化工原理下册--第六章吸收习题答案

6 1 已知在 101 3 kPa 绝对压力下 100 g 水中含氨 1 g 的溶液上方的平衡 氨气分压为 987 Pa 试求 1 溶解度系数 H kmol m 3 Pa 1 2 亨利系数 E Pa 3 相平衡常数 m 4 总压提高到 200 kPa 表压 时的 H E m 值 假设 在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律 氨水密度均为 1000 3 mkg 解 1 根据已知条件 PapNH987 3 3 5824 0 1000 101 17 1 3 mkmolcNH 定义 333 NHNHNH Hcp PamkmolpcH NHNHNH 34 109 5 333 2 根据已知条件可知 0105 0 18 10017 1 17 1 3 NH x 根据定义式 333 NHNHNH xEp 可得 PaENH 4 1042 9 3 3 根据已知条件可知 00974 0 101325 987 33 ppy NHNH 于是得到 928 0 333 NHNHNH xym 4 由于和仅是温度的函数 故和不变 而HE 3 NH H 3 NH E 与和相关 故 p E px Ex px p xym Tp309 0928 0 3 1 3 NH m 分析 1 注意一些近似处理并分析其误差 2 注意 和的影响因素 这是本题练习的主要内容之一 EHm 6 2 在 25 下 CO2分压为 50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触 1 含 CO2为 0 01 mol L 的水溶液 2 含 CO2为 0 05 mol L 的水溶液 试求这两种情况下 CO2的传质方向与推动力 解 由亨利定律得到 22 50 COCO ExkPap 根据 化工原理 教材中表 8 1 查出 kPaECO 5 1066 1 25 2 所以可以得到 4 1001 3 2 CO x 又因为 34 5 25 10347 3 181066 1 1000 2 2 2 mkPakmol EM H OH OH CO 所以得 34 0167 05010347 3 222 mkmolpHc COCOCO 于是 1 为吸收过程 3 0067 0 mkmolc 2 为解吸过程 3 0333 0 mkmolc 分析分析 1 推动力的表示方法可以有很多种 比如 用压力差表示时 kPa H c p CO CO CO 9 29 10347 3 01 0 4 2 2 2 推动力 吸收 kPap 1 20 kPa H c p CO CO CO 4 149 10347 3 05 0 4 2 2 2 推动力 解吸 kPap 4 99 或者 用摩尔分数差表示时 由 判断出将发生吸收过程 推动力 4 108 1 18 1000 01 0 2 CO x 4 10201 1 x 由 判断出将发生解吸过程 推动力 4 109 2 CO x 4 1099 5 x 2 推动力均用正值表示 6 3 指出下列过程是吸收过程还是解吸过程 推动力是多少 并在 x y 图上表 示 1 含 SO2为 0 001 摩尔分数 的水溶液与含 SO2为 0 03 摩尔分数 的混合气 接触 总压为 101 3 kPa t 35 2 气液组成及总压同 1 t 15 3 气液组成及温度同 1 总压为 300 kPa 绝对压力 解 1 根据 化工原理 教材中表 8 1 知 T 35 时 SO2 的 故kPaE 4 10567 0 56 3 101 10567 0 4 P E m 根据相平衡关系 得 056 0 001 0 56 AA mxy 由于 所以将发生解吸过程 传质推动力为 AA yy 026 0 03 0 056 0 y 2 T 15 时 SO2的 故kPaE 4 10294 0 29 3 101 10294 0 4 P E m 根据相平衡关系 得 029 0 001 0 29 AA mxy 由于 所以将发生吸收过程 传质推动力为 AA yy 001 0 029 0 03 0 y 3 同理可知 当 T 35 p 300 kPa 时 故kPaE 4 10567 0 9 18 P E m 0189 0 001 0 9 18 AA mxy 由于 所以将发生吸收过程 推动力为 AA yy 0111 0 0189 0 03 0 y 示意图见题 6 3 图 题 6 3 图 分析分析 体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变 即吸收和解吸 6 4 氨 空气混合气中含氨 0 12 摩尔分数 在常压和 25 下用水吸收 过程 中不断移走热量以使吸收在等温下进行 进气量为 1000 m3 出口气体中含氨 0 01 摩尔分数 试求被吸收的氨量 kg 和出口气体的体积 m3 解解 惰性气体量 进口中 NH3 之量为 出口中 NH3 3 88088 0 1000mV 3 120m 之量为 于是总出气量 880 9 被吸收的 NH3量为 3 9 88 0 12 0 99 0 01 0 120m 3 889m 为 77 3kg mol4544 2988 314 101325889 0 01 298314 8 1013251000 12 0 分析分析 1 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准 一般不以体积为基准 此 处由于温度和压力均不变 故摩尔数的变化正比于体积的变化 所以以体积作为衡 算的基准 2 本题是并流还是逆流 有区别吗 3 如何才能不断移走热量 该用填料塔还是板式塔 4 不移走热量对吸收有什么影响 6 5 一浅盘内存有 2mm 厚的水层 在 20 的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到 大气中 假定扩散始终是通过一层厚度为 5mm 的静止空气膜层 此空气膜层以 外的水蒸气分压为零 扩散系数为 2 6 10 5m2 s 大气压强为 1 013 105Pa 求 蒸干水层所需时间 解 本题中水层 Z 的变化是时间的函数 且与扩散速率有关 1 2 21 21 ln B B BB AA A p p pp pp RTZ DP N 查教材附录水的物理性质得 20 时水的蒸汽压为 2 3346kPa 已知条件为 3 101 97 983346 2 3 101 3 101 0 3 101 22 1221 kPappP kPapkPapkPapkPap BA BBAA 代入上式得 smkmol p p pp pp RTZ DP N B B BB AA A 26 5 1 2 21 21 1003 5 97 98 3 101 ln 97 98 3 101 0 3 101 005 0 293314 8 3 1011060 2 ln 水的摩尔质量 设垂直管截面积为 A 在时间内汽化的水量kmolkgM 18 d 应等于水扩散出管口的量 即 则AdZ M AdNA sm MN d dZ A 10054 9 1000 181003 5 8 6 在 到 之间积分 得0 0 Z0 m Z 3 102 s 4 8 3 1021 2 10054 9 102 6 6 含组分 A 为 0 1 的混合气 用含 A 为 0 01 均为摩尔分数 的液体吸收其 中的 A 已知 A 在气 液两相中的平衡关系为 液气比为 0 8 求 yx 1 逆流操作时 吸收液出口最高组成是多少 此时的吸收率是多少 若 5 1 G L 各量又是多少 分别在 y x 图上表示 2 若改为并流操作 液体出口最高组成是多少 此时的吸收率又是多少 解解 1 逆流操作 题 6 6 图 a 时 已知 题 6 6 图 01 0 01 0 1 01 0 2 X11 0 1 01 1 0 1 Y 当 以及塔高无穷高时 在塔底达到两相平衡 题 8 9 图 b 18 0 mVL 根据物料衡算可知11 0 1 1max1 mYXX 03 0 01 0 11 0 8 011 0 2 112 XX V L YY 此时 吸收率为 7 72 11 0 03 0 11 0 E 当 以及塔高无穷高时 在塔顶达到吸收平衡 题 8 9 图 b 15 1 mVL 仍可以根据物料衡算 求出01 0 2 2min2 mXYY min2121 YYVXXL 077 0 1 X 9 90 11 0 01 0 11 0 E 2 并流操作且时 题 8 9 图 c 因为 所以有8 0 VL H 11 mXY 根据操作线关系 有 V L XX YY 12 12 式 联立 求得 0655 0 11 YX 于是 5 40 11 0 0655 0 11 0 E 分析分析 逆流吸收操作中 操作线斜率比平衡线斜率大时 气液可能在塔顶呈平 衡 此时吸收率最大 但吸收液浓度不是最高 操作线斜率小于平衡线斜率时 气液在塔底呈平衡 吸收液浓度是最高的 但吸收率不是最高 6 7 用水吸收气体中的 SO2 气体中 SO2 的平均组成为 0 02 摩尔分数 水 中 SO2 的平均浓度为 1g 1000g 塔中操作压力为 10 13kPa 表压 现已知气相 传质分系数 0 3 10 2kmol m2 h kPa 液相传质分系数 0 4 m h 操作 G k L k 条件下平衡关系 求总传质系数 KY kmol m2 h 50yx 解解 根据 11111111yy pp p K yy yyp p K yy yy K y y y y KYYKN AAYY YYYA 和 AAGA ppKN 得 11yypKK GY 现已知 因kPap 4 111 02 0 y 4 1081 2 181000641 641 50 A mxy 此要先根据下式求出才能求出 G K Y K LGG HkkK 111 因此还要求出 H kPamkmol pmx cx p c H A A A A 3 01 0 50 4 111 181000 于是便可求出 kPahmkmolKG 2 0017 0 和 hmkmolKY 2 187 0 分析分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系 第二目的是了解各系数的量 级 6 8 在 1 013 105Pa 27 下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气 甲醇在气 液两 相中的浓度很低 平衡关系服从亨利定律 已知 H 0 511 kPa m3 kmol 气膜吸 收分系数 kG 1 55 105kmol m2 s kPa 液膜吸收分系数 kL 2 08 105 m s 试 求吸收总系数 KG并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数 解解 根据定义式和 可知 AALAAGA ccKppKN H c p A A GL K H K 1 所以只要求出即可 又 G K 24371673417637 075 0 1098 1 1 1067 5 1111 3 5 LGG HkkK 所以 PahmkmolKG 25 101 4 hmKL 02 0 因为为气相阻力 为总阻力 故 G k 1 G K 1 4 722437117637 总阻力气相阻力 分析分析 此题应和题 6 9 一起综合考虑 6 9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇 操作温度为 27 压强为 1 013 105Pa 稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为 37 5mmHg 液相中甲醇浓度为 2 11kmol m3 试根据题 6 8 中有关数据计算出该截面的吸收 速率 解解 吸收速率可以用公式 求出 其中 ppKN GA kPap07 5 kPa H c p 3 3 10023 1 955 1 102 kPasmkmol Hkk K LG G 25 55 1012 1 1008 2 955 1 1 1055 1 1 1 11 1 于是可得 smkmolNA 2535 1068 5 10023 1 07 51012 1 分析分析 1 此时 根据 还可以 55 1068 5 07 5 1055 1 iiGA pppKN 计算出气液界面气相侧中的甲醇分压 以及液相侧中的甲醇浓kPapi405 1 度 此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 3 748 2 mkmolHpc ii 2 是不是题目有些问题 含 5 甲醇的空气似乎应是入口气 体 因此 应是出塔液体的浓度 而此液体的浓度也太低了 质量分数仅为 3 2mmol 0 0064 这些水又有何用呢 3 若将题目中 甲醇浓度改为 则质量分数为 6 4 便可以用精馏 3 2mkmol 法回收其中的甲醇 6 10 附图为几种双塔吸收流程 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 并标出两塔对应的气 液相进出口摩尔分数 ya xa y2x2 y1x1 xa x2 y2 y1 y2 a b c d ABAB ABAB y1x1 ya xa y2x2 y1x1 xa ya x2 y2 x3 题 6 10 附图 c x 0 x y mx y3 B y1 23 A x1 y2 d x 0 x y mx y2 B y3 21 A x3 y1 6 11 在某逆流吸收塔内 于 101 3kPa 24 下用清水吸收混合气体中的 H2S 将其浓度由 2 降至 0 1 体积分数 系统符合亨利定律 E 545 101 3kPa 若吸收剂用量为最小用量的 1 2 倍 试计算操作液气比及出 口液相组成 解解 已知 y1 0 02 y2 0 001 P 101 33KPa KPa1052 5 E 4 则 0204 0 02 0 1 02 0 1Y 001 0 001 0 1 001 0 Y2 75 544 33 101 1025 5 P E m 4 5 517 75 544 0204 0 001 0 0204 0 m Y1 Y2 Y1 V L min 25 7665 1755 1 V L 5 1 V L min 又据全塔物料衡算 2121 Y YVX XL 1X 5 105 2001 0 0204 0 25 776 1 2XY2 Y1 L V 1X 即操作液气比为 776 25 出口液相组成 X1为 V L 5 105 2 6 12 用纯水逆流吸收气体混合物中的 SO2 SO2的初始浓度为 5 体积分数 操作条件下的相平衡关系为 y 5 0 x 分别计算液气比为 4 和 6 时气体的极限出 口浓度 解解 当填料塔为无限高 气体出口浓度达极限值 此时操作线与平衡线相交 对于逆流操作 操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数 m 的相对 大小 当 时 操作线与与平衡线交于塔底 由相平衡关系可以4 GL0 5 mGL 计算液体出口的最大浓度为 01 0 5 05 0 1 max 1 m y x 由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为 01 0 001 0 405 0 211min 2 xx G L yy 当 操作线与平衡线交于塔顶 由平衡关系可以计算气6 GL0 5 mGL 体极限出口浓度为 0 2min 2 mxy 由物料衡算关系可求得液体出口浓度为 00833 0 6 05 0 min 2121 yy L G xx 从以上计算结果可知 当时 气体的极限残余浓度随增大而mGL GL 减小 当时 气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度 而与吸收剂mGL 的用量无关 6 13 在某填料吸收塔中 用清水处理含 SO2的混合气体 逆流操作 进塔气体 中含 SO2为 0 08 摩尔分数 其余为惰性气体 混合气的平均相对分子质量取 28 水的用量比最小用量大 65 要求每小时从混合气中吸收 2000kg 的 SO2 已知操作条件下气 液平衡关系为 计算每小时用水量为多少立方米 xy7 26 解 根据题意得 087 0 08 0 1 08 0 1 1 1 1 y y Y 根据吸收的 SO2质量求得混合气中惰性气体的流量 hkmolV 375 35992 0 08 0 64 2000 根据物料衡算 221 087 0 375 359 64 2000 YYYV 解得 5 2 1035 4 Y 又 67 26 7 26 087 0 1035 4 087 0 5 21 21 min XX YY V L e 则 hkmolLL 1058 1 375 3597 2665 165 1 4 min 则每小时的用水量为 hmLMV 1085 2 1000181058 1 354 水 6 14 用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收 可溶组分的回收率为 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 解 令进塔气体浓度为 y1 则出塔气体浓度为 x2 0 1yy 12 m 1x 2y 1y G L G L min 21 21 G L xx yy m y x x yy1 1 1 m 1 11 由上题证明的结果 L G m 1 y y ln N 2 1 OG 又 1 1111 y y ymxy 10 122 yyy 1 1 2 1 y y 1 1 1 ln NOG 6 15 在一填料吸收塔内 用含溶质为 0 0099 的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质 的 85 进塔气体中溶质浓度为 0 091 操作液气比为 0 9 已知操作条件下系 统的平衡关系为 假设总体积传质系数与流动方式无关 试求 1 xy86 0 逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度 2 逆流操作与并流操作平均吸 收推动力之比 解 解 逆流吸收时 已知 y1 0 091 x2 0 0099 所以 01365 085 01091 0 1 1 y 2 y 09584 0 9 0 01365 0 091 0 0099 0 L 21 2 x 1 x yy V 0824 009584 0 86 0 X86 0Y 1 1 008514 0 0099 0 86 0 2X86 0 Y 2 0086 00824 0 091 0 YYY 111 005136 0 008514 001365 0 Y YY 222 005136 0 0086 0 ln 005136 0 0086 0 Y Y ln YY Ym 2 1 21 51 11 00672 0 01365 0 091 0 Y Y2Y1 NOG m 改为并流吸收后 设出塔气 液相组成为 进塔气 1 Y 1 X 物料衡算 121 Y YVL X X 2 将物料衡算式代入 NOG中整理得 1 122 ln 1 1mXYmXYVLmNOG 逆流改为并流后 因 KYa不变 即传质单元高度 HOG不变 故 NOG不变 所以 11 86 0 0099 0 86 0 91 0 ln 9 0 86 0 1 1 51 11 xy 由物料衡算式得 0999 0 X9 0Y 11 将此两式联立得 0568 0 X1 0488 0 Y1 84 1 00366 0 00672 0 N Y Y Y OG 12 m 84 1 00366 0 00672 0 Y Y m m 由计算结果可以看出 在逆流与并流的气 液两相进口组成相等及操作条件相 同的 情况下 逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力 6 16 今有逆流操作的填料吸收塔 用清水吸收原料气中的甲醇 已知处理气量 为 1000m3 h 标准状况 原料气中含甲醇 100g m3 吸收后的水中含甲醇量 等于与进料气体相平衡时组成的 67 设在标准状况下操作 吸收平衡关系为 甲醇的回收率为 98 Ky 0 5 kmol m2 h 塔内填料的有效比xy15 1 表面积为 190 m2 m3 塔内气体的空塔流速为 0 5 m s 试求 1 水的用量 2 塔径 3 填料层高度 解解 下面计算中下标 1 表示塔底 2 表示塔顶 根据已知操作条件 有 hkmolV 52 41125 3 64 44 1032 1001000 4 22 1000 3 0753 0 52 41 125 3 1 Y 00151 0 981 12 YY 0 2 X 0609 0 15 1 1 115 1 1 11 1 Y Yy x 67 1 x0408 0 1 x0425 0 1 1 1 1 x x X 1 根据全塔的甲醇物料衡算式 可以得出用水量 2121 YYVXXL hkmol XX YYV L 04 72 00425 0 00151 0 0753 0 52 41 21 21 2 塔径 可圆整到 0 84m m u V D s T 814 0 5 0 3600100044 3 由于是低浓度吸收 故可以将近似为 并存在 xy15 1 XY15 1 Yy KK 则可进行以下计算 填料层高度 OGOGH NH 先计算气相总传质单元数 m OG Y YY N 21 2 1 21 ln Y Y YY Ym 0264 0 0425 0 15 1 0753 0 111 YYY 00151 0 222 YYY 49 8 OG N 再计算气相总传质单元高度 m aK V aK V H yY OG 79 0 84 0 4 1905 0 52 41 2 最终解得mH7 6 分析分析 1 这是一个典型的设计型问题 即已知工艺要求 希望设计出用水量 塔径和塔高 2 若不进行以上近似 则可按下述方法求解 yydHaKdyV y 式中 气体总流量 V 于是 yyaK dyV dH y 对上式进行积分得 1 2 y y y yyaK dyV H 当然此时也会随着流量变化而变化 求解时还需要做另外的近似 y K 3 或者做以下近似处理 1111YY YY K Y Y Y Y KyyKYYKN yyyYA 得 11 1 YY KK yY 其中 可取和的平均值 可取和的平均值 Y 1 Y 2 Y Y 1 Y 2 Y 取 0384 0 2 21 YY Y 0213 0 2 00425 0 2 21 XX X 0244 0 0213 0 15 1 mXY 则 hmkmolKY 2 0471 0 0213 0 10384 0 1 5 0 mHOG835 0 841 0 4 190471 0 25 41 2 481 8 06 72 25 4115 1 00151 0 0753 0 06 72 25 4115 1 1ln 06 72 25 4115 1 1 1 1ln 1 1 22 21 L mV mXY mXY L mV L mV NOG mHNH OGOG 1 7481 8 835 0 以上两种方法的计算结果具有可比性 6 17 在一填料吸收塔内 用清水逆流吸收空气中的 NH3 入塔混合气中 NH3的 含量为 0 01 摩尔分率 下同 吸收在常压 温度为 10 的条件下进行 吸 收率达 95 吸收液中 NH3含量为 0 01 操作条件下的平衡关系为 xy5 0 试计算清水流量增加 1 倍时 吸收率 吸收推动力和阻力如何变化 并定性画 出吸收操作线的变化 解 解 吸收率增加 吸收推动力增加 0 y y 0 5x x 2 1 x1x 1 2 是清水增加一倍时的操作线 斜率增加 推动力增大 6 18 某吸收塔用 25mm 25mm 的瓷环作填料 充填高度 5m 塔径 1m 用清水 逆流吸收流量为 2250m3 h 的混合气 混合其中含有丙酮体积分数为 5 塔顶 逸出废气含丙酮体积分数将为 0 26 塔底液体中每千克水带有 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 单元高数 HOG及体积吸收系数 Kya 2 每小时回收的丙酮量 kg h 解 解 1 M丙酮 58 01828 0 18 100058 60 58 60 x1 由全塔物料衡算 59 2 001828 0 0026 0 05 0 y 21 21 xx y G L 772 0 59 2 2 m GLA I 19 7 772 0 0026 0 05 0 772 0 1ln 772 0 1 1 1 1 1ln 1 1 1 22 21 Amxy mxy AA NOG 695 0 19 7 5 OG OG N H H aK G HOG y h T TV G mol 0 92 298 273 4 22 2250 4 22 0 smkmol H G aK OG Y 3 2 0469 0695 0 36001 4 0 92 2 每小时回收的丙酮量为 hkgMyyG 9 252580026 0 05 0 0 92 21 6 19 在一填料层高度为 5m 的填料塔内 用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分 当液气比为 1 0 时 溶质回收率可达 90 在操作条件下气液平衡关系为 y 0 5x 现改用另一种性能较好的填料 在相同的操作条件下 溶质回收率可 提高到 95 试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍 解 解 本题为操作型计算 NOG 宜用脱吸因数法求算 原工况下 S mX Y X Y ln S 1 1 NOG 22 21 m 5 0 L mV S 因 X2 0 则 10 9 01 1 1 1 Y Y X Y X Y 2 1 22 21 m m 703 4 5 0 95 0 1 1 5 0ln 5 01 1 NOG 466 1 41 3 5 N Z K V H OG Y OG a 新工况 即新型填料 下 703 45 0 95 0 1 1 5 0ln 5 0 1 NOG 063 1 703 4 5 N Z K V H OGYa OG 则 38 1 063 1 466 1 H H K K OG OG Ya Ya 即新型填料的体积传质系数为原填料的 1 38 倍 讨论 对一定高度的填料塔 在其他条件不变下 采用新型填料 即可提高 KYa 减小传质阻力 从而提高分离效果 6 20 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氮 混合气入 塔的摩尔流率为 0 03kmol m2 s 清水的喷淋密度 0 018 kmol m2 s 进口气体 中含氮体积分数为 2 已知气相总体积吸收系数 Kya 0 1 kmol m3 s 操作条件 下亨利系数为 60kPa 试求排出气体中氮的浓度 解 6 0 3 10160 pEmmGL 6 003 0 018 0 即操作线与平衡线平行 此时 2221 mxyyyym m aK G H y OG 3 0 1 0 03 0 OGOGN HH 故 所以0 9 3 0 7 2 OG N 2 2121 y yy y yy N m OG 2 2 02 0 0 9 y y 解得002 0 2 y 6 21 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 气体入口摩尔分数 y1 0 001 回收率可达 90 已知物系的平 衡关系为 y 2x 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数 x2升至 0 00035 试求 1 可溶 组分的回收率下降至多少 2 液相出塔摩尔分数升高至多少 解 解 1 0 0010 9 0 01x 1 1 12 yy 38 5 667 0 0 0002 0 001 20002 0 01 0 667 0 1ln 667 0 1 1 1 1 1ln 1 1 1 667 0 3 2 m 22 11 Amxy mxy A A N VLA I OG 当上升时 由于 H 不变 不变 2 x OG H 也不变 即 OGOG HHN 87 0 01 0 0013 0 01 0y 0013 0 667 0 200035 0 200035 0 01 0 667 0 1 ln 667 0 1 1 38 5 1 21 2 2 y y y Xy X 3 物料衡算 00325 0 00035 0 0013 001 0 3 1 2211 2121 X xyy L V x xxLyyV 6 22 用一填料塔逆流吸收空气中的氨 单位塔截面上的混合气体流率为 0 036 kmol m2 s 含氨 2 摩尔分率 下同 新鲜吸收剂为含氨 0 0003 的水溶液 从塔顶加入 要求氨的回收率不低于 91 设计采用液气比为最小液气比的 1 3 倍 氨 水 空气物系的相平衡关系为 y 1 2x 已知气相总传系数 Kya 为 0 0483 kmol m3 s 过程为气膜控制 试求 1 所需塔高 2 若采用部分吸收剂再循环从塔顶加入 新鲜吸收剂用量不变 循环量与 新鲜吸收剂量之比为 1 10 为达到同样的回收率 所需塔高为多少 解 1 对吸收塔作物料衡算 112 1 0003 02 1 02 0 02 009 002 0 21 21 21 21 min xmy yy xx yy G L e 吸收塔内液气比为 446 1 1112 1 3 13 1 min G L G L 全塔物料衡算 2121 yyGxxL 其中 0018 0 02 0 91 0 11 12 yy 01289 00003 0 446 1 02 091 0 2 21 1 x GL yy x 全塔的传质单元数 74 6 0003 0 2 10018 0 01289 0 2 102 0 ln 446 1 2 11 1 ln 1 1 ln 22 11 22 11 2211 21 mxy mxy LGmmxy mxy mxymxy yy y y N m OG 所需塔高为 mN aK G NHH OG y OGOG 02 5 74 6 0483 0 036 0 2 当有部分吸收剂再循环后 吸收剂的入塔含量为 1 1 0003 0 1 0 1 0 1 0 12 1 2 1 2 x LL LxLx LL LxLx x 吸收塔内液气比 59 1 446 1 1 11 1 G L G LL G L总 全塔物料衡算 21 2 1 yyGxxL 2 2 21 1 59 1 02 0 91 0 xx GL yy x 总 联立 两式可解得 0129 0 1 x001445 0 2 x 全塔的传质单元数 23 17 2 10018 0 0129 0 2 102 0 ln 59 1 2 11 1 ln 1 1 22 11 mxy mxy LGm NOG 总 所需塔高 mN aK G NHH OG y OGOG 84 1225 17 0483 0 036 0 6 23 为测定填料层的体积吸收系数 Kya 在填料塔内以清水为溶剂 吸收空气 中低浓度的溶质组分 A 试画出流程示意图 指出需要知道哪些条件和测取哪 些参数 写出计算 Kya 的步骤 在液体流量和入塔气体中组分 A 浓度不变的情 况下 加大气体流量 试问尾气中组分 A 的浓度是增大还是减小 题 6 23 图 解解 流程如图 a 所示 由于 m Y YH YYV aK 21 所以 为了测出 需要知道物系的平衡关系 因而需要测定温度 以便于aKY 从手册中查找有关数据 还需测量进 出口的气 液流量及组成 塔径和填料 层的高度 求的步骤如下 1 在稳定操作条件下测出 L V 以及温度 1 2 0 1 2 2 依据平衡关系求出平均推动力 3 量出塔径 及填料层高度 H 4 2 4 将以上各量代入式 及求得 若加入大气体流量 尾气中组分 A 的浓度将增高 其分析如图 b 所示 分析分析 1 实验时要多测一些 L 和 V 条件下的数据以便总结出规律 2 试分析增大气体流量后 X1 会如何改变 3 测水流量 L 有何用途 6 24 某逆流操作的填料吸收塔 塔截面积 1m2 用清水吸收混合气中的氨气 混合气量为 0 06kmol s 其中氨的浓度为 0 01 摩尔分率 要求氨的回收率 至少为 95 已知吸收剂用量为最小用量的 1 5 倍 气相总体积吸收系数为 0 06kmol m3 s 且 G0 8 操作压力 101 33kPa 操作温度 30 在此条件 ay K 下 气液平衡关系为 试求 xy2 1 1 填料层高度 m 2 若混合气体量增大 则按比例增大吸收剂的流量 能否保证溶质吸收率不 下降 简述其原因 3 若混合气体量增大 且保证溶质吸收率不下降 可采取哪些措施 解 解 1 根据题意得 0101 0 1 1 1 1 y y Y 4 12 1005 5 95 0 10101 0 1 YY skmolyGV 0594 0 01 0 106 0 1 1 71 1 95 0 2 15 15 15 1 min m V L V L 全塔的传质单元数 36 6 71 1 2 1 01005 5 0 0101 0 71 1 2 1 1ln 71 1 2 1 1 1 1ln 1 1 4 22 21 L mV mXY mXY L mV L mV NOG 全塔的传质单元高度 m aK V H Y OG 99 0 06 0 0594 0 mNHH OGOG 3 636 6 99 0 2 假设能保证吸收率不下降 则有95 0 又因为 L 与 V 按比例增大 所以 则 V L V L 702 0 1 L mV A 则不变 2 2 YY OG N 又因为 2 0 8 0 V V V aK V H Y OG 则假设不成立 不能满足要求 1 2 0 VVHH OGOG HH 3 在 H 不变时 则 又因为与 m 均不变 需要 L 或者换 OG H OG N 用更加高效的填料 思考题思考题 6 1 吸收的目的和基本依据是什么 吸收的主要操作费用花费在哪里 吸收的目的和基本依据是什么 吸收的主要操作费用花费在哪里 答 目的是分离气体混