1气体吸收计算中

一 填空 1 气体吸收计算中 表示设备 填料 效能高低的一个量是 传质单元高度 而表示传 质任务难易程度的一个量是 传质单元数 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为 双膜理论 溶质渗透理论 表面更新 理论 3 如果板式塔设计不合理或操作不当 可能产生 严重漏液 严重泡沫夹带及 液泛 等不正常现象 使塔无法工作 4 在吸收塔某处 气相主体浓度 y 0 025 液相主体浓度 x 0 01 气相传质分系数 ky 2kmol m2 h 气相传质总 Ky 1 5kmol m2 h 则该处气液界面上气相浓度 yi应为 0 01 平衡关系 y 0 5x 5 逆流操作的吸收塔 当吸收因素 A1 漂流因数可表示为 它反映 由于总 BM P P 体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率 7 在填料塔中用清水吸收混合气中 HCl 当水量减少时气相总传质单元数 NOG 增加 8 一般来说 两组份的等分子反相扩散体现在 精流 单元操作中 而 A 组份通过 B 组份 的单相扩散体现在 吸收 操作中 9 板式塔的类型有 泡罩塔 浮阀塔 筛板塔 说出三种 板式塔从总体上看汽液 两相呈 逆流 接触 在板上汽液两相呈 错流 接触 10 分子扩散中菲克定律的表达式为 气相中的分子扩散系数D dz dC DJ A ABA 随温度升高而 增大 增大 减小 随压力增加而 减小 增大 减小 12 易溶气体溶液上方的分压 小 难溶气体溶液上方的分压 大 只要组份在气相中的分压 大于 液相中该组分的平衡分压 吸收就会继续进 行 13 压力 减小 温度 升高 将有利于解吸的进行 吸收因素 A L mV 当 A 1 时 对逆流操作的吸收塔 若填料层为无穷高时 气液两相将在塔 顶 达到平衡 14 某低浓度气体吸收过程 已知相平衡常数 m 1 气膜和液膜体积吸收系数分别为 kya 2 10 4kmol m3 s kxa 0 4 kmol m3 s 则该吸收过程及气膜阻力占总阻力的百分数分 别为 气膜控制 约 100 该气体为 易 溶气体 二 选择 1 根据双膜理论 当被吸收组分在液相中溶解度很小时 以液相浓度表示的总传质系数 B A 大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C 小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子 A A 1 B 1 C 1 D 不一定 3 在吸收塔某处 气相主体浓度 y 0 025 液相主体浓度 x 0 01 气相传质分系数 ky 2kmol m2 h 气相传质总 Ky 1 5kmol m2 h 则该处气液界面上气相浓度 yi应为 B 平衡关系 y 0 5x A 0 02 B 0 01 C 0 015 D 0 005 4 已知 SO2水溶液在三种温度 t1 t2 t3下的亨利系数分别为 E1 0 0035atm E2 0 011atm E3 0 00625atm 则 A A t1t2 C t1 t2 D t3 t1 5 逆流操作的吸收塔 当吸收因素 A 1 且填料为无穷高时 气液两相将在 B 达到平衡 A 塔顶 B 塔底 C 塔中部 D 不确定 6 对一定操作条件下的填料吸收塔 如将填料层增高一些 则塔的 HOG将 C NOG将 A A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断 7 吸收塔的设计中 若填料性质及处理量 气体 一定 液气比增加 则传质推动力 A 传质单元数 B 传质单元高度 C 所需填料层高度 B A 增大 B 减小 C 不变 D 不能判断 8 料塔中用清水吸收混合气中 NH3 当水泵发生故障上水量减少时 气相总传质单元数 NOG A A 增加 B 减少 C 不变 D 不确定 三 计算 1 某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽 混合气流速为 V 16kol 操作压力 2 mh P 101 3kPa 已知容积传质系数 6 64 3 mhkmolaky 6 16 3 mhkmolakL 相平衡关系为 式中气相分压的单位是 kPa 平衡浓度单位是 AA cp62 4 A p 3 mkmol 求 1 容积总传质系数及传质单元高度 2 液相阻力占总传质阻力的百aKy OG H 分数 解 1 由亨利定律 xHcHcExP M mxy MMM ccPHcm0456 0 3 101 62 4 3 6 16mhkmolcackak MMLx kmolmh c c ak m M M x 1075 2 6 16 0456 0 33 ak m akaK xyy 11 kmolmh 0182 01075 2 6 64 1 33 3 9 54mhkmolaKy 291 0 9 54 16 m aK V H y OG 1 液相阻力占总阻力的百分数为 1 15151 0 0182 0 1075 2 1 3 aK akm y x 2 2 低含量气体逆流吸收 试证 2 1 ln 1 1 y y L mV NOG 式中为塔底的吸收推动力 为塔顶的吸收推动力 e yyy 111 e yyy 222 证明 由物料衡算得 22 yy L V xx 低浓度吸收 mxye 22 yy L mV mxye 22 221 22 22 1 ln 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 mxy mxy L mV y L mV L mV mxy L mV y L mV dy dy yy L mV mxy yy dy N y y y y y y e OG 2121 yyVxxL 1221 mxmxy L mV y L mV 得 2 1 22 11 ln 1 1 ln 1 1 y y L mV mxy mxy L mV NOG 3 某填料吸收塔用含溶质的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分 采用液气比0002 0 2 x L V 3 气体入口质量分数回收率可达 已知物系的平衡关系为01 0 1 y90 0 y 2x 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至 试求 00035 0 2 x 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 1 x 解 1 001 0 9 01 01 0 1 12 yy 667 0 3 2 1 VL m A 1 1 1ln 1 1 1 22 11 Amxy mxy A A NOG 38 5 667 0 20002 0 001 0 20002 001 0 667 0 1ln 667 0 1 1 当上升时 由于不变 不变 2 xH OG H 也不变 即 OGOG HHN 667 0 200035 0 200035 0 01 0 667 0 1ln 667 01 1 38 5 2 y 0013 0 2 y 87 0 01 0 0013 0 01 0 1 21 y yy 3 物料衡算 2121 xxLyyV 2211 xyy L V x 00325 0 00035 0 0013 001 0 3 1 4 有一填料吸收塔 在 28 及 101 3kPa 用清水吸收 200m3 h 氨 空气混合气中的氨 使 其含量由 5 降低到 0 04 均为摩尔 填料塔直径为 0 8m 填料层体积为 3 m3 平衡关 系为 Y 1 4X 已知 Kya 38 5kmol h 问 1 出塔氨水浓度为出口最大浓度的 80 时 该 塔能否使用 2 若在上述操作条件下 将吸收剂用量增大 10 该塔能否使用 注 在此条件下不会发生液泛 解 1 05263 0 05 0 1 05 0 1 Y0004 0 0004 0 1 0004 0 2 Y 惰性气体流量 hkmolV 69 7 05 0 1 301 273 4 22 200 0376 0 4 1 05263 0 1 1 m Y X0301 0 80 0 11 XX hkmol XX YYV L 34 13 00301 0 0004 0 05263 0 69 7 21 21 01046 0 0301 0 4 105263 0 111 mXYY 0004 0 22 YY 00308 0 ln 2 1 21 Y Y YY Ym m YK YYV Z mYa 74 6 00308 0 8 0785 0 5 38 0004 0 05263 0 69 7 2 21 该塔现有填料层高度 mZ6 8 0785 0 3 2 因为 所以该塔不适合 Z Z 2 吸收剂用量增大 10 时 hkmolL 67 1434 131 1 hkmol XXX YYV L 67 14 0 0004 0 05263 0 69 7 121 21 0274 0 1 X 01424 0 0274 0 4 105263 0 111 XmYY 0004 0 22 YY 00387 0 0004 0 01424 0 ln 0004 0 01424 0 m Y m YK YYV Z mYa 36 5 00387 0 8 0785 0 5 38 0004 0 05263 0 69 7 2 21 因为 所以该塔适合 Z Z 5 一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分 A 已知操作条件下气相总传质单元高度 为 1 5m 进塔混合气组成为 0 04 A 的摩尔分率 下同 出塔尾气组成为 0 0053 出塔 水溶液浓度为 0 0128 操作条件下平衡关系为 Y 2 5X 试求 1 液气比为最小液气比 的多少倍 2 所需填料层高度 3 若气液流量和初始组成不变 要求尾气浓度降至 0 0033 求此时填料层高度为若干米 解 1 液气比为最小液气比的多少倍 0417 0 04 0 1 04 0 1 Y00533 0 0053 0 1 0053 0 2 Y 01297 0 00128 0 1 00128 0 1 X 804 2 001297 0 00533 0 0417 0 21 21 XX YY VL 18 2 5 2 0417 0 00533 0 0417 0 1 21 21 21 min mY YY XX YY VL 则 286 1 18 2 804 2 min VL VL 2 所需填料层高度 OGOG NHZ 892 0 804 2 5 2 LmVS 11 5 892 0 000533 0 00417 0 892 01ln 892 0 1 1 1ln 1 1 22 21 S mXY mXY S S NOG 故 mNHZ OGOG 67 7 11 5 5 1 3 此条件下的填料层高度 00331 0 0033 0 1 0033 0 2 Y 52 7 892 0 000331 0 00417 0 892 0 1ln 892 0 1 1 1ln 1 1 22 21 S mXY mXY S S NOG mNHZ OGOG 28 1152 7 5 1 6在一逆流操作的吸收塔内用吸收剂吸收混合气中的溶质 A 混合气的摩尔流量为 105kmol h 溶质浓度为 0 05 摩尔分率 下同 回收率为 95 进入系统的吸收液量为 65 kmol h 其中溶质浓度为 0 01 操作压强为 202 7 kPa 操作温度下的溶液的亨利系数为 16 2 kPa 要求 1 在 Y X 图上画出吸收过程的操作线和平衡线 并标出塔顶 塔低的状态点 再 计算气相总传质单元数 2 若采用吸收液部分循环流程 循环量为 20 kmol h 进入系统的吸收剂量和组成 不变 回收率不变 且知吸收过程为气膜控制 试绘出该过程的操作线并求出气 相传质单元数 解 1 X1及 NOG的计算 进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为 hkmolV 75 99 05 0 1 105 进塔气体中溶质 A 的浓度为 05263 0 05 0 1 05 0 1 Y 出塔气体中溶质 A 的浓度为 00263 0 95 0 1 5263 0 1 12 A YY 进塔纯溶剂的摩尔流量为 hkmolL 35 64 01 0 1 65 进塔吸收剂中溶质的浓度为 0101 0 01 0 1 01 0 1 Y 物系的相平衡常数 08 0 7 202 2 16 P E m 脱吸因数 7 0956 7 88 3914 0 LmVS 对全塔作溶质 A 的物料衡算可求得塔低吸收液中溶质浓度为 0876 0 00263 0 05263 0 35 64 75 99 0101 0 2121 YY L V XX 根据 和 在本题附图 1 中画出原操作线 11 YX 22 YX 附图 1 气相总传质单元数可由下式计算 即 原操作线 循环操作线 Y 0 08X 0 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 00 020 040 060 080 1 X Y 676 3 124 0 0101 0 08 0 00263 0 0101 0 08 0 05263 0 124 0 1ln 124 0 1 1 1ln 1 1 22 21 S mXY mXY S S NOG 3 吸收液部分循环时的情况 LX2 根据题意画出如本题附图 2 所示的流程图 2 VY 循环吸收液的摩尔流量用表示 其中纯溶剂的 R L 流量为 对整个系统作溶质的物料衡算可知不 R L 1 X 变 即0876 0 1 X 则 1 1 XLL RR R L hkmolLR 39 18 0876 0 1 20 新鲜吸收液与循环吸收液混合后的浓度为 2 X 1 VY 212 XLLXLLX RR LX1 附图 2 2 39 1835 64 0876 0 39 180101 0 35 64 X 解得 0273 0 2 X 因要保持回收率不变 故00263 0 2 Y 0964 0 39 1835 64 75 9908 0 LmVS 吸收液部分循环时的传质单元数为 OG OG N S XmY XmY S S N 12 5 0964 0 0273 0 08 0 00263 0 0273 0 08 0 05263 0 0964 0 1ln 0964 0 1 1 1ln 1 1 22 21 已知吸收过程为气膜控制 液体流量对的影响可忽略不计 故在吸收液有部分循 OG H 环情况下 要达到同样的回收率 需较高的填料层 根据上述的计算值 即 和 可在本题附图 1 上画出相应的循环操作线 11 YX 22 Y X 由图可看出 操作线与平衡线之间距离变小 也即吸收推动力变小了 7 某逆流操作的吸收塔 用清水洗去气体中的有害组分 已知该塔填料层总高度为 9m 平 衡关系 Y 1 4X 测得气体进 出口浓度 Y1 0 03 Y2 0 002 液体出口浓度 X1 0 015 均 为摩尔比 试求 1 操作液气比 L V 2 气相总传质单元高度 HOG 3 如果限定 气体出口浓度 Y2 0 0015 为此拟增加填料层高度 在保持液气比不变的条件下应增加多 少 解 1 操作液气比 L V 87 1 0015 0 002 0 03 0 21 21 XX YY VL 2 气相总传质单元高度 HOG 因 OGOG NHZ 749 0 87 1 4 1 LmVS 004 6 749 0 0002 0 003 0 749 0 1ln 749 0 1 1 1ln 1 1 22 21 S mXY mXY S S NOG 故 5 16 9 OGOG NZH 3 ZZ 由题意知 0 0015 其它条件不变 则 不变 2 Y 5 1 OG H 新情况下的传质单元数为 98 6 749 0 00015 0 003 0 749 0 1ln 749 0 1 1 1ln 1 1 22 21 S mXY mXY S S NOG 故 mZZ mNHZ OGOG 47 1947 10 47 1098 65 1 8 某厂吸收塔填料层高度为 4m 用水吸收尾气中的有害组分 A