第八章习题 气液相平衡 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2857×102moL溶液。 鼓泡器中的总压为101.3kPa,水温30℃,溶液的密度pm=996kgm3求亨利系数,并将此实验值与文献值E=88MPa 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的平衡关系服从亨利定律,操作温度为25℃。求lkg水在膨胀槽中最多能放出多 少kgCO2气 槽 习题1附图 习题2附图 3.20℃的水与N2气逆流接触以脱除水中溶解的O2气。塔底入口的N2气中含氧0.1%(体积),设气液两相在 塔底达到平衡,平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧量。以mgm3水表示。 (1)操作压强为101.3kPa(绝对)。 (2)操作压强为40kPa(绝对) 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), 底出口的水中含氯浓度为x=0.8×103(摩尔分率)。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力,分别以(xX)及(y-y (1)塔底温度为20℃。 (2)塔底温度为40℃ 5.某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10-4(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10kPa增至202kPa,问塔底推动力y-y)及xcx)各增加至原有的多少倍 扩做与相际传质速率 6.柏油马路上积水2mm,水温20℃。水面上方有一层02mm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。 7.某水杯中初始水面离杯上缘lcm,水温30℃,水汽藉扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零 总压1013KPa。求水面下降4cm需要多少天?
第八章 习题 气液相平衡 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 2.857×10-2mol/L 溶液。 鼓泡器中的总压为 101.3kPa，水温 30℃，溶液的密度ρm=996kg/m3 。求亨利系数，并将此实验值与文献值 E=188.5MPa 作比较。 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。 习题 1 附图 习题 2 附图 3．20℃的水与 N2气逆流接触以脱除水中溶解的 O2气。塔底入口的 N2气中含氧 0.1% (体积)，设气液两相在 塔底达到平衡，平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最低含氧量。以 mg/m3水表示。 （1） 操作压强为 101.3kPa（绝对）。 （2） 操作压强为 40kPa（绝对）。 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）， 塔底出口的水中含氯浓度为 x=0.8×10-5（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） 塔底温度为 20℃。 （2） 塔底温度为 40℃。 5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质 x=2×10-4（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。 扩散与相际传质速率 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。 *7. 某水杯中初始水面离杯上缘 1cm, 水温 30℃，水汽藉扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零， 总压 101.3KPa。求水面下降 4cm 需要多少天？ 57
习题7附图 8.某填料塔用水吸收混合气中的丙酮蒸汽。混合气流量为16kmo(h·m2),操作压强101.3kPa。已知容积 传质分系数ka=646kmo(h·m3),ka=16 mol/h m3 (kmol/m3),相平衡关系为pA=462CA。式中气相分压pA的 单位是kPa,平衡溶解度单位是(kmo/m) 求(1)容积总传质系数及传质单元高度H (2)液相阻力占总传质阻力的百分数 9.在设计某降膜吸收器时,规定塔底气相中含溶质y=0.05,液相中含溶质的浓度ⅹ=0.01(均为mol分率)。 两相的传质分系数分别为k=8×10kmo/(s·m2),ky=5×10kmo(s·m2)。操作压强为1013kPa时相平衡关系 为 试求: (1)该处的传质速率NA(kmo/(s·m2) (2)如果总压改为162kPa,塔径及气、液两相的摩尔流率均不变,不计压强变化对流体粘度的影响,此时的传 质速率有何变化?讨论总压对kK及(y-y)的影响。 吸收过程数学描述 10.对低浓度气体吸收或解吸,由 1 1 K 出发,试证No=No dr-y 题13附图 11.低浓度气体逆流吸收,试证 N In
习题 7 附图 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·m2 ）， 操作压强 101.3kPa。已知容积 传质分系数 kya=64.6kmol/（h·m3 ），kLa=16.6kmol/h.m3 .(kmol/m3 )，相平衡关系为 pA=4.62CA。式中气相分压 pA的 单位是 kPa，平衡溶解度单位是(kmol/m3 )。 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。 9．在设计某降膜吸收器时，规定塔底气相中含溶质 y=0.05，液相中含溶质的浓度 x=0.01（均为 mol 分率）。 两相的传质分系数分别为 kx=8×10-4kmol/（s·m2 ），ky=5×10-4kmol/（s·m2 ）。操作压强为 101.3kPa 时相平衡关系 为 y=2x。试求： （1）该处的传质速率 NA（kmol/（s·m2 ）） （2）如果总压改为 162kPa，塔径及气、液两相的摩尔流率均不变，不计压强变化对流体粘度的影响，此时的传 质速率有何变化？讨论总压对 ky、Ky及(y-ye)的影响。 吸收过程数学描述 10．对低浓度气体吸收或解吸，由 y y x k m K k = + 1 1 出发，试证 OL NOG A N 1 = 。 习题 13 附图 *11. 低浓度气体逆流吸收，试证： 2 1 ln 1 1 y y L mG NOG ∆ ∆ − = 58
式中,△y1=y1-y1为塔底的吸收推动力, △y2=y2y2。为塔顶的吸收推动力 12.用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收,可溶组分的回收率为n,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的表达式 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 4.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 吸收过程的设计型计算 15.流率0.4kmol/(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=12x所用填料的总传质系数Ka=0.052kmo/(s·m3) 试求:(1)液体在塔底的浓度x1 (2)全塔的平均推动力△ym (3)所需塔高。 16.用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分,物系的相平衡关系服从亨利定律,吸收剂 用量是最小用量的1.3倍,试求下列两种情况下所需的塔高,已知传质单元高度Ho=0.8m (1)回收率n=90% (2)回收率n=99 (3)两种情况下的吸收剂用量有何差别? 1/2L 1/2L 习题14附图 习题18附图 17.含HS2.5×103(摩尔分率,下同)的水与空气逆流接触以使水中的H2S脱除,操作在101.3kPa、25℃下进 ,物系的平衡关系为y=545x,水的流率为5000kg/(m·h)。 试求:(1)为使水中的H2S降至x=0.1×103所需的最少空气用量。 (2)当空气用量为G=0.40kmol/(h·m),设计时塔高不受限制,可以规定离解吸塔的水中含H2S最 低浓度是多少?示意画出该种情况下的解吸操作线 *18.采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO2,气体经两塔后总的SO2回收率为0.91,两塔的用水量相
式中, Δy1= y1- y1e为塔底的吸收推动力， Δy2= y2- y2e为塔顶的吸收推动力。 *12. 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 NOG的表达式。 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。 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。 吸收过程的设计型计算 15．流率 0.4 kmol/（s·m2 ）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 所用填料的总传质系数 Kya=0.052kmol/（s·m3 ）。 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。 16. 用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分，物系的相平衡关系服从亨利定律，吸收剂 用量是最小用量的 1.3 倍，试求下列两种情况下所需的塔高，已知传质单元高度 HOG=0.8m。 （1） 回收率η=90%。 （2） 回收率η=99%。 （3） 两种情况下的吸收剂用量有何差别？ 习题 14 附图 习题 18 附图 17．含 H2S 2.5×10-5 (摩尔分率，下同)的水与空气逆流接触以使水中的 H2S 脱除，操作在 101.3kPa、25℃下进 行，物系的平衡关系为 y=545x，水的流率为 5000kg/（m 2 ·h）。 试求：（1）为使水中的 H2S 降至 x=0.1×10-5 所需的最少空气用量。 （2）当空气用量为 G=0.40kmol/（h·m 2 ）， 设计时塔高不受限制，可以规定离解吸塔的水中含 H2S 最 低浓度是多少？示意画出该种情况下的解吸操作线。 *18. 采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的 SO2，气体经两塔后总的 SO2回收率为 0.91，两塔的用水量相 59
等,且均为最小用水量的143倍,两塔的传质单元高度Ho均为12m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定 律。 试求两塔的塔高 吸收过程的操作型计算 19.某吸收塔用25×25mm的瓷环作填料,充填高度5m,塔径1m,用清水逆流吸收每小时2250m3的混合气 混合气中含有丙酮5%(体积),塔顶逸出废气含丙酮降为0.26%(体积),塔底液体中每kg水带有6g丙酮。操作 在101.3kPa、25℃下进行,物系的平衡关系为y=x。试求 (1)该塔的传质单元高度HoG及容积传质系数Ka (2)每小时回收的丙酮量 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氨。混合气入塔的摩尔流率为003kmol/m.s 清水的喷淋密度0.018kmol/(m.s)。进口气体中含氨2%(体积),已知气相总传质系数Ka=0.1kmol/(m2.s) 操作条件下亨利系数为60kPa 试求排出气体中氨的浓度 *21.某填料吸收塔用含溶质x=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,气体入口浓度 y1=0.01回收率可达n=0. 今因解吸不良使吸收剂入口浓度x2升至0.0035,试求 (1)可溶组分的回收率下降至多少? (2)液相出塔浓度升高至多少? 已知物系的平衡关系为y=2 *2.在15℃、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽0.0145(摩尔分率,下同) 硫酸进出塔的浓度均为80%,硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为y=1.05×10,且已知该塔的容积传质系数Ka∝" 空气经塔后被干燥至含水汽0.000322 现将空气流率增加一倍,则出塔空气中的含水量为多少? 1.吸收的目的和基本依据是什么?吸收的主要操作费用花费在哪 2.选择吸收溶剂的主要依据是什么?什么是溶剂的选择性? 3.E,m,H三者各自与温度、总压有何关系? 4.工业吸收过程气液接触的方式有哪两种? 5.扩散流JA,净物流N,主体流动NM,传递速率NA相互之间有什么联系和区别? 6.漂流因子有什么含义?等分子反向扩散时有无漂流因子?为什么? 7.气体分子扩散系数与温度、压力有何关系?液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系? 8.修伍德数、施密特数的物理含义是什么? 9.传质理论中,有效膜理论与表面更新理论有何主要区别? 10.传质过程中,什么时侯气相阻力控制?什么时侯液相阻力控制?
等，且均为最小用水量的 1.43 倍，两塔的传质单元高度 HOG均为 1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定 律。 试求两塔的塔高。 吸收过程的操作型计算 19．某吸收塔用 25×25mm 的瓷环作填料，充填高度 5m，塔径 1m，用清水逆流吸收每小时 2250m3 的混合气。 混合气中含有丙酮 5%（体积），塔顶逸出废气含丙酮降为 0.26%（体积），塔底液体中每 kg 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） 该塔的传质单元高度 HOG及容积传质系数 Kya； （2） 每小时回收的丙酮量。 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氨。混合气入 塔的摩尔流率为 0.03 kmol/m2 .s。 清水的喷淋密度 0.018 kmol/（m 2 .s）。进口气体中含氨 2%（体积），已知气相总传质系数 Kya=0.1 kmol/（m 2 .s）, 操作条件下亨利系数为 60kPa。 试求排出气体中氨的浓度。 *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，气体入口浓度 y1=0.01 回收率可达η=0.90。 今因解吸不良使吸收剂入口浓度 x2升至 0.00035，试求： （1） 可溶组分的回收率下降至多少？ （2） 液相出塔浓度升高至多少？ 已知物系的平衡关系为 y=2x。 *22. 在 15℃、101.3kPa 下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽 0.0145(摩尔分率，下同) 硫酸进出塔的浓度均为 80%，硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为 ye=1.05×10-4 , 且已知该塔的容积传质系数 Kya∝G0.8 。 空气经塔后被干燥至含水汽 0.000322。 现将空气流率增加一倍，则出塔空气中的含水量为多少？ 思 考 题 1. 吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪? 2. 选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性? 3. E, m, H 三者各自与温度、总压有何关系? 4. 工业吸收过程气液接触的方式有哪两种? 5. 扩散流 JA , 净物流 N, 主体流动 NM , 传递速率 NA 相互之间有什么联系和区别? 6. 漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么？ 7. 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系? 8. 修伍德数、施密特数的物理含义是什么? 9. 传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别? 10. 传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制? 60
11.低浓度气体吸收有哪些特点?数学描述中为什么没有总物料的衡算式? 12.吸收塔高度计算中,将NoG与Ho分开,有什么优点? 13.建立操作线方程的依据是什么? 14.什么是返混 15.何谓最小液气比?操作型计算中有无此类问题? 16.x2ma与( DG)是如何受到技术上的限制的?技术上的限制主要是指哪两个制约条件? 17.有哪几种Noc的计算方法?用对数平均推动力法和吸收因数法求Noo的条件各是什么? 18HoG的物理含义是什么?常用吸收设备的Ho约为多少? 19.吸收剂的进塔条件有哪三个要素?操作中调节这三要素,分别对吸收结果有何影响 20.吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别? 21.高浓度气体吸收的主要特点有哪些? 2.化学吸收与物理吸收的本质区别是什么?化学吸收有何特点? 23.化学吸收过程中,何时成为容积过程?何时成为表面过程 61
11. 低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式? 12. 吸收塔高度计算中，将 NOG与 HOG分开, 有什么优点? 13. 建立操作线方程的依据是什么? 14. 什么是返混? 15. 何谓最小液气比? 操作型计算中有无此类问题? 16. x2max 与(L/G)min是如何受到技术上的限制的? 技术上的限制主要是指哪两个制约条件? 17. 有哪几种 NOG的计算方法? 用对数平均推动力法和吸收因数法求 NOG的条件各是什么? 18. HOG的物理含义是什么? 常用吸收设备的 HOG约为多少? 19. 吸收剂的进塔条件有哪三个要素? 操作中调节这三要素, 分别对吸收结果有何影响? 20. 吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别? 21. 高浓度气体吸收的主要特点有哪些? 22. 化学吸收与物理吸收的本质区别是什么? 化学吸收有何特点? 23. 化学吸收过程中，何时成为容积过程? 何时成为表面过程? 61