
(c)
(d)
1
1
1
1
a
3
x
y 3
y
1
231
y 2x
y 2
y 3
2
13
y 1
将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。系统符合亨利定律，E =545×101.3kPa 。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 y 2=0.001 KPa 1052.5E 4?= P =101.33KPa 则 0204.002.0-102.01Y ==
001.0001
.0-1001
.0Y2==
75.54433
.1011025.5P E m 4=?==
5.51775.5440204.0001.00204.0m Y1Y2-Y1V L min
=-==?
?? ?? 25.7665.1755.1V L 5.1V L min
=?=???
??= 又据全塔物料衡算()()2121Y -Y V X -X L =
=1X ()()5-105.2001.00204.025.77612X Y 2-Y 1L V 1X ?=-??
? ??=+??? ??= 即操作液气比
V
L
为776.25 出口液相组成X 1为5105.2-? 6-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO 2，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y ＝5.0x ，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4=L ，0.5= 01.05 05.01max ,1=== m y x 由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为： ()()01.0001.0405.0211min ,2=-?-=-- =x x G L y y 当6=L ，0.5=>m G L ，操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为： 02min ,2==mx y 由物料衡算关系可求得液体出口浓度为： ()00833.06 05.0min ,2121==-+ =y y L G x x 从以上计算结果可知，当m G L <时，气体的极限残余浓度随G L 增大而减小；当m G L >时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。 6-13 在某填料吸收塔中，用清水处理含SO 2的混合气体。逆流操作，进塔气体中含SO 2为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相对分子质量取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SO 2。已知操作条件下气、液平衡关系为x y 7.26=。计算每小时用水量为多少立方米。 解：根据题意得 087.008 .0108 .01111=-=-= y y Y 根据吸收的SO 2质量求得混合气中惰性气体的流量 h kmol V /375.35992.008 .0642000 =??= 根据物料衡算 ()()221087.0375.35964 2000 Y Y Y V -?== - 解得521035.4-?=Y 又 67.267.26/087.01035.4087.052 121min =?-=--=??? ??-X X Y Y V L e 则 h kmol L L /1058.1375.3597.2665.165.14min ?=??== 则每小时的用水量为 h m LM V /1085.21000181058.1354?=???==ρ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。 解：令进塔气体浓度为y1，则出塔气体浓度为()η-=1y y 12 x 2=0 m 1x 2y -1y G L G L min βηββ==??? ??=）（ ()() 2121G L x x y y --= ()[]β ηβηm y x x y y 111m 1 11= ?--= ∴ 由上题证明的结果： L G m -1y y ln N 2 1OG ??= 又 β 1 1111y y y mx y - =-=? () η-=-=?10122y y y ()()[] ηββ--= ??∴ 1121y y ()()() 111ln NOG -???? ??--=βηηβββη 6-15 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x y 86.0=，假设总体积传质系数与流动方式无关。试求：（1）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：逆流吸收时，已知y 1=0.091，x 2=0.0099 所以 ()()01365.085.01091.0-11y 2y =-==η ()()09584 .09 .001365.0091.00099.0L 212x 1x =-+=-+=y y V 0824.009584.086.0X 86.0Y 1* 1=?=?= 008514.00099.086.02X 86.0Y * 2=?=?= 0086.00824.0091.0Y Y Y * 111=-=-=? 005136.0008514.001365.0Y -Y Y * 222=-==? ()()?? ? ??-=??? ? ???-?= ?005136.00086.0ln 005136.00086.0Y Y ln Y Y Ym 2121 ()()51 .1100672 .001365.0091.0Y Y2Y1N OG =-=?-= m 改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为’ 1Y 、’ 1X ，进塔气。 物料衡算： ()( ) ’ ’121 Y -Y V L X -X 2= 将物料衡算式代入N OG 中整理得： ()()() '1'122ln /)//(1/1mX Y mX Y V L m N OG --+= 逆流改为并流后，因K Ya 不变，即传质单元高度H OG 不变，故N OG 不变 所以 ( ) ()’ ’1 186.00099.086.091.0ln 9.086 .01151.11x y -?-+= 由物料衡算式得： 0999.0X 9.0Y 11=+’ ’ 将此两式联立得： 0568.0X 1=’ 0488.0Y 1=’ ()84.100366 .000672.0N Y -Y Y OG 1 2 m === ?’ 84.100366.000672 .0Y Y m 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1000m 3/h （标准状况），原料气中含甲醇100g/m 3，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 x y 15.1=，甲醇的回收率为98%，K y = 0.5 kmol/（m 2·h ），塔内填料的有效比表面积为190 m 2/m 3，塔内气体的空塔流速为0.5 m/s 。试求： (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 h kmol V /52.41125.364.441032100 10004.2210003 =-=??-= 0753.052 .41125 .31== Y ()00151.0%98112=-=Y Y 02=X 0609.015 .11 115.1111*1 =?+==Y Y y x %671=x 0408.0* 1 =x ，0425.011 1 1=-=x x X （1）根据全塔的甲醇物料衡算式 ()()2121Y Y V X X L -=-可以得出用水量 ()()h kmol X X Y Y V L /04.7200425.000151.00753.052.412121=--?=--= （2）塔径m u V D s T 814.05 .03600 100044=??== ππ，可圆整到0.84m 。 （3）由于是低浓度吸收，故可以将x y 15.1=近似为X Y 15.1=,并存在 Y y K K ≈，则可进行以下计算： 填料层高度 OG OG H N H = 先计算气相总传质单元数： m OG Y Y Y N ?-= 21 2 12 1ln Y Y Y Y Y m ???-?=? 0264.00425.015.10753.0*111=?-=-=?Y Y Y 00151.0*222=-=?Y Y Y 49.8=OG N 再计算气相总传质单元高度 m a K V a K V H y Y OG 79.084.04 1905.052 .412=???=Ω≈Ω= π 最终解得m H 7.6= 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: () *'-y y dH a K dy V y -Ω= 式中：'V -气体总流量。 于是 () * 'y y a K dy V dH y -Ω-= 对上式进行积分得 () ? -Ω=1 2 * 'y y y y y a K dy V H （当然此时y K 也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似） （3）或者做以下近似处理 ()()()()** *** * 1111Y Y Y Y K Y Y Y Y K y y K Y Y K N y y y Y A ++-=??? ? ??+-+=-=-= 得 ()() * 111 Y Y K K y Y ++= 其中，Y 可取1Y 和2Y 的平均值；*Y 可取*1Y 和*2Y 的平均值。 取 0384.02 2 1=+= Y Y Y 0213.02 0425.0221=+=+= X X X 0244.00213.015.1*=?==mX Y 则 ()() () h m kmol K Y ?=++= 2/0471.00213.010384.015 .0 m H OG 835.0841.04 190471.025 .412 =?? ?= π 481.806.7225.4115.100151.00753.006.7225.4115.11ln 06 .7225.4115.111 1ln 11 2221=???????+??? ???-?- =??????+--??? ??-- =L mV mX Y mX Y L mV L mV N OG m H N H OG OG 1.7481.8835.0=?== 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NH 3，入塔混合气中NH 3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NH 3含量为0.01。操作条件下的平衡关系为x y 5.0=，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，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 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25mm×25mm 的瓷环作填料，充填高度5m ，塔径1m ，用清水逆流吸收流量为2250m 3/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H OG 及体积吸收系数K y a ；（2）每小时回收的丙酮量，kg/h 。 解：（1）M 丙酮=58 ∴ 由全塔物料衡算： ∴ y 0.5x 1101828 .018/100058/6058 /60x 1=+= 59.20 01828.00026 .005.0y 2121=--=--=x x y G L 772.059.22 /m ===G L A I 19 .7]772.00026.005 .0)772.01ln[(772.011]1)11ln[(/1-112221=+--= +---=A mx y mx y A A N OG 695.019 .75 === OG OG N H H 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 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？ 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 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 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 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。 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 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） 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 ＝ 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 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 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、 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； 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 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） 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 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）。化工原理下册 吸收 课堂笔记
化工原理第五章吸收题
化工原理下册--第六章吸收习题答案
化工原理答案-第五章--吸收
化工原理 第8章 吸收作业 吸收塔的计算
化工原理吸收习题及答案
化工原理 吸收课后答案
化工原理第六章吸收习题答案解析
化工原理第五章吸收课后习题及答案
化工原理--第八章 气体吸收
化工原理吸收习题
化工原理吸收部分模拟试题
化工原理吸收实验
化工原理第五章吸收课后习题及答案.doc
化工原理吸收含答案
化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析讲课稿
化工原理第五章吸收题
化工原理吸收实验报告
- 化工原理下册第六章吸收习题答案
- 化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析
- 化工原理下册第六章吸收习题答案解析
- 化工原理下册--第六章吸收习题答案
- 第六章 吸收化工原理
- 化工原理下册第六章吸收习题答案
- 化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析
- 化工原理 第六章 吸收
- 化工原理下册--第六章吸收习题标准答案
- 化工原理吸收课后习题及答案
- 化工原理 第六章 吸收-例题
- 化工原理下册第六章吸收习题答案
- 化工原理吸收习题教材
- 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
- 化工原理吸收课后答案
- 化工原理下册--第六章吸收习题答案
- 化工原理第六章吸收习题答案解析
- 《化工原理》吸收
- 化工原理第六章吸收