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第七章
练习题 1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量
分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。
y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903
y2?
?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为
Y1? Y2?0.09031?0.09030.0034?0.0993
1?0.0034?0.0034
由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。
第八章
练习题2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）
的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数E?1.66?10kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3。
解：水溶液中CO2的浓度为
5c?350/1000kmol/m3?0.008kmol/m3 44997.8kmol/m3?55.43kmol/m3 18对于稀水溶液，总浓度为 ct?水溶液中CO2的摩尔分数为
c0.008x???1.443?10?4
ct55.435?4 由 p*?Ex?1.66?10?1.443?10kPa?23.954kPa
气相中CO2的分压为
p?pty?101.3?0.03kPa?3.039kPa < p*
故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO2的分压表示的总传质推动力为
?p?p*?p?(23.954?3.039)kPa?20.915kPa
练习题7. 某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为221 m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料
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塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为Y?2.75X；气相总吸收系数为3?10kmol/(m?s)；填料的有效比表面
?42积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。
解：（1）惰性气体的流量为
qn,V?50?(1?0.05)kmol/h?47.5kmol/h
对于纯溶剂吸收
?qn,L??q?n,V?qn,L??q?n,V?Y1?Y2??m?A ???minY1/m?X2?200??2.632 ???min47.5?1.6依题意
(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?47.5/360022 m?0.277m?43?10?221?0.9?0.798填料塔的直径为
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D?4Ω4?0.277? m?0.594m π3.14练习题11. 某制药厂现有一直径为 0.6 m，填料层高度为6 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某
混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = 1.5 X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。
解：改造前填料层高度为
Z?HOGNOG
改造后填料层高度为
?NOG? Z??HOG?NOG?故有Z??HOG
ZHOGNOG由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故
??HOG HOGS??S
对于纯溶剂吸收X2?0，Y2*?0 由 NOG?1ln[(1?S)Y1?Y2*?S]
1?SY2?Y2*故 NOG?Y1ln[(1?S)1?S] 1?SY2Y1ln[(1?S)1?S] 1?SY2???NOG因此，有
Y1?S]Y2?Z? ?Zln[(1?S)Y1?S]Y2ln[(1?S)操作液气比为
qn,Lqn,V?Y1?Y20.02?0.004??4
X1?X20.004?0S?mqn,Vqn,L?1.5?0.375 40.02?0.375]Z?0.002??1.509
0.02Zln[(1?0.375)?0.375]0.004Z??1.509?6m?9.054m
ln[(1?0.375)精选文档
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填料层增加的高度为
?Z?Z??Z?(9.054?6)m?3.054m
练习题12. 若吸收过程为低组成气体吸收，试推导HOG?HG?1HL。
A解：HG?qn,Vkya?qHL?n,L
kxa?1mqn,V ?Aqn,L
S?qmqqqq11m1 HL?n,V?n,Vn,L?n,V(?)?n,VAkya?qn,Lkxa?a?kykxa?KYq 由 HOG?n,V
KYa?1 故 HOG?HG?HL
AHG?
作业题3. 在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测
得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y?0.032、c?1.06koml/m。气膜吸收系数
3kG=5.2×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=1.55×10-4 m/s。假设操作条件下平衡关系服
从亨利定律，溶解度系数H＝0.725 kmol/(m3·kPa)。
（1）试计算以?p、?c表示的总推动力和相应的总吸收系数；
（2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 ?p?p?p*?pty? 其对应的总吸收系数为
c1.06?(110.5?0.032?)kPa?2.074kPa H0.725111112???(?)(m?s?kPa)/kmol KGHkLkG0.725?1.55?10?45.2?10?6?(8.899?103?1.923?105)(m2?s?Pa)/kmol?2.012?105(m2?s?Pa)/kmol
KG?4.97?10?6kmol/(m2·s·kPa)
以液相组成差表示的总推动力为
?c?c*?c?pH?c?(110.5?0.032?0.725?1.06)kmol/m?1.504kmol/m 其对应的总吸收系数为 K?L3311H?kLkG?110.725?1.55?10?45.2?10?6m/s?6.855?10?6m/s
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（2）吸收过程的控制因素
气膜阻力占总阻力的百分数为
1/kGKG4.97?10?6???100%?95.58% ?61/KGkG5.2?10气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
作业题5. 在101.3 kPa及25 ℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。
已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103 kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。
（1） 试计算吸收液的组成；
（2） 若操作压力提高到1013 kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。
解：（1）Y1?y10.04??0.0417 1?y11?0.04 Y2?y20.002??0.002 1?y21?0.002E4.13?103 m???40.77
pt101.3吸收剂为清水，所以 X2?0
?qn,L??q?n,V?Y1?Y20.0417?0.002???38.81 ???minY1/m?X20.0417/40.77?0 所以操作时的液气比为
?qn,Lqn,L?1.45??qqn,V?n,V? ???1.45?38.81?56.27?min 吸收液的组成为 X1?qn,Vqn,L?Y1?Y2??X2?1??0.0417?0.002??0?7.054?10?4 56.27E4.13?103 （2） m????4.077
?pt1013??Y1?Y20.0417?0.002???3.881 ??0.0417?minY1/m??X2?04.077???qn,L??qn,L? ?
?q???1.45??q???1.45?3.881?5.627?n,V??n,V?min?q ?n,L?q?n,V??qn,V?1?3 X1??? Y?Y?X??0.0417?0.002?0?7.055?10?????122?q?5.627?n,L?精选文档
化工原理作业和练习题
