第八章习题

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？

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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

11m??Kykykx1NOG。 出发，试证NOL?A

习题13 附图

*11. 低浓度气体逆流吸收，试证：

NOG??y1ln1mG?y21?L

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62

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·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）， 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。

19．某填料吸收塔用过热水蒸汽吹出洗油中的苯，入塔液体中苯的摩尔分率为0.05，要求解吸率97%，该物系相平衡关系为y=2.8x，采用的过热蒸汽用量为最小气体用量的1.3倍，该填料的传质单元高度HOG=0.3m，试求该塔的填料层高度。

吸收过程的操作型计算

20．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

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22

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。

21．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/m.s。清水的喷淋密度0.018 kmol/（m.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.s）,操作条件下亨利系数为60kPa。

试求排出气体中氨的浓度。

*22. 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。

*23. 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, 且已知该塔的容积传质系数Kya∝G。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？

-4

0.8

2

2

2

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