新版化工原理习题答案第八章 气体吸收

依题意

?qn,L??q?n,V?200??2.632 ???min47.5?1.6(qn,L/qn,V)min2.632??95.71%

m2.75y10.05（2）Y1???0.0526

1?y11?0.05?A? Y2?Y1?1??A??0.0526??1?0.9571??0.00226 X1?qn,Vqn,L?Y1?Y2??X2?47.5??0.0526?0.00226??0?0.0120

200 ?Y1?Y1?Y1*?0.0526?2.75?0.0120?0.0196 ?Y2?Y2?Y2*?0.00226?2.75?0?0.00226 ?Y??Y1??Y2?0.0196?0.00226?0.00803

m?Y0.0196lnln10.00226?Y2 NOG? HOG?Y1?Y20.0526?0.00226??6.269 ?Ym0.00803Z5?m?0.798m NOG6.269qn,VKYa?qn,V

由 HOG? Ω?KYaHOG?47.5/3600m2?0.277m2 ?43?10?221?0.9?0.798填料塔的直径为

D?4Ω4?0.277? m?0.594m π3.142

8. 在 kPa及20 ℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速G为600 kg/(m·h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为、，水的质量流速W为800 kg/(m·h)，填料层高度为3 m。已知操作条件下平衡关系为Y= X，KGa正比于G 而于W无关。若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；(3) 液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。

解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数 Y1?2

y10.05??0.0526 1?y11?0.05y20.000526??0.000526 1?y21?0.000526 Y2? 操作条件下，混合气的平均摩尔质量为

M?

?xMii???0.05?17??1?0.05??29??kg/kmol?28.4kg/kmol

qn,V?qn,L???600??1?0.05? kmol/(m2?h)?20.07kmol/(m2?h) 28.4mqn,V0.9?20.07800??1?0? kmol/(m2?h)?44.44 kmol/(m2?h) S???0.406 18qn,L44.44 Y1*?mX1?mqn,Vqn,L?Y1?Y2??0.406??0.0526?0.000526??0.0211

?Y1?Y1?Y1*?0.0526?0.0211?0.0315 ?Y2?Y2?Y2*?0.000526?0?0.000526 NOG??Y110.0315ln1?ln?6.890 1?S?Y21?0.4060.000526 HOG?Z3?m?0.435m NOG6.890 （1）pt??2pt m?E ptptmm? pt?2?S0.406??0.203 22 m?? S??m?qn,Vqn,L 若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。所以 ?Y1??Y1?Y1?*?0.0526??0.0211?0.0421 ?Y2??Y2?Y2?*?0.000526?0?0.000526

12?? NOG HOG? HOG???Y?110.0421ln1?ln?5.499 1?S??Y2?1?0.2030.000526qn,VKYa??qn,VKGap总?

qn,VH0.435?OG?m?0.218m ??KGap总22?NOG??0.218?5.499m?1.199m Z??HOG ?Z?Z??Z?(1.199?3)m??1.801m 即所需填料层高度比原来减少1.801m。

??2qn,V （2）qn,V S???mqn,VL?2S?2?0.406?0.812

若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即

??2X1 X1故

?Y1??Y1?Y1?*?Y1?mX1??Y1?S??Y1?Y2??0.0526?0.812??0.0526?0.000526??0.0103?Y?110.0103ln1?ln?15.82 ??1?S?Y21?0.8120.000526

* ?Y2??Y2?Y2??0.000526?0?0.000526

?? NOG HOG?qn,VKYa??????qn,VKGaP??qn,Vqn,V0.8?qn,V0.2

?qn,V? HOG????q?n,V0.2HOG?20.2?0.435m?0.500m

?NOG??0.500?15.82m?7.910m Z??HOG ?Z?Z??Z?(7.910?3)m?4.910m 即所需填料层高度要比原来增加4.910 m。

??2qn,L （3） qn,L S??mqn,VS0.406???0.203 ?qn,L22??Y1?Y2?*1 NOG???ln??1?S???S?

1?S??Y2?Y2?*? ?10.0526?0??ln??1?0.203??0.203??5.497

1?0.203?0.000526?0? W对KGa无影响，即qn,L对KGa无影响，所以传质单元高度不变，即

??HOG?0.435m HOG?NOG??0.435?5.497m?2.391m Z??HOG ?Z?Z??Z?(2.391?3)m??0.609m 即所需填料层高度比原来减少0.609 m。

9. 某制药厂现有一直径为1.2 m，填料层高度为3 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为40 kmol/h，溶质的含量为（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液平衡关系为Y = ；溶剂用量为最小用量的倍；气相总吸收系数为 kmol/ (m·h)。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。

解：（1）Y1?2

y10.06??0.0638 1?y11?0.06 Y2?Y1?1??A??0.0638??1?0.95??0.00319 惰性气体的流量为

qn,V?40?(1?0.06)kmol/h?37.6kmol/h

?qn,L??q?n,V? ???m?A?2.2?0.95?2.09?min?2.09?37.6kmolh?78.58kmolh

?q? X1?n,Lminqn,L?1.5?75.58kmolh?117.9kmolh

qn,Vqn,L?Y1?Y2??X2?37.6??0.0638?0.00319??0?0.0193 117.9（2）?Y1?Y1?Y1*?0.0638?2.2?0.0193?0.0213 ?Y2?Y2?Y2*?0.00319?2.2?0?0.00319 ?Ym??Y1??Y20.0213?0.00319??0.00954 ?Y10.0213lnln0.00319?Y2Y1?Y20.0638?0.00319??6.353 ?Ym0.00954 NOG? HOG?由 HOG?Z3?m?0.472m NOG6.353qn,VKYa?qn,V

填料的有效比表面积为

a?HOGKY??37.6m2/m3?201.35m2/m3 20.472?0.35?0.785?1.2填料的总比表面积为

at?NT201.3523m/m?223.72m2/m3 0.9S?1由 NOG?lnS

S?mqn,Vqn,L?2.2?37.6?0.702

117.96.353?(0.702?1)?5.351

ln0.702由 Z?HETP?NT

NT?填料的等板高度为

3m?0.561m

5.351 10. 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为，操作条件下物系

HETP?的相平衡常数为，载气的流量为250 kmol/h。若吸收剂用量为最小用量的倍，要求二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h）及所需理论级数。 解：Y1?y10.085??0.0929 1?y11?0.085 Y2?Y1?1??A??0.0929??1?0.92??0.00743 用清水吸收，X2?0