第七章 - 大连理工大学化工原理及实验精品

第七章

1．已知101.3kPa ，25℃时，100g 水中溶有1g 氨，其平衡分压为0.987kPa ，在此浓度范围内气液平衡关系服从亨利定律。试求：亨利系数E ，以kPa 表示；H 以kPa . m 3/kmol表示；以及相平衡常数m 值。

2．在20℃时，氧溶解于水中的平衡关系为p e =4.06×106x 。式中p e 为氧的平衡分压，kPa ；x 为氧在水中的摩尔分数。试求：

（1）与101.325kPa 之大气充分接触的20℃水中最大溶氧浓度为多少？分别以摩尔分数和质量比

表示。

（2）若将20℃的饱和含氧水加热至95℃，则最大溶氧浓度又为多少？分别以摩尔分数和质量比表

示。

3．常压、30℃条件下，于填料塔中用清水逆流吸收空气-SO 2混合气中的SO 2。已知入塔混合气中含SO 2

为5%（体积分数），出塔气中SO 2为0.2%（体积分数）；出塔吸收液中每100g 含SO 2为0.356g 。若操作条件下气液平衡关系为y e =47.87x，试求塔底和塔顶处的吸收推动力，分别以Δy 、Δx 、Δp 、Δc 表示。

4．在1. 1768Mpa 、20℃条件下，用清水于填料塔内逆流吸收H 2-CO 2混合气中的CO 2。已知入塔混合气中含CO 2为30%（体积分数），假若出塔吸收液中CO 2达到饱和，那么1kg 水可吸收多少千克CO 2。假定此吸收和解吸的平衡关系服从亨利定律。

5．在0℃、101.3kPa 下，Cl 2在空气中进行稳态分子扩散。若已知相距50mm 两截面上Cl 2的分压分别为26.66kPa 和6.666kPa ，试计算以下两种情况Cl 2通过单位横截面积传递的摩尔流量。 （1）Cl 2与空气作等分子反向扩散； （2）Cl 2通过静止的空气作单向扩散。

6．在一直立的毛细玻璃管内装有乙醇，初始液面距管口10mm ，如附图所示。管内乙醇保持为293K （乙醇饱和蒸气压为1.9998kPa ），大气压为101.3kPa 。当有一空气始终缓吹过管口时，经100h 后，管内乙醇液面下降至距管口21.98mm 处。试求该温度下乙醇在空气中的扩散系数。

7．吸收塔内某一横截面处气相组成y=0.05，液相组成x=0.01（均为摩尔分数），操作条件下相平衡关系为y e =2x，若两相传质系数分别为k y =1.25×10-5kmol/(m2.s. Δy) ，k x =1.25×10-5kmol/(m2.s. Δx) ，试求：

（1）该截面上相际传质总推动力、总阻力，气、液相阻力占总阻力分数，以及传质速率。 （2）若吸收温度降低，相平衡关系变为y e =0.5x。假定其余条件不变，则相际传质总推动力、总阻

力，气、液相阻力占总阻力分数，以及传质速率又各如何？

8．用清水于填料塔中吸收空气中甲醇蒸气。操作温度为27℃、压力为101.3kPa ，亨利系数H=0.5kN . m/kmol，k G =1.56×10-5kmol/(m2.s. kPa) ，k L =2.08×10-5kmol/(m2.s. kPa) ，求： （1）总传质系数K G 和K L ； （2）气相阻力占总阻力的分数。

9．硫铁矿焙烧的炉气中含SO 29%（体积分数），其余可视为空气。将炉气冷却后送入吸收塔以清水逆流吸收其中的SO 2，要求回收率为95%。若操作温度为30℃、压力为100kPa ，每小时处理炉气为1000 m3，取操作液气比为最小液气比的1.2倍，气液平衡关系可视为直线。试求： （1）操作液气比及用水量； （2）吸收液出塔浓度。 10．

在填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的氨。入塔混合气中含氨为5%（摩尔分数，下同），

要求氨的回收率不低于95%，出塔吸收液含按4%。操作条件下气液平衡关系为y e =0.95x，试求： （1）（q nL /qnG ）操作及（q nL /qnG ）min ； （2）所需传质单元数。 11．

用煤油于填料塔中逆流吸收混于空气中的苯蒸气。入塔混合气含苯2%（摩尔分数，下同），

入塔煤油中含苯0.02%，要求苯回收率不低于99%。操作条件下相平衡关系为y e =0.36x，入塔气体摩尔流率为0.012kmol/(m2.s) ，吸收剂用量为最小用量的1.5倍，总传质系数K y a=0.015kmol/(m3.s) 。试求： （1）煤油用量； （2）填料层高度。 12．

对于低浓度气体吸收过程，试推导：H OG = HG + HL /A

式中A=L/（mG ）吸收因子

13．

用纯吸收剂逆流吸收贫气中的溶质组分，气液平衡关系服从亨利定律，相平衡常数为m 。若

吸收剂用量为最小用量的1.5倍，传质单元高度H OG =0.8m，试求： （1）溶质回收率Φ=90%时，所需填料层高度； （2）溶质回收率Φ=99%时，所需填料层高度； （3）对应如上两种回收率，吸收剂用量有何关系。 14．

在填料塔中用稀硫酸吸收混于空气中的氨。在以下三种情况下，气液流速及其它操作条件大

体相同，总传质单元高度H OG =0.8m，试计算并比较所需填料层高度。入塔，要求氨的回收率不低于95%，出塔吸收液含按4%。操作条件下气液平衡关系为y e =0.95x，试求： （1）混合气含氨1%（摩尔分数，下同），要求回收率90%； （2）混合气含氨1%（摩尔分数，下同），要求回收率99%； （3）混合气含氨5%（摩尔分数，下同），要求回收率99%。 15．

对于低浓度气体的逆流吸收，试证明：N OG = ln（Δy 1/Δy 2）/（1-1/A）

式中Δy 1=y1-y e1为塔底吸收推动力 Δy 2=y2-y e2为塔顶吸收推动力 A=L/（mG ）为吸收因子 16．

用一直径为0.88m ，装有50mm ×50mm ×1.5mm 金属鲍尔环，填料层高为6m 的填料塔，以清水

吸收空气中混有的丙酮。在25℃、101.3kPa 下，每小时处理2000 m 3混合气，其中含有5%（摩尔分数，下同）丙酮，出塔尾气中含丙酮为0.263%，出塔的每1kg 吸收液中含丙酮61.2g 。若操作条件下的相平衡关系为y e =2.0x，试计算： （1）丙酮的回收量和回收率； （2）操作液气比和吸收剂用量； （3）气相总体积传质系数；

（4）若将填料层加高3m ，则丙酮回收率提高到多少？可多回收多少丙酮？ （5）若填料层为无限高时，畜塔气体和液体中丙酮的极限浓度为多少？ 17．

试证明：若吸收过程中的平衡线和操作线均为直线时，传质单元数与理论板数的关系为：

N 11

=N

l(1)

当操作线与平衡线平行（A=1）时，N=NOG

18．用清水于填料塔中逆流吸收混合气中SO 2，混合气流量为5000标准m 3/h，其中含SO 2为10%（体积分数），要求回收率为95%，操作条件下气液平衡关系为y e =26.7x，试求： （1）取用水量为最小用水量的1.5倍时，用水量为多少？ （2）所需理论板数；

（3）若采用（2）中求得的理论板数，而要求回收率由95%提高到98%，则用水量应增加多少？

19．有一吸收塔填料层高3m ，20℃、101.3kPa 下用清水内逆流吸收吸收混于空气中的氨。混合气体

的质量流率为580kg/（m 2.h ），含氨6%（体积分数），吸收率为99%，水的质量流率为770kg/（m 2.h ）。操作条件下平衡关系为y e =0.9x， K G a 与气相质量流率的0.7次方成正比，而受液体质量流率的影响甚小，可忽略。当操作条件分别作如下改变时，计算填料层高度应如何变化才能保持原来的吸收率（塔径不变，且假定不发生异常流动现象）： （1）操作压强增加一倍； （2）操作流量增加一倍； （3）气体流量增加一倍；

20．在填料塔内用清水内逆流吸收混于空气中的氨。已知填料层高3.5m ，入塔混合气的质量流率为

1.42×10-1kg/（m 2.s ），其中含氨5%（体积分数），入塔清水的质量流率为1.44×10-1kg/（m 2.s ）。要求氨的回收率为99%，操作温度为20℃，压力为101.3kPa ，相平衡关系为y e =0.9x，且知K G a 正比于气相质量流率的0.7次方，试求： （1）气相总传质单元高度H OG ；

（2）吸收因子A 值，H G 与H OG 数值间的大小关系；

（3）若入塔混合气量提高了20%，仍要求氨的回收率为99%，那么填料层高度应如何变化？ （4）在填料层高度和氨的回收率保持不变的前提下，欲将入塔气量增加20%，则用水量将如何变

化？

21．在填料层高为4m 的填料塔内，用解吸后的循环水吸收混合气中某溶质组分以达净化目的。已知

入塔气中含溶质2%（体积分数），q nL /qnG =2，操作条件下气液平衡关系为y e =1.4x，试求： （1）解吸操作正常，保证入塔吸收剂中溶质浓度x 2=0.0001，要求吸收率为99%，吸收液出塔组成

和气相总传质单元高度为多少？

（2）若解吸操作质量下降，入塔的吸收剂中溶质浓度升到x 2=0.004，其余操作条件不变，则溶质

可能达到的吸收率为多少？出塔溶液浓度为多少？解决该净化质量降低的原则途径有哪些？

22．用某种化学吸收剂吸收混和气中的溶质组分，使其浓度自y 1=0.5降到y 1=0.01。在吸收剂量足够

时，溶质的平衡蒸气压为零（m=0），在保证填料充分润湿的条件下，全塔平均的气相总传质单元高度H OG =1.0m 。试按高浓度气体吸收计算所需填料层高度，并与按低浓度气体吸收计算的结果进行比较。

23．将35℃，压力为1215.9kPa （绝）条件下，碳酸丙烯酯吸收变换气中CO 2所得的吸收液，x 1=0.0265，

减压解吸至常压（101.3kPa ）。已知平衡关系p e =10740.5x（kPa ）。若减压解吸释放气含CO 2为90%（体积分数），其余为N 2、H 2等，试求：

（1）解吸液含CO 2的最低浓度及CO 2的理论回收率；

（2）若将如上解吸液送至填料塔中，在35℃下以空气（含CO 2为0.05%，体积分数）为载气逆流

解吸之，要求解吸液浓度为x 2

24．对用纯吸收剂吸收某溶质组分已提出附图所示的三种双塔流程。若气液相平衡关系服从亨利定律，

试在y-x 图上定性画出每种流程中A 、B 两塔的操作线和平衡线，并标出进出两塔的气液相组成。

25．用纯吸收剂逆流吸收混合气中某溶质A 。已知A 在入塔气中的浓度为0.05%（摩尔分数），新鲜

吸收剂与混合气体的摩尔流量比q nG /qNL =1.2，操作条件下相平衡关系为y e =1.2x，该吸收可视为气相阻力控制，现按图示两种流程计算：

（1）当Φ=0.80%时，所需填料层高度比为多少？ （2）当Φ=0.90%时，所需填料层高度比为多少？

26．30℃、506.5kPa 下，在装有25块塔板的吸收塔内用纯烃油吸收炼厂气。已知q nL /qNG =4，E T =20%，求各组分的回收率和出塔之气体和液体的组成。已知炼厂气组成及各组分在操作条件下的相平衡常数如下：

27．在吸收塔内，以清水逆流吸收吸收气体混合物中某溶质，其入塔浓度为0.060（摩尔分数，下同），

出塔气中浓度为0.010。操作条件下相平衡关系为y e =1.2x，q nG /qNL =1.2。吸收过程可视为气膜阻力控制， ky a ∝G 0.7。现增设一座完全相同的吸收塔，两塔可以按以下方式组合操作（见附图）。试求在气液两股流体入塔流量、浓度及操作条件均不变的条件下，出塔气中溶质的浓度各位多少？

（1）两塔串联组合逆流操作；

（2）两塔并联组合逆流操作，气液两相流率皆均分； （3）两塔错流组合逆流操作，液体均分。

28．拟在填料塔中用碳酸丙烯酯作溶剂脱除变换气中CO 2。已知变换气量为22000标准m 3/h，操作液

气比8.4，操作温度30℃，压力1176.84kPa （表压）；气体平均摩尔质量为16.63kg/kmol，吸收剂摩尔质量为102.09kg/kmol，密度为1197kg/m3，粘度为2.39mPa.s 。若分别装填公称直径为50mm 的陶瓷拉西环、塑料鲍尔环和塑料阶梯环三种塔填料，试计算其泛点气速u f ； u=0.65uf ，分别计算u 、D 和每米填料层压降Δp 值，并对结果作简要的比较分析。