1、第五章 吸收相組成的換算【5-1】 空氣和CO?的混合氣體中，CO?的體積分數為20%，求其摩爾分數y和摩爾比Y各 為多少？解 因摩爾分數=體積分數，y=0.2摩爾分數摩爾比 丫 y 蘭 0251 _y 1-0.2【5-2】20C的l00g水中溶解lgNH 3, NH3在溶液中的組成用摩爾分數X、濃度c及摩爾比X表示時，各為多少？解摩爾分數x 1/17=0.01051/17+10X8濃度c的計算20C，溶液的密度用水的密度© =998.2kg/m3代替。溶液中NH3的量為 n =1 10 J/ 17kmol 溶液的體積 V =101 10-/998.2 m33溶液中 NH 3 的濃度

2、 c =丄=1103 /17=0.581kmoj/m3V 101 疋 10一 / 998.2R 9 98 23或 c -x0.0 1 0=5 . 0 kmo"mMs 18NH3與水的摩爾比的計算X 1/170.0106100/18x1 X0.010510.0105=0.0106【5-3】進入吸收器的混合氣體中,NH 3的體積分數為10%，吸收率為90%，求離開吸收器時NH3的組成，以摩爾比 丫和摩爾分數y表示。吸收率的定義為被吸收的溶質量 丫 -丫2_邑一原料氣中溶質量一 £ 一飛解原料氣中NH3的摩爾分數y =0.1摩爾比丫！二y1"=0.1111 1-0.1吸

3、收器出口混合氣中 NH 3的摩爾比為丫2 =(1)丫 (1-0.9) 0.111 =0.0111摩爾分數"占廠晉7"01098氣液相平衡【5-4】 lOOg水中溶解lg NH3，查得20 C時溶液上方NH3的平衡分壓為798Pa。此稀溶液的氣液相平衡關系服從亨利定律，試求亨利系數E(單位為kPa)、溶解度系數H單位為kmol/(m3 kPa)和相平衡常數 m。總壓為100kPa。1/17 解 液相中NH3的摩爾分數x一0.01051/17+100/18氣相中NH3的平衡分壓P* =0.798 kPa亨利系數 E =p*/x =0.798/0.0105 =76亠n1X10&q

4、uot;3 /17液相中NH3的濃度 c30.581 kmo/m3V 101x10?/998.2溶解度系數H=c/ 口衛 581/ 0.7 亠8 .0 7m8)l/(m kPa液相中NH3的摩爾分數氣相的平衡摩爾分數x 1/170.0105/7+100/18y* 二 p/ p=0 7 9/8 1 0 0相平衡常數m =y-°7980.76x 100x0.0105或 m = E/ p6/10 .0 76【5-5】空氣中氧的體積分數為21%，試求總壓為101.325kPa，溫度為10C時，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10C時氧在水中的溶解度表達式為p* =3.313 106x，式

5、中p*為氧在氣相中的平衡分壓，單位為kPa； x為溶液中氧的摩爾分數。解 總壓 p =101.325 kPa空氣中。2的壓力分數p/p=體積分數=0.21空氣中。2 的分壓pA =0.21 101.325 kPa亨利系數E =3.313 106 kPa(1)利用亨利定律pA二Ex計算與氣相分壓Pa =0.21 101.325kPa相平衡的液相組成為0.21 101.32563.313 10=6.42 106kmol O/kmol 溶液此為1kmol水溶液中最大可能溶解6.42 10kmol O因為溶液很稀，其中溶質很少1kmol水溶液 Fkmol水=18 kg水10 C,水的密度=9 9 .9

6、 k7/帝故1km o水溶液 勺8/999.7m3水999.7m3水中最大可能溶解6.42 10-kmol 氧1m3水中最大可能溶解的氧量為6.42 10- 999.7184= 3.57 10 一kmolQ3.57 x10Ux32=1.14x102kgQ =11.4g Q(2)利用亨利定律pA =Ca計算HP999.753H =6= 1 .676 10 一 kmol/ m kPaEM s 3.313 x10S;18'31m水中最大可能溶解的氧量為*543Ca 二 PaH =(0.21 101.325) (1.676 10-)=3.57 10 一kmol 0/m 溶液3.57 10 -

7、32 =1.14 102kg O2=11.4gO2【5-6】含NH3體積分數1.5%的空氣-NH3混合氣，在 20C下用水吸收其中的 203kPa。NH3在水中的溶解度服從亨利定律。在操作溫度下的亨利系數E =80kPa。的最大濃度，kmol NH/ m3溶液。解 氣相中NH3的摩爾分數 y =0.015總壓 p =203kPa，氣相中 NH 3 的分壓 pA =py =203 0.015kPaNH 3總壓為試求氨水溶液(1)利用亨利定律P* =Ex計算與氣相分壓p相平衡的液相中 NH3的摩爾分數為Pa203 0.01580=0.0381NH3水溶液的總濃度9 9 8 23kmol / m18

8、水溶液中NH3的最大濃度Ca =cx=998 20.0 38 118=2.11kmol NH 3 / ni 溶液(2)利用亨利定律pA =Ca計算H£998 23E =80kPa, H=0.693 kmol/(mkPa)EM s 80X18cA =p*AH =(203 0.015) 0.693 =2.11 kmol NHs/m3溶液若總壓為1MPa【5-7】溫度為20C，總壓為0.1MPa時，CO?水溶液的相平衡常數為m=1660。時，相平衡常數 m為多少？溫度為20C時的亨利系數 E為多少MPa?解 相平衡常數m與總壓p成反比，p =0.1MPa 時 m =1660, p'

9、 =1MPa 時m' =m P = 16600.1 =166P'1亨利系數 E 二mp =m'p'=166 MPa【5-8】用清水吸收混合氣中的 NH3，進入吸收塔的混合氣中，含 NH3體積分數為6%,吸收 后混合氣中含 NH3的體積分數為0.4%，出口溶液的摩爾比為 0.012kmol NH/ kmol水。此物系的平 衡關系為丫* =0.76X。氣液逆流流動，試求塔頂、塔底的氣相傳質推動力各為多少？解 已知 =0.06，貝U 丫 =% /(1 % )=0.06/0.94 =0.0638已知 y2 =0.004，則 丫2 =0.004/ 1 0.004 =4.0

10、2 103已知 X1 =0.012，貝y Y* =0.76 0.012 =0.00912已知 X2 =0，貝U 丫* =0塔頂氣相推動力.：丫2 = 丫2 _丫2* = 4.02 10 2塔底氣相推動力：丫1 =丫 一丫 0. 0 6 3 8- 0 . 00 9勻 20.0 5 4 7【5-9】 CO 2分壓力為50kPa的混合氣體，分別與 CO 2濃度為0.01kmol/m3的水溶液和 CO 2濃 度為0.05kmol/ m3的水溶液接觸。物系溫度均為 25C，氣液相平衡關系 p* =1.662 105xkPa。試求 上述兩種情況下兩相的推動力 (分別以氣相分壓力差和液相濃度差表示)，并說明

11、CO2在兩種情況下屬于吸收還是解吸。解 溫度t =25C，水的密度為 匚=997kg / m3混合氣中CO2的分壓為p =50kPa973水溶液的總濃度c s kmol / m水溶液M s 18(1)以氣相分壓差表示的吸收推動力 液相中CO2的濃度cA =0.01kmol CO2/ m3水溶液液相中CO 2的摩爾分數x二cA/c°.°=1.805 10°997/18與液相平衡的氣相平衡分壓為p* =1.662 X105 x =1.662 X105 X1.805 X10 ° =30kPa氣相分壓差表示的推動力巾=p -p 50 3 0 =2 0 Pa吸收)

12、 液相中CO2的濃度cA =0.05kmol / m3水溶液液相中CO2的摩爾分數x=cA/c 0059.027 10997/18與液相平衡的氣相平衡分壓為p* =1.662 x105 x =1.662 x105 x9.027 x10 土 =150kPa氣相分壓差表示的推動力.沖二p* _p =150 _50 =100kPa（解吸）（2）以液相濃度差表示的吸收推動力與氣相CO2分壓p =50kPa平衡的液相組成為* p50X*551.662 10 1.662 10平衡的液相濃度液相中CO2的濃度cA =001kmol CO2/m3水溶液液相濃度差表示的推動力為*3,'c =cA cA

13、=0.01666 0.01 =0.00666kmol /m （吸收）液相中CO2的濃度cA =0.05 kmol CO2 / m3水溶液液相濃度差表示的推動力為*3i.c =cA -ca =0.05 -0.01666 =0.0333kmol / m（解吸）吸收過程的速率Ai=-325V習題5-10附圖【5-10】如習題5-10附圖所示，在一細金屬管中的水保持25C,在管的上口有大量干空氣（溫度25C，總壓101.325kPa）流過，管中的水汽化 后在管中的空氣中擴散，擴散距離為100m m。試計算在穩定狀態下的汽化速率，kmol/m? s）。解 25C時水的飽和蒸氣壓為 3.2895kPa從教

14、材表5-2中查得，25C, 101.325kPa條件下，出0在空氣中的分 子擴散系數 D =0.256cm2/ s =0.256 10m2/s。擴散距離 Z =100mm=0.1m，總壓 p =101.325 kPa水表面處的水汽分壓pA1 =3. 2 8 9k5P a空氣分壓pB1 =P - pA1 =101.325 -3.2895= 98.04 kPa管上口處有大量干空氣流過，水汽分壓PA2 =0空氣分壓 pB2 =101.325kPa空氣分壓的對數平均值為他2 -pBlpBm 二In pB2Pb1水的汽化速率常鳥=99.8kPa101.325In98.04D pNa :RTZ PBm0.

15、256 10-101.325723.2895-0 =3.45 10-kmol/ m s8.314 298 0.199.8【5-11】 用教材圖5-10 （例5-4附圖）所示的裝置，在溫度為48C、總壓力為101.325kPa條 Pai - pA2 I件下，測定 CCI4蒸氣在空氣中的分子擴散系數。48C時，CCI4的飽和蒸氣壓為 37.6kPa，液體密度為1540kg / m3。垂直管中液面到上端管口的距離，實驗開始為2cm,終了為3cm, CCI4的蒸發時間為1.556 104s。試求48C時，CCl4蒸氣在空氣中的分子擴散系數。解 計算48C時CCI4蒸氣在空氣中的分子擴散系數，計算式為R

16、T T Z2 Z：D =-2pM /In PP PA已知CCI4液體密度=1540 kg/m348 C時CCI4的飽和蒸氣壓pA =37.6kPa總壓 p =101.325kPa, T =273 48 =321K開始 Z° =2cm，終了 Z =3cmCCI4的蒸發時間V -1.556 104sCCI4 的摩爾質量 M =154 kg / kmoI摩爾氣體常數 R =8.314 kJ/：kmoI K)已知數據代入計算式，得擴散系數D =0.0912cm2/s【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合氣中的溶質A，吸收塔某截面上，氣相主體中溶質A的分壓為5kPa，液相中溶質 A的摩爾分數為0

17、.015。氣膜傳質系數 & =2.5 10kmoI /(m2 s)，液膜傳質系數kx =3.5 10kmoI/(m2 s)。氣液平衡關系可用亨利定律表示，相平衡常數m=0.7?？倝簽?101.325kPa。試求：(1)氣相總傳質系數Ky，并分析吸收過程是氣膜控制還是液膜控制; 面上溶質A的傳質速率N A。(2)試求吸收塔該截解 氣相總傳質系數 KyKykYkx1507 亍=410421022.5 103.5 10=4.02 104Ky =2.488 10-kmol/ m s氣膜阻力 1 /kY =4 104(m2 s) /kmol ,液膜阻為 m/kx =2 102(m2 s)/ km

18、ol 。氣膜阻力與總阻力的比值為空 4 104 4 =0.995，為氣膜控制。1/ Ky4.02X104(2)傳質速率比YPA50.0519p _pA101.325 -5x 0015X0.0152, Y* =mX =0.7 0.0152 =0.0106x -11 -0.0155 6 2NA 二Ky Y-Y* =2.488 105 0.0519-0.0106 =1.03 10一 kmol/ m .s【5-13】根據Pa = p y尸卩及p £a =cx, q=cXj ,試將傳質速率方程Na =kG (Pa Pi) =6 (c Ca )變換成 Na =ky (yyi )=kx (xX )

19、的形式。ky與kG> kx與有何關系。解Na=kGPa p =kGpy=pypk y i 今 yky： y式中ky = pkGNa =& (G -Qa )=kL (ex ex )=ckL (Xi x )=kx(x x)式中kx =ckL吸收塔的計算【5-14】從礦石焙燒爐送出的氣體含體積分數為9%的SO2，其余視為惰性氣體。冷卻后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO2的95%。吸收塔的操作溫度為 30C，壓力為100kPa，每小時處理的爐氣量為1000m3(30C、100kPa時的體積流量)，所用液-氣比為最小值的1.2倍。求每小時的用水 量和出塔時水溶液組成。平衡關系數據為液相中S

20、O2溶解度/kg(SO )100kg(H20)卩7.55.02.51.51.00.50.20.1氣相中SQ平衡分壓/kPa91.760.328.816.710.54.81.570.63解最小液一-比二X的計算y 0.09y =0.09, Y =0.098911 _0.09r =0.95,篦=(1 )丫, =1 0.95 0.0989=0.00495吸收劑為水，X2 =0 ,總壓p =100kPa原料氣中 SO2 分壓 FSg =p% =100 0.09 =9kPa換算為摩爾比X；.0 .2.4410上100/18最小液-氣比Y1 丫2G m in X1 -X20.0989 -0.0049538

21、.50.00244用水量計算L/G =1.2 上G m= 1.2 38.5 =46.2iin已知爐氣流量1000 m3/h (30C,100kPa)標準狀態下理想氣體的摩爾體積為22.4 m3/ kmol（273.15K,101.325kPa）爐氣的摩爾流量為1000 竺吏 100303.15商=39.7kmOl/ h惰性氣體流量G =39.7(1 -0.09 = 36.1kmol /h吸收用水量L =4 6. 23 6 11 6k3n8 ol / h4=18 1668 =3 10 kg / h出塔水溶液的組成人二丫丿.0989.00495/。？。L/G46.2【5-15】在一吸收塔中，用清水

22、在總壓0.1MPa、溫度20C條件下吸收混合氣體中的CO?,將其組成從2%降至0.1% （摩爾分數）。20C時CO2水溶液的亨利系數 E =144MPa。吸收劑用量為最小用量的1.2倍。試求：（1）液-氣比L/G及溶液出口組成 X,。試求總壓改為1MPa時的L/G及X!。(1)總壓 p =0.1MPa時L/G及Xty10020.02041, Y2 0.001, X2 =01 _yt1-0.02=E / p =144/0.1 =1440L丫一丫20.02041 0.001.| = =1369G minYJm-X20.02041 /1440 -0=12 G min=1.2 1369 =1643X1

23、= X2+g(YY)=0+°020410001=1.18 約0-5L1643總壓p =1MPa時的L/G及X1m 二 E / p =144/1 =14402041 -0.001=136.9' 川 0.02041/144L/G =1.2(L/G)min =1.2 136.9 =164.3=1.18 10-0.1MPa增大到1MPa，溶液出口組成從1.18 10二增加到從上述計算結果可知，總壓從41.18 10 4 o【5-16】用煤油從苯蒸氣與空氣的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合氣中含苯 2%(摩爾分數)；入塔的煤油中含苯 0.02% (摩爾分數)。溶劑用量為最小用

24、量的1.5倍，操作溫度為350C,壓力為100kPa，相平衡關系為丫* =0.36X，氣相總傳質系數 K(a =0.015kmo|/(m s)。入塔混合氣單位塔截面上的摩爾流量為0.015kmol/(m2 s)。試求填料塔的填料層高度，氣相總傳質單元數用對數平均推動力法及吸收因數法的計算式計算。解(1)氣相總傳質單元高度 H°g計算入塔混合氣的流量詈=0.015 kmol/(m2 s)r 3y =0.02, Kya =0.015 kmo/ m s惰性氣體流量G'Q21 -y! =0.015 1 -0.02 =0.0147kmol /(ms)H ogGKYaQ0.01470.0

25、15= 0.98(2)氣相總傳質單元數H og計算丫 yi =0.02 =0.0204，回收率=0.991 i 0.98篦=丫(1尸 0.0204(1 0.99 J= 2 .04x10X2 二0.0002, X 2 :wx 0.0002 吸收因數法計算N°gL =1.5 卩GG minX； =Y/ m =0.0204/0.36 =0.0567=15匯丫1一丫2 =15/.0204 一°.000204 =0 536 X1 -X20.0567 _0.0002mG 韭=0.6720.5361 憶 mG能-mX2丄mGNogIn , 1 _ +一_mG 氏 L-mX2LLL cc

26、了 0020_4.036 0 00 0 21 0 6 712)1-. 7g .0 0 0020 程 0.3 6丿 0 0%02 對數平均推動力法計算N°gL丫1 一丫2X. =X2 +Y -YL/G40002 .型上咤4 J03790.536Y* =mXi =0.36 0.0379 =0.0136Y* =mX2 =0.36 0.0002 =0.000072.Y =Y =Y* =0.0204 _0.0 1 36 =6.8 1 0-彳2 =丫2 =丫2* =0.204 X 1 0-_0.07< 10-=0.1 32x1 0-.'Ym6.8 10J -0.132 10衛InI

27、n6.80.132=169 10-OGJ0204 -0.000204 »2 .- Ym1.69 10 J(3)填料層高度Z計算Z 二Hog Nog 二0.98 ：12 二 11.8m【5-17】混合氣含 CO2體積分數為10%，其余為空氣。在 30C、2MPa下用水吸收，使 CO2 的體積分數降到0.5%，水溶液出口組成 X! =6 10-(摩爾比)?；旌蠚怏w處理量為 2240m3/h (按 標準狀態，273.15K, 101325 Pa)，塔徑為1.5m。亨利系數 E =188MPa，液相體積總傳質系數33Kl a =50kmol ,(m h kmol / m )。試求每小時用水量

28、及填料塔的填料層高度。解(1)用水量計算y1=0.1, 丫 二01=0.111,¥2=0005,%二0005 =5.03X10? ,X1=6x10° ,X?=00.90.995混合氣流量 G 二=100kmol/ h.4惰性氣體流量G 二G' 1 -y. =100 1 -0.1 =90kmol/hG ( Y_ 2Y )90(0 111 _0 Q0503 )4用水量 L1241 59 10 k mo I / hX1-X26X1045=1.59X10 X18 =2.86 X10 kg/h(2)填料層高度Z計算水溶液的總濃度c ：/Ms=9 9 57/1=8&mo

29、3m3體積傳質系數KXa 二cKLa=55.350=2765 kmol/ (m3h)液相總傳質單元高度H OLKXaQ2 7 65-X（ 1$54二 3.26m對數平均推動力法計算N°l氣液相平衡常數m 二188 =94P 2X1* =Y/ m =0.111/94 =1.18 10-X； =Y2/m =0.00503/94 =5.35 10 -.匯=X； _X, =1.18 106 10-= 5 .8 10-.X2 =X2 _X2 =5.35 10- _0 =5.35 10 總Xm.X - X258 10- -5.35 10-4-5=2.209 10-,.X15InX!ln 58 叭

30、5.35 10-液相總傳質單元數Nol =3=2.722.209 10 -Xm吸收因數法計算N°lmG1.59 10494 90=1.879Nol1 ln1 一丄mG丄丄1 I mG 丿 X1 X1 mG1-1 879l填料層高度n jj1 _1 879+1 879 1=2 73f .6 10- -1.18 10-.Z = H L NO L 3. 2 6 2 73= 8n9【5-18】氣體混合物中溶質的組成Y =0.02 （摩爾比），要在吸收塔中用吸收劑回收。氣液相平衡關系為丫* =1.0X。（1）試求下列3種情況下的液相出口組成X1與氣相總傳質單元數 Nog （利用教材中圖5-23

31、），并迸行比較，用推動力分析N°g的改變。3種情況的溶質回收率均為99%。 入塔液體為純吸收劑，液 入塔液體為純吸收劑，液 入塔液體中含溶質的組成-氣比 L /G =2.0 ;-氣比 L/ G =1.2 ;X2 =0.0001 （摩爾比），液-氣比 L/G =1.2。（2）入塔液體為純吸收劑，最小液-氣比（L/ G） min =0.8，溶質的回收率最大可達多少?解求X1與Nog回收率H =0.99, Y =0.02，相平衡常數 m=1 X2 =0, L/G =2, L/mG =2Nog =7.8Y=0.0002 -°=0.01 查圖 5-23，得Y _mX20.02 _0L

32、丫1 -YaG X _X22嚴-0.0002兀_0X1=0. 0 0 9 9 X2 =0, /G=1.2,/ mG 1. 2丫2 -* =0 01Y -mX2查圖 5-23，得 Ng =171.2 嚴一0.0002X1 _0X0. 0 1 6 5Y> -mX2Y _mX2 X? =0.0 0 0, / G = . 1 m G . 10.0002 -0.0005.03 100.02 -J0.00011.2 嚴-0.0002Xt _0.0001查圖 5-23，得 Nog =21"0.0001 °.02一0.0002 =0.0166計算結果比較:與比較，X2相同，L/G減小

33、時，操作線斜率減小，向平衡線靠近，推動力減小。為達到定的溶質回收率要求（即達到一定的Y2要求），Nog需要增大，同時X!也增大了。 與比較，L/G相同，使X2增大，即操作線斜率相同，操作線向平衡線平行靠近，使推動 力減小，Nog增大，同時X1也增大了。（2） X2 =0, （ L/G）min =0.8 ， =0.8m當液體出口組成 X1與氣體進口組成達平衡時，溶質的回收率為最大，即X；二Y/m由物料衡算得L¥-Y2丫1 -丫2Y - 丫2（G）min *Xi- X2一丫17_ 丫1X2mm回收率Y1 -Y2=0 8 =L/G mimG溶質的回收率最大可達80%?！?-19】某廠有一填

34、料塔，直徑880mm，填料層高6m，所用填料為50mm瓷拉西環，亂堆。每小時處理2000m3混合氣（體積按25C與101. 33kPa計），其中含丙酮摩爾分數為5%。用清水作吸收劑。塔頂送出的廢氣含丙酮摩爾分數為0.263%。塔底送出來的溶液，Ikg含丙酮61.2g。根據上述測試數據計算氣相體積總傳質系數KYa。操作條件下的平衡關系為丫* =2.0X。上述情況下，每小時可回收多少千克丙酮？若把填料層加高3m，可以多回收多少丙酮？解計算體積總傳質系數 KYa先從已知數據求Ng相平衡常數m =2y10 05y =0.05, Y y -0.0526,y11-0.050 00263y2 =0.0026

35、3, Y20.002641 _0.00263X2 =0塔底排出的水溶液，每I000g含丙酮61.2g丙酮的摩爾質量為 58kg / kmolXi61.2/58(1000 _61.2)/18= 0.0202傳質單元數NG : Y j ln Y亠0.0526 0.00264(0.0526 2x0.0202 )-(0.00264 0=8ln°.°526 -2 °.02020.00264 _0Ng也可用吸收因數法計算0526 -。00264 顯47GX1 -X20.0202 -0m =2,LmG2.47_ 2=1.24Y2 _Y*0.00264 -0Y -Y* 一 0.0

36、526 0= 0.0502從教材圖5-23查得NOG =8或用計算式求出 罟=£嚴811Nogln1 mGL1 一匹餡-Y* *mG L/-LY2-Y；10.81l-0 81嚴0.0526-00.0026400 81=8.03Z 6已知填料層高度Z =6m，計算H°g0.75Nog 8G再從式 Hog計算KYaKYa Q惰性氣體流量 G =2000 (1 -0.05)=2000 0.95 m>h (20 C,101.33kPa)理想氣體在273K、01.325kPa時的摩爾體積為 22.4 m3 / kmol在298K、01.325kPa下的摩爾體積為22.4 298

37、 二24.45用/kmol273_2000 0.95G 二一24.45=77.7kmol/h,塔徑 DT =0.88 m塔截面積Q =中 °；=寸 乂(0.88 j =0.608m2體積總傳質系數G77.73KYa170 kmol /(m h)Hog Q 075 x0.608(2)每小時丙酮回收量為G(Y -Y = 77.7工(0.0526-0.00264)=3.88kmol/h58 3.88 = 225kg/h填料層加高 3m, Z=6 -3 =9m, H°g =0.75Z 9L則 Nog12,1.24OG HogO.75mG從教材圖5-23查得 仝=0. 0 2 3YY

38、2 =0.023 Y =0.023 X0.0526 =0.00121填料層Z =9m時，丙酮的回收量為G(Y -丫2)=77.7(0.05260.00121 尸 3 .99kmol/h多回收丙酮3. 9 9 3 48 .(knhol/ h也可以如下計算G(Y _丫，2)=77.7 0.00264 -0.00121 i=0.111kmol/h【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合氣中的溶質A，以逆流方式操作。進入塔底混合氣中溶質A的摩爾分數為1% ,溶質A的吸收率為90%。此時，水的流量為最小流量的1.5倍。平衡線的斜率m=l。試求：(1)氣相總傳質單元數 Nog ； (2)若想使混合氣中溶

39、質 A的吸收率為95%，仍 用原塔操作，且假設不存在液泛，氣相總傳質單元高度Hog不受液體流量變化的影響。此時，可調節什么變量，簡便而有效地完成任務？試計算該變量改變的百分數。解 已知 y<, =0.01，=0.8, m =1，X2 =0y0.01“丫 =0.0101, y2 =(1* =(1-0.9) X0.0101 =0.001011 1-0.01(1)計算氣相總傳質單元數NogI 丫 f Y0.01010.001010 9G minX1 X2Y/m X20.0101/1-=1.5 -=1.5 0.9=1.35GG minL 1.35mG =1.35Nog1 mGT"InI

40、 彳 _mG #Y mX2 _匚丿 V -mX2=厶山吊一丄Y00101-0 L丄 J 64 11 K 1.35 人0.00101 _0 丿 1.35（2）要想使吸收率從90%提高到95%，可增大吸收劑用量填料層高度Z = H。g N。g對于已有的填料塔，其填料層高度已定，吸收劑用量改變不會改變Hog。因此，Ng不會改變，仍為 Nog =4.64。新工況下，丫'2=1 - ¥=1 -0.95 0.0105.05 10-丫'2 _mX2丫 _mX25.05 10-0.0101=0.05用 64與丫漾 "°5，從圖523查得2.1, m=1,故 L =

41、2.1mGG為了使吸收率從90%提高到95%, L/G需要從1.35增加到2.1，增加的百分數為2 1 _1 35100 =55.5%1.35【5-21】某填料吸收塔的填料層高度已定，用清水吸收煙道氣中的CO2 , CO2的組成為 0.1（摩爾比），余下氣體為惰性氣體，液一氣比為 180，吸收率為95%。操作溫度為30C,總壓為 2MPa。CO2水溶液的亨利系數由教材中表 5-1查取。試計算下列 3種情況的溶質吸收率 、吸收 液（塔底排出液體）組成 X!、塔內平均傳質推動力 厶人，并與原有情況進行比較：（1）吸收劑由清 水改為組成為0.0001 （摩爾比）的CO2水溶液；（2）吸收劑仍為清水，

42、操作溫度從 30C改為20C；（3）吸收劑為清水，溫度為30C。由于吸收劑用量的增加，使液-氣比從180增加到200。解 總壓 p =2MPa, Y, =0.1（1） X2 =0改為 X '2 =0.0001新工況的Y；計算Gz此時，H"K不會改變，因填料層高度Z為一定值，所以N OG任不變。原工況Nog 二1ln mG'1 _mG Y -mX2 '+ mG IL 人丫2 _mX2 丿 L _新工況N'ogmX2 '2 -mX'21mGL因NoG，故_mX2_mX2_ Yi _mX '2_Y'2_mX '2Y =

43、0.1,丫2 =Y(1 - ) =0.1 (1 -0.95) =0.005X2 =0, X '2 =0.0001E =188 MPaY'2 =0.0139查得30 C時CO2水溶液的m =E/ p =188/2 =94將上述數據代入式(a)0.1 _00.1 _94 0.00010.005 _0 _Y'2 一94 0.0001解得新工況的吸收率'=1 -丫'2/Y =1 -0.0139/0.1 =0.861吸收液組成計算已知L/G =180原工況 & =GfY 篦計X2 =°.1 一°005+0=0.0005281 L 

44、9; 12 丿 2180G0.1 -0.0139新工況X '1 =(Y Y'2 bx '2 =+0.0001 =0.000578L*f180平均傳質推動力的計算方法按原工況計算 NoGmG/ L =94 /180 =0.52221 In 1 -0.5222"-。0.005 _0 丿5222原工況Y 丫20.10.005丫 =0.0196mNog4.84因N 'og = Nog =4.84新工況Y -YY '1 i'20.10.0139n A d 7RYm -u. U 1 / om n 'og4.84方法原工況.Y =Y1 -X=

45、Y -mX0W 94 .0 00052.= 0 0 5 0 3 7Nog”1_0.5222= 4.84空=冷丫2*= Y> 一mX =0.005-0 =0. 0051nY Y20.05037-0.005 d 0.05037 1n0.005=0.0196新工況31=Y1_mX2g194 >0 0005 7=80 0 4 5 6 7宜=丫 mX2 =0.0139 94X0.0001 =0.0045= 0.01780.04567 _ 0.0045 , 0.04567 1n0.0045從上述計算結果可以看出:當吸收劑組成由X2 =0增加到X； =0.0001時,傳質推動力由.富m =0.0

46、196降為.-；Yn =0.0178溶質吸收率 由=0.95降為 >0.861吸收液組成由Xt =0.000528增至 X； =0.000578對現有吸收塔，吸收劑入塔組成增大，使傳質推動力降低，而導致溶質吸收率下降。如果不需要計算平均傳質推動力的數值，而只需對比，則可如下計算。N°g二N°g新工況CYn 原工況八£(Y -丫2 y Nog(Y -丫2 y Nog丫 -丫2丫 -丫!0.10.01390.10.005=0.906 X2 =0，操作溫度從30 C改為20 C查得20C時CO2水溶液的E=144 MPam 二 E / p = 144 /2 = 7

47、2新工況的Y2計算匹=皂=0.4L 180原工況 Nog =4.8 4（前面已計算）新工況Nog11 mGLmGmX2 I-mX2 *mGL10.61n卩.6斗I'丫2 -0+0.4因 Nog = N 0亍4.84006 +0 41丫214.84 1n0 61n 10.06+0 4 L 904 H .丿.嚴単，0.4丫2丫2 =0.00336新工況的吸收率m=1_Y2 /丫 =1 0 00336 0/1 =0 966吸收液組成計算原工況 Xi =0. 0 0 0 5 2前面已計算）m' G '0 10 00336新工況Xi = （Y 丫2 計X2 = +0 =0.000

48、536L*180平均傳質推動力計算丫 _丫20.1 _0.005原工況 .譏=丫_-0.0196 （前面已計算）Nog 484因N°g=N。芋4. 84新工況仆丫丄 00 =0.02Nog4.84m減?。瑐髻|從上述計算結果可知，對現有吸收塔，當操作溫度降低，平衡線斜率減小（即推動力增大，導致溶質的吸收率增大。（3） X0，溫度 30C, m=94原工況L/G=180 mG / L =94/180 =0. 522新工況L/ G 2 0 0 mG/ L 94/200 0 4 7新工況的丫2計算原工況Ng新工況N°g=4. 8 4 （前面已計算）mG/mG 丫羊-mx2、L 1

49、丫2 -mX2 丿mGLL因 Nog=N ° 芋 4. 84解得Y2 =0.00423新工況的吸收率m =1 丫2 /Y 1= 4 0 0 0 4 2 3 0 1. 0 9 5 8吸收液組成計算原工況 X1 =0. 0 0 0 5 前已計算）亠廣十滬'G'0 10 00423新工況 X1-丫2） X2110=0.0004792 ' ' 200平均傳質推動力計算原工況 .憂二丫二 =0.1 -0.005 =0.0196（前已計算）Nog4.84新工況Nog=N。亍4.84二0.0.00423484=0.0198從上述計算結果可知，對現有吸收塔，當吸收劑用

50、量增加，操作線斜率增大，傳質推動力增 大，導致溶質的吸收率增大?！?-22】有一逆流操作的吸收塔，其塔徑及填料層高度各為一定值，用清水吸收某混合氣體中的溶質。若混合氣體流量G,吸收劑清水流量 L及操作溫度與壓力分別保持不變，而使進口混合氣體中的溶質組成 Yi增大。試問氣相總傳質單元數Nog、混合氣出口組成 丫2、吸收液組成 Xi及溶質的吸收率n將如何變化？并畫出操作示意圖。解 填料層高度Z已定，且氣象總傳質單元高度H°g 不變，故Nog不變。3 QHog 物系一定，操作溫度及壓力不變， 故氣液相平衡常數 m定，且G及L不變，故L/Gm一定。 因Nog與L/Gm各為一定值，從教材中 N

51、°g的計算式（5-76）或圖5-23可知丫2曲2為一定值。且策 _mX2吸收劑為清水，故 X2=0，則丫2為一定值。即隨著 丫1的增大，丫2按一定比例增大。如習題 5-22附 丫圖所示，氣相進口組成由 丫1增大到Yi',則氣相出口組成由 丫2增大到 操作線斜率L/G不變，因丫1增大到Yi',附圖中的操作線由 TB線平行上移為T b'線。T BXi增大到X；。習題5-22附圖Y2故吸收率r =i-不變。Yi線與水平的等丫線交墊橫坐標Xi為新條件下的液相出口組成。即吸收液組成由解吸塔嚀電.002（戰童廿歸"8i習題5-23附圖解吸塔計算【5-23】由某種

52、碳氫化合物（摩爾質量為ii3kg /kmol）與另一種不揮發性有機化合物（摩爾質量為i35kg / kmol ）組成的溶液，其中碳氫化合物占8% （質量分數）。要在100C、101.325kPa （絕對壓力）下，用過熱水蒸氣進行解吸,使溶液中碳氫化合物殘留 0.2% （質量分數）以內，水蒸氣用量為最小用量的2倍。氣液相平衡常數m=0.526，填料塔的液相總傳質單元高度H°l= 0 .5m。試求解吸塔的填料層高度。£ =mX =2!G =2 J104 -0.00239 *72L min0.0547 -0mG0.0526 3.72 =0.511X1 -Y2 /m1 - mGX2 _Y2/m ,mG1n Id -0.51n 0.104 +0.51U=6.31 -0.5110.00239Z = Hol Nol =0.5 ：6.3 =3.15m傳質系數計算和吸收劑部分循環【5-24】現一逆流吸收填料塔，填料層高度為 8m