化工基本知识气体吸收典型例题题解.ppt

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1、第8章 吸收 典型例题题解,例1：在总压1200kPa ,温度303k下，含CO25.0%（V%）与含CO2 1.0g/l 的水溶液相遇，问：发生吸收还是解吸？并以分压差表示传质的推动力。,解：,判断传质的方向，即将溶液中溶质的平衡分压pe 与气相中的分压进行比较。,解吸,相平衡关系的应用,例2：惰性气体与CO2的混合气体中，CO2的体积分数为30% ，在表压1 Mpa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（表压）至20kPa ，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关系，操作温度为20oC ，求1kg水在膨胀

2、槽中最多能放出多少kg的CO2气体？,解：吸收塔塔底气相中CO2的分压（绝对压）,查 25oC下，CO2在水中溶解的亨利系数,CO2在水中的饱和浓度(最大浓度),膨胀槽内CO2发生解吸,解吸后,CO2在气、液相中的浓度是呈平衡的。解吸气的总压力（即膨胀槽中压力）为,25oC时水的饱和蒸气压,可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。,液相中的CO2浓度,膨胀之前水中的CO2含量,膨胀之后水中的CO2含量,例3： 扩散传质速率方程式的应用-气相扩散系数的测定 在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体，该组分通过静止气层 z 扩散至管口被另一股气流 B 带走。紧贴液面上方组分A的分压为液体A

3、在一定温度下的饱和蒸气压，管口处A的分压可视为零。组分A的汽化使扩散距离 z 不断增加，记录时间与 z的关系。,0 10 9.34 20 24.9 30 46.7 40 74.8 50 109.0 60,在101.3kPa , 48oC下，测定CCl4在空气中的扩散系数。,解：,作拟定态处理，某时刻，扩散距离为 z时的分子扩散速率,在d时间内汽化的CCl4量=CCl4扩散出管口的量,在直角坐标上，以 z2为纵坐标，为横坐标，得直线的斜率B，其中含扩散系数 D,ky 小或 m小，气膜控制,kx 小或 m大，液膜控制,传质阻力的问题,平均推动力方法的另一种表达方式：,当气液平衡关系可以用亨利定律来

4、表示时，y=mx,例1：吸收塔根据流程画操作线,根据流程画操作线,例2：解吸塔根据流程画操作线,操作线在平衡线的下方因为,例1： 吸收塔高（填料层高）的计算 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨-空气混合气中的氨，混合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨 摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa，温度为293k，在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x ，总传质系数 Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是最小液气比的1.2倍，求所需塔高为多少？,解：,填料层高度的计算：,求NOG,方法1：,方法2

5、：,例2：解吸塔设计型计算,用煤油从空气与苯蒸汽的混合气中吸收苯。所得吸收液在解吸塔中用过热水蒸汽进行解吸，待解吸的液体中含苯0.05（摩尔分率，下同），要求解吸后液体中苯的浓度不超过0.005 ，在解吸操作条件下，平衡关系为y=1.25x ，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s) ,填料的体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s) 。过热蒸汽的用量为最小用量的1.2 倍。试求： （1）过热蒸汽的用量；（2）所需填料层的高度,解：,分析 HOG HOL NOG NOL 的关系：,例1：用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为 ，操作采用的液气比是最小液气比的倍。物系平

6、衡关系服从亨利定律。试以、 两个参数列出计算NOG的表达式。,解：,综合例题,例2：,用清水吸收混合气中的SO2 ，气体经两塔后总的回收率为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。,解：,例2：,HETP-分离作用等同于一块理论板的实际填料层的高度。,若应用板式塔进行吸收，根据塔板效率，由理论塔板数换算到实际塔板数。,Np 为达到同样分离效果所需要的实际塔板数。,理论塔板数N与传质单元数NOG之间的关系：,吸收操作的调节,调节的目的：增大吸收率,调节的方法：改变吸收剂的入口条件，包括：

7、流量L 、浓度x2 、温度t 三方面。,（1）流量L的调节,流量L的调节作用是有限的。,分析最大吸收率的问题,（2）x2的调节,x2的调节主要受解吸过程的限制。,（3）温度t的调节,温度t受到冷却器换热能力的限制和冷却剂用量的限制。,例 1：气体处理量的变化对吸收操作的影响,某吸收塔在101.3kPa ,293K下用清水逆流吸收丙酮-空气混合物中的丙酮，当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95% 。已知物系在低含量下的平衡关系为y=1.18x ,操作范围内总传质系数Kya近似与气体流率的0.8次方成正比。今气体流率增加20% ，而液量及气液进口浓度不变，试求： 1、丙酮的回收率有何变化？ 2

8、、单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？ 3、吸收塔的平均推动力有何变化？,解：,原工况下：,利用填料层高度不变这一特点。,新工况：,解之： 得,结论：气相传质控制时，适当增加气体的流量（增加设备的生产能力），尽管吸收率有所减小，但是吸收的绝对量增加（由于传质速率增加所致），有着实际意义。,例2：填料容积传质系数的计算 在高度为6m的填料塔内用纯溶剂吸收某混合气体中的可溶组分。在操作条件下相平衡常数为0.5 ，L/G=0.8 ，回收率为90% 。现改换另一种填料，装填高度仍为6m 。在相同操作条件下，经测定回收率提高到95% 。试计算新填料的体积传质系数Kya是原填料体积传质系数的多少倍？,解：,

9、例3：第1类操作型问题的计算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，采用的液气比为3 ，入塔气体中可溶组分的摩尔分率y1=0.01 ，回收率为90% 。已知操作条件下物系的相平衡关系为y=2x 。现因解吸操作不良，使吸收剂入塔的浓度x2升到了0.00035 , 试求： （1）回收率变为多少？（2）塔底流出液的浓度x1变为多少？,解：,填料不变，气相流率、液相流率不变，HOG不变，所以NOG不变，即,物料衡算,例4：操作型问题的计算 在15oC 、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽的摩尔分数为0.0145 ，硫酸进、出塔的浓度（摩

10、尔%）均为80% ，这种浓度的硫酸溶液液面上所产生的平衡水汽的摩尔分数为ye=1.0510-4 。已知该塔的容积传质系数Kya与气相流量的0.8次方成正比 。空气通过该塔被干燥至含水汽摩尔分数0.000322 。现将空气的流量增加一倍，则出塔空气中的水汽含量变为多少？,解：,原工况,求出,新工况,实际吸收水汽量的变化,结论：气相传质控制时，适当增加气体的流量（增加设备的生产能力），尽管吸收率有所减小，但是吸收的绝对量增加（由于传质速率增加所致），有着实际意义。,例5：第2类操作型问题的计算 在填料层高为 6m 的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸气。混合气流速为200kmol/(m2 h),其初始苯体

11、积含量为2% ，入口洗油中不含苯，流量为40kmol/(m2 h) 。操作条件下相平衡关系为y=0.13x ，体积传质系数 Kya 近似与液量无关，值为 0.05 kmol/(m3. s) 。若希望苯的吸收率不低于95% ，问：（1）能否满足要求？（2）若保证回收率达到95% ，所需洗油量为多少？（3）若因故洗油中苯的初始含量变为 2.5% （摩尔%），仍保证回收率达到95% ，则所需洗油量变为多少？,解： （1）,（2）增加L,不变,在塔内 H=6m ,达到 95% 回收率所需的传质单元数,试差迭代解得：,（3）,则S减小 ,由S计算出L （L将增加）。,例6：一填料塔，内装二段填料，每段的

12、高度均为 5.5m ,处理二股溶质浓度不同的混合气体，其摩尔流率皆为 0.02kmol/(m2. s) ，初始浓度分别为5% 和 1% (v%) ，吸收剂不含溶质，其摩尔流速为 0.04kmol/(m2. S) 。已知操作条件下相平衡关系为 y=0.8x ，吸收过程的 Kya=0.32G0.7 kmol/(m3. s) ，（G 的单位为 kmol/(m2. s) ）。若要求出塔气体浓度小于0.1% , 问：（1）较稀的气体由塔中部（二段填料中间）进入，能否满足要求？（2）若二股气体事先混合后，再由塔底进入塔内，则结果又如何？,解：,先设能够满足分离要求，气体出口浓度 ya=0.001,自塔2段

13、计算起，仍根据填料层高度是否够用为判断依据。,塔的 1段,塔顶出口浓度可以达到,（2）若二股气体事先混合好由塔底进入,即，塔顶气体出口浓度,结论：组成不同的物料之间的混合对吸收是不利的。在实际生产中，采取塔中间某处进料时，应使得进料处的塔内气体组成等于此股气体的组成。这样分离效果最好，或达到预定分离要求，所需的填料层高度最小。,例1：一填料吸收塔吸收某低浓度混合气体中可溶组分，现因故x2升高了，保持其他操作条件不变，则y2 x1将如何变化？,采用近似分析法：,例2：在一填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的低浓度氨，若L加大，其余操作条件不变，则 y2 x1 将如何变化？,采用近似分析法：,定性

14、分析题,例3：在一填料塔中处理低浓度气体混合物，若G加大，其余操作条件不变，则 y2 x1 将如何变化？,采用近似分析法：,例4：在一填料塔中处理低浓度气体混合物，若G加大，但要求吸收率不下降，有人说只要按比例增大L（即保持L/G不变）就能达到目的，这是否可行？,解：,例5：解吸填料塔操作中，如液体进口浓度 x1 增加，而其余操作条件不变，假设气液均在低浓区，试分析 气液出口组成 y1 x2 的变化情况。,采用近似分析法：,再分析 x2,例6 ：,采用近似分析法：,解吸：,吸收：,对比易混淆的公式：,例：填料塔塔径和压降的计算：用水洗涤混合气中的SO2 。需要处理的气体量为1000m3/h ，

15、实际用水量为27155lg/h 。已知气体的密度G=1.34kg/m3 ，液相密度与水相同， L=1000kg/m3 。操作压强为101.325kPa ，温度为20oC ，试求填料（乱堆填料）吸收塔的塔径。,解： （1）计算泛点气速,（2）计算塔径,根据压力容器公称直径标准，圆整为DT=0.8m,(Lw) min=0.08 m3/(m.h),填料的比表面积at=190,操作条件下，塔内实际的喷淋密度为,（3）改选其他填料再计算塔径,应权衡塔体费用和填料费用，使总费用最少。,（4）压降计算,应用拉西环时：,应用鲍尔环时：,填料塔(packed tower)与板式塔(tray tower)的比较：,1、填料塔操作范围小，特别是对于液体负荷的变化更为敏感。 2、填料塔不宜处理易聚合或含有固体悬浮物的物料。 3、当气液接触过程中需要换热时；或需要有侧线出料、进料时， 不宜采用填料塔。 4、乱堆填料塔直径一般认为不宜超过1.5m ，而板式塔直径一般不 小于0.6m 。 5、板式塔的设计比较准确，安全系数可取得更小。 6、填料塔造价便宜。 7、填料对泡沫(froth)有限制和破碎的作用，对易起泡物系填料塔 更适合 8、对腐蚀性物系，填料塔更适合。 9、对热敏性物系，填料塔更适合，因塔内滞液量比板式塔少。 10、填料塔的压降比板式塔小，因而对真空操作更为适宜。,