(2020年7月整理)化工原理吸收习题及答案.doc

13 在填料层高度为5m 的常压填料塔内，用纯水吸收气体混合物中少量的可溶性组分，气液逆流接触，液气比为1.5，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x ，溶质回收率为90%。

今若保持气液两相流量不变，而欲将回收率提高到95%，问填料层高应增加多少m ？ 解：原工况下： 8.05
.12.1==G L m ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=L mG L mG L
mG L mG mx y mx y L mG N L mG OG η111ln 11ln 1ln 112221 ()15.58.09.0118.01ln 8.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+---= m N H H OG OG 97.015
.55=== 新工况下：
L,G 不变,m 不变,∴H OG 不变, mG/L 不变,η’=0.95 ()84.78.095.0118.01ln 8.011=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+---= 又L 、G 不变，m 不变OG H ∴不变
m N H H OG
OG 6.784.797.0=⨯='⋅=' 填料层应增加的高度 m H 6.256.7=-=∆
14 拟在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收废气中的氨气。

废气流量为2500m 3/h （标准状
态），废气中氨的浓度为15g/m 3（以标准状态计），要求回收率不低于98%。

若吸收剂用量为
3.6 m 3/h ，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x ，气相总传质单元高度为0.7m 。

试求：
(1)全塔气相平均吸收推动力；(2)所需填料层高度。

解：(1) h kmol V G /61.1114
.2225004.22===
h kmol L /2001810006.3=⨯= 摩尔分率 0198.04
.22100017151==y ()()000396.0%9810198.0112=-⨯=-=ηy y 0108.061
.111200000396.00198.02211=-=+-=x G L y y x 00684.00108.02.10198.0111=⨯-=-=∆mx y y
()
⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎪⎭⎫ ⎝⎛--='L mG L mG L mG 'OG 111ln 11N η
000396.002.1000396.0222=⨯-=-=∆mx y y 00226.0000396.000684.0ln 000396.000684.0ln 2
121=-=∆∆∆-∆=∆y y y y y m (2) 59.800226.0000396.00198.021=-=∆-=
m OG y y y N m N H H OG OG 0.659.87.0=⨯=⋅=
15 流率为0.04kmol/(m 2⋅s)的空气混合气中含氨2%（体积%），拟用一逆流操作的填料吸收塔回收其中95%的氨。

塔顶喷入浓度为0.0004（摩尔分率）的稀氨水溶液，液气比为最小液气比的 1.5倍，操作范围内的平衡关系为y = 1.2x ，所用填料的气相总体积传质系数
K y a=0.052kmol/(m 3⋅s)，试求：
(1)液体离开塔底时的浓度（摩尔分率）；(2)全塔平均推动力△y m ；(3)填料层高度。

解：属于低浓气体吸收。

(1)()()001.0%951%2112=-⨯=-=ηy y 168.10004.02.102.0001.002.02121
min =--=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛x m
y y y G L
752.1168.15.15.1min =⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=G L G L 0112.00004.0752
.1001.002.02211=+-=+-=x G L y y x (2) 00656.0012.02.102.0111=⨯-=-=∆mx y y
00052.00004.02.1001.0222=⨯-=-=∆mx y y 00238.000052.000656.0ln 00052.000656.0ln 2
121=-=∆∆∆-∆=∆y y y y y m (3)98.700238.0001.002.021=-=∆-=
m OG y y y N m a K G H y OG 77.0052
.004.0=== m N H H OG OG 1.698.777.0=⨯=⋅=
16 某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。

已知该塔填料层高度为9m ，平衡关系为y = 1.4x ，现场测得气体进、出口浓度分别为y 1=0.03，y 2=0.002，液体出口浓度
x 1=0.015（均为摩尔分率）。

试求：
(1) 操作液气比L / G ；（2）气相总传质单元高度H OG ；（3）如果限定气体出口浓度
0015.02
='y ，为此拟增加填料层高度，则在保持液气流率均不变的条件下应增加多少高度？
解：属低浓气体吸收 (1) 87.1015
.0002.003.00121=-=--=x y y G L (2) 749.087
.14.1==G L m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=L mG mx y mx y L mG L
mG N OG 22211ln 11 ()0.6749.0002.003.0749.01ln 749.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=
m N H H OG OG 5.10
.69===
(3) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+'⎪⎭⎫ ⎝⎛--='L mG y y L mG L
mG N L mG N m G L OG OG 211ln 11,
,,,不变则不变不变不变增加填料层高度， ()98.6749.00015.003.0749.01ln 749.011=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+--= m N H H OG
OG 5.1098.65.1=⨯='⋅=' 塔应加高m H H H 5.195.10=-=-'=∆
17 在逆流操作的吸收塔内,用清水吸收氨-空气混合气中的氨,混合气进塔时氨的浓度y 1=0.01(摩尔分率),吸收率90%,操作压力为100kpa,溶液为稀溶液,系统平衡关系服从拉乌尔定律,操作温度下,氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为90kpa 。

试求：(1)溶液最大出口浓度;(2)最小液气比;
(3)当吸收剂用量为最小用量的2倍时,传质单元数为多少? (4)传质单元高度为0.5m 时,填料层高为多少米?
解：系统服从拉乌尔定律
(1)y=(p°/p)x=90/100x=0.9x
x 1e =y 1/m=0.01/0.9=0.011
(2)(L /G )min =(y 1-y 2)/(y 1/m)=m η=0.9×0.9=0.81
(3)(L/G )=2(L /G )min =2×0.81 =1.62
1/A=mG/L =0.9/1.62=0.556
y 1/y 2=1/(1-η)=10
N OG =1/(1-1/A)×ln[(1-1/A)y 1/y 2+1/A]
=1/(1-0.556)×ln[(1-0.556)×10+0.556]=3.62
(4)H ＝ＨOG ×ＮOG ＝0.5 ×3.62=1.81 m
18 某填料吸收塔，用清水除去气体混合物中有害物质，若进塔气中含有害物质5%（体积%），
要求吸收率为90%，气体流率为32 kmol/(m 2⋅h)，液体流率为24 kmol/(m 2⋅h)，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H L 为0.44m ，气
相体积分传质系数k y a=0.06kmol/(m 3⋅s)，该塔在常温下逆流等温操作。

试求：(1)塔底排出
液的组成；(2)所需填料层高度。

解：属于低浓气体吸收。

(1)()()005.0%90105.0112=-⨯=-=ηy y 06.0032
24005.005.02211=+-=+-=x G L y y x (2)2121min 5.15.1x m
y y y G L G L --=⎪⎭⎫ ⎝⎛= 即
005.0005.005.05.13224--⨯=m 556.0=∴m
故 74.024
32556.01=⨯==L mG A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
A y y A A N OG 111ln 11121 ()64.474.0005.005.074.01ln 74.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=
m a k G H y G 148.006
.0360032=== m H A
H H L G OG 47.044.074.0148.01=⨯+=+= m N H H OG OG 2.264.447.0=⨯=⋅=。