南京理工大学化工原理第5-8章课后答案(4)

传质阻力为吸收系数的倒数，则气膜阻力在总阻力中所占的百分数为

1kG1KG?1/1.55?10-51/1.122?10＝72.4％-5

6-7 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度27℃，压强为1.013×10Pa。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/m3。试根据上题中的有关数据计算出该截面的吸收速率。

解 本题可以采用总传质速率方程也可采用气膜或液膜吸收速率方程进行计算。 已知条件 pA?37.5760?101.325?5.0kPa，cA=2.11 kmol/m，

3

5

kG=1.55×10-5kmol/（m2·s·kPa）， kL=2.08×10-5kmol/（m2·s·kmol·m-3） （1） 采用总传质速率方程：

NA?KG?pA?pA*? pA*=cA/H

联立上两式可解得：

NA?KG?pA?pA*?＝KGcA?? p??A?H??= 1.122×10-5×(5.0-2.11/1.955)＝4.402×10-5 kmol/（m2·s） （2） 采用气膜吸收速率方程，则需求界面浓度 pi=ci/H

pA?pici?cA?kLkG

联立上两式并代入已知数据得 pi＝2.16kPa，ci=4.22 kmol/m3 NA?kG?pA?pi?=4.402×10-5 kmol/（m2·s）

6-8在逆流操作的吸收塔内，于1.013×10Pa、24℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（体积百分数）。该系统符合亨利定律，亨利系数E=545×1.013×105Pa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口液相组成X1。

若操作压强改为10×1.013×105Pa而其它已知条件不变，再求L/V及X1。

解 本题先求最小液气比，而其中的X1需利用平衡关系求得。然后由液气比得到X1。 首先将气体入塔及出塔组成（体积分数）换算为摩尔比

Y1?y1?y?0.02*

5

1?0.02 77

=0.0204kmol（硫化氢）/kmol（惰性气体）

同理Y2＝0.001001 kmol（硫化氢）/kmol（惰性气体） m=E/P=545

X1= Y1/m=0.0204/545=3.74*10kmol（H2S）/kmol（H2O） 又X2=0

Y1?Y20.0204?0.001001?L????518.69 ??*?5X1?X23.74?10?0?V?min?L??1.2???1.2?518.69?622.43 VV??minL*

-5

因为

LV?Y1?Y2X1?X2

所以 X1?Y1?Y2?X2?0.0204?0.001001?0?3.12?10?5

L/V622.43若操作压强改变为原压强的10倍，其他条件不变，则 相平衡常数m=E/P=54.5

X1*= Y1/m=0.0204/54.5=3.74×10-4kmol（H2S）/kmol（H2O） 又X2=0

Y1?Y20.0204?0.001001?L????51.869 ??*?4X1?X23.74?10?0?V?min?L??1.2???1.2?51.869?62.243 V?V?minL因为

LV?Y1?Y2X1?X2

?X2?0.0204?0.00100162.243?0?3.12?10?4所以 X1?Y1?Y2L/V

3

6-9 一吸收塔于常压下操作，用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为5000标准m/h，氨的浓度为10g/标准m3，要求氨的回收率不低于99%。水的用量为最小用量的1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为1.1m/s。操作条件下的平衡关系为Y*=1.2X，气相体积吸收总系数为KYa=0.0611kmol/（m3·s）。试分别用对数平均推动力法及脱吸因数法求气相总传质单元数，再求所需的填料层高度。

10解 气相进塔摩尔分率为 y1?17122.4?103?0.0132

摩尔比为

Y1?0.01321?0.0132?1.34?10?2 kmol氨/kmol惰性气体

-2

-4

气相出塔组成 Y2= Y1（1-?）=1.34×10×（1－0.99）=1.34×10

78

吸收剂进塔组成

X2?0

X*

/m=0.0134/1.2=1.117×10-2

1= Y1kmol氨/kmol水

最小液气比 ?L?Y10?4???Y1?2X*?X?1.34?10?2?1.34??V?min121.117?10?2?0?1.188

液气比 LLV?1.5????1.5?1.188?1.782

?V??min 进塔惰气流量 V=5000×（1－1.32×10-2

）/22.4=220.3 kmol/h

则最小吸收剂用量Lmin=1.188×220.3=261.7 kmol/h 吸收剂进塔流量L=1.5 Lmin =1.5×261.7=392.6 kmol/h 出塔液相组成

XV?Y1?Y2?1?L?X2

=220.3?(1.336?10?2?1.336?10?4)?0?7.42?10?3261.7（1）采用对数平均推动力法计算总传质单元数NOG： Y*-3-3

1=mX1 =1.2×7. 42×10=8.904×10 Y*

2=mX2 =0

ΔY1=Y1－Y*-21=1.336×10－8.904×10-3=4.456×10-3 ΔY*-4

2=Y2－Y2=1.336×10

?3?1.336?10?4?Y?4.456?10?1.232?10?3

m?3ln4.456?101.336?10?4

NY1?Y1.336?10?2?42OG??Y??1.336?101.232?10?3?10.74

m（2）采用脱吸因数法计算总传质单元数NOG： 脱吸因数S?mV1.2L?1.782?0.67

*N?1OG

1?Sln??Y??1?S1?Y2??Y*?S?2?Y2?

?1?21?0.6l?0.?617.33?61?00? 7n??1?1.3?36?41?00?.?6710.66??由此可见，两种方法计算得到气相总传质单元数相差不大。 （3）气相总传质单元高度: 混和气体积流量 V273S?50003600?303?1.54m3/s

79

吸收塔的直径为 D?吸收塔的截面积

4Vs?u?4?1.543.14?1.1?1.34m

?=0.785×1.342=1.41m2

气相总传质单元高度为：

220.3 HOG?VKYa??3600?0.71m0.0611?1.41

（4）填料层高度

Z=NOGHOG=10.74×0.71=7.62m

6-10 600m/h（28℃及1.013×10Pa）的空气-氨的混合物，用水吸收其中的氨，使其含量由5%（体积）降低到0.04%。

今有一填料塔，塔径D=0.5m，填料层高Z=5m，总传质系数KYa=300kmol/（m3·h），溶剂用量为最小用量的1.2倍。在此操作条件下，平衡关系Y=1.44X，问这个塔是否适用？

解 判断所给的塔是否适用，必须知道完成给定任务所需的填料层高度，然后与Z=5m进行比较，或者在Z=5m条件下计算y2，将其与0.04%进行比较。

气相进塔摩尔比为

Y1?0.051?0.05?5.26?10?235

*

kmol氨/kmol惰性气体

同理气相出塔组成 Y2= 4.002×10-4 kmol氨/kmol惰性气体 吸收剂进塔组成

X2?0

X1*= Y1/m=5.26×10-2/1.44=3.65×10-2kmol氨/kmol水 最小液气比

Y1?Y25.26?10?4.0016?10?L?????*?2X1?X23.65?10?0?V?min?1.2?1.43?1.716 ?0.84

?2?4?1.43

L?液气比 L?1.2???V?V?min?脱吸因数S1?mVL1.441.716NOG*??Y1?Y2?ln??1?S??S?*1?SY2?Y2??

??ln??1?1?0.84?15.2?610?00.?84??44.0?0210?2?084?.?? 9.281 80

进塔惰气流量 V=600?(1-0.05）?22.4273273+28?23.1 kmol/h

则最小吸收剂用量Lmin=1.43×23.1=33.033 kmol/h 吸收剂进塔流量L=1.2 Lmin =1.2×33.033=39.64 kmol/h 吸收塔的截面积 ?=0.785×0.5=0.196m 气相总传质单元高度 HOG?VKYa??23.1300?0.196?0.39m2

2

填料层高度 Z=NOGHOG=19.28×0.39=7.52m

由此可见完成给定任务所需的填料层高度为7.52m》5m，所以现有的塔不合适。

6-11 有一直径为880mm的填料吸收塔，所用填料为50mm拉西环，处理3000m3/h混合气（气体体积按25℃与1.013×105Pa计算）其中含丙酮5%，用水作溶剂。塔顶送出的废气含0.263%丙酮。塔底送出的溶液含丙酮61.2g/kg，测得气相总体积传质系数KYa=211kmol/（m3·h），操作条件下的平衡关系Y=2.0X。求所需填料层高度。

在上述情况下每小时可回收多少丙酮？若把填料层加高3m，则可多回收多少丙酮？ （提示：填料层加高后，传质单元高度HOG不变。） 解 气相进塔摩尔比为

Y1?0.051?0.05?5.26?10?2*

kmol丙酮/kmol惰性气体

同理气相出塔组成 Y2= 2.64×10-3 kmol丙酮/kmol惰性气体

61.2吸收剂进塔组成 X?1?2 58?2.02?101000?61.2kmol丙酮/kmol水

18X1= Y1/m=5.26×10/2.0=2.63×10kmol丙酮/kmol水 最小液气比

LV*-2-2

Y?Y25.26?10?2.64?10?L??1???*?2X1?X22.63?10?0?V?minY1?Y2?5.26?10?2?2?3?1.90

液气比

??2.64?10?2?3X1?X2mVL?2.02?10?0.81

?0?2.47

脱吸因数S1?2.02.47NOG*??Y1?Y2?ln??1?S??S?*1?SY2?Y2??

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