化工原理刘伟编第二版第五章吸收答案

1000?273.151001???39.7kmol/h 303.15101.32522.4（1?0．）09?36.1kmol/h 惰性气体流量 G?39.7L?46.2?36.1?1668kmol/h 吸收用水量 ?18?1668?3?104kg/h ③出塔水溶液的组成

X1?Y1?Y20.0989?0.00495??2.03?10?3 L/G46.2【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20℃时CO2水溶液的亨利系数E?144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比L/G及溶液出口组成X1。(2)试求总压改为1MPa时的L/G及X1。

解 (1)总压p?0.1MPa时L/G及X1

Y1?y10.02??0.02041, Y2?0.001，X2?0 1?y11?0.02m?E/p?144/0.1?1440

Y1?Y20.02041?0.001?L????1369 ???G?minY1/m?X20.02041/1440?0L?L??1.2???1.2?1369?1643 G?G?minX1?X2?G0.02041?0.001?1.18?10-5 ?Y1?Y2??0?L1643(2) 总压p?1MPa时的L/G及X1

m?E/p?144／1?144

(L/G)min?0.02041?0.001?136.9

0.02041/144L/G?1.2(L/G)min?1.2?136.9?164.3

X1?0.02041?0.001?1.18?10?4

164.3从上述计算结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa，溶液出口组成从1.18?10?5增加到1.18?10?4。

【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为Y*?0.36X，

3／(m?s)。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为气相总传质系数KYa?0.015kmol0.015kmol／(m2?s)。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动

力法及吸收因数法的计算式计算。

解 (1)气相总传质单元高度HOG计算 入塔混合气的流量

G'=?0.015 kmol／(m2?s) Ωy1?0.02,KYa?0.015 kmol／?m3?s?

惰性气体流量 ?HOGGG'015??1?0．02??0.0147kmol／(m2?s) ?1?y1??0．ΩΩG0.0147???0．98 m KYaΩ0.015(2) 气相总传质单元数HOG计算

Y1?y10.02??0．0204，回收率??0．99 1?y10.98Y2?Y1?1???= 0.0204?1?0.99?= 2.04?10?4

x2?0.0002,X2?x2?0.0002

①吸收因数法计算NOG

X1*?Y1／m?0.0204／0.36?0.0567

Y?Y2L0.0204?0.000204?L??1.5???1.5?1?1.5??0.536 *GG0.0567?0.0002X?X??min12mG0.36??0.672 L0.536NOG???mG?Y1?mX2mG?1ln??1??? ?mG??LY?mXL?22?1?L1???0.0204?0.36?0.0002?ln??1?0.672???0.672?? 1?0.672??0.000204?0.36?0.0002??

??12② 对数平均推动力法计算NOG

Y?YL?12GX1?X2

X1?X2?Y1?Y2 L/G0.0204?0.000204?0.0379

0.536 ?0.0002?Y1*?mX1?0.36?0.0379?0.0136

Y2*?mX2?0.36?0.0002?0.000072 ?Y1?Y1?Y1*?0.0204?0.0136?6.8?10?3

?Y2?Y2?Y2*?0.204?10?3?0.072?10?3?0.132?10?3

?Y1??Y26.8?10?3?0.132?10?3?Ym???1.69?10?3

?Y6.8lnln10.132?Y2NOG?Y1?Y20.0204?0.000204??12 ?Ym1.69?10?3(3)填料层高度Z计算

Z?HOGNOG?0.98?12?11.8m

【5-17】混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成X1?6?10?4（摩尔比）。混合气体处理量为2240m3/h（按标准状态，273.15K, 101325Pa），塔径为1.5m。亨利系

(m3?h?kmol/m3)。试求每小时用数E?188MPa，液相体积总传质系数KL?a?50kmol，水量及填料塔的填料层高度。

解 (1)用水量计算

y1?0.1，Y1?0.10.005?0.111，Y2?0．005,Y2 ??5.03?10?3，X1?6?10?4，X2?0 0.90.9952240?100kmol／h 22.4混合气流量 'G?惰性气体流量 G?G'?1?y1??100?1?0.1??90kmol／h 用水量 L?G(Y1?Y2)90(0.111?0.00503)??1.59?10?4kmol/h ?4X1?X26?10 ?1.59?104?18?2.86?105kg/h (2) 填料层高度Z计算

c??s/Ms?995.7/18?55.3kmol/m3 水溶液的总浓度 体积传质系数 KXa?cKLa?55.3?50?2765 kmol/(m3?h) 液相总传质单元高度 HOLL1.59?104??KXaΩ2765???(1.5)24

?3.26m ①对数平均推动力法计算NOL

m?气液相平衡常数 E188??94 p2X1*?Y1／m?0.111／94?1.18?10?3

*X2?Y2/m?0.00503/94?5.35?10?5

*?X1?X1?X1?1.18?10?3?6?10?4= 5.8?10?4

*?X2?X2?X2?5.35?10?5?0?5.35?10?5

?X1??X2 58?10?5?5.35?10?5?Xm??=2.209?10?4 ?5?X58?10ln1ln?X15.35?10?5液相总传质单元数

NOLX1?X26?10?4?0?? ?2.72 ?Xm2.209?10?4②吸收因数法计算NOL

L1.59?104??1.879 mG94?90NOL??L?X2?X1*L??ln??1??? ?*LmGmGX?X???11?1?mG1??10?1.18?10?3ln??1?1.879??1.879??2.73 ??4?31?1.879?6?10?1.18?10?填料层高度 Z?HOL?NOL?3.26?2.73?8.9m

【5-18】气体混合物中溶质的组成Y1?0.02（摩尔比），要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y*?1.0X。

(1)试求下列3种情况下的液相出口组成X1与气相总传质单元数NOG (利用教材中图5-23)，并迸行比较，用推动力分析NOG的改变。3种情况的溶质回收率均为99%。

①入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G?2.0； ②入塔液体为纯吸收剂，液-气比L／G?1.2；

③入塔液体中含溶质的组成X2?0.0001（摩尔比），液-气比L／G?1.2。

／G)min?0.8，溶质的回收率最大可(2)入塔液体为纯吸收剂，最小液-气比(L达多少？