化工原理第章气体吸收典型例题题解ppt课件.ppt

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CO21 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1Mpa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 0109 342024 93046 74074 850109 060 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 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HOGHOLNOGNOL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 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 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 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 05 10 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 m2h 其初始苯体积含量为2 入口洗油中不含苯 流量为40kmol m2h 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 05kmol 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 7kmol 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y2x1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y2x1将如何变化 采用近似分析法 定性分析题 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y2x1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y1x2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 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 08m3 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 packedtower 与板式塔 traytower 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