1气体吸收计算中.

1、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2 2ky=2kmol/mh,气相传质总 Ky=1.5kmol/m -h,则该处气液界面上气相浓度y、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A<1且填料为无穷高时，气液两相将在 塔低 达到

2、平衡。6单向扩散中飘流因子A>1。漂流因数可表示为P,它反映 由于总/ PBM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HCI，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 Ja二-DabA，气相中的分子扩散系数D随dz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

3、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=2x 10-4kmol/m3.s, k xa =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

4、示的总传质系数B 。近似等于液相传质分系数近似等于气相传质分系数。d不一定A大于液相传质分系数BC小于气相传质分系数D2单向扩散中飘流因子_AA >1 B <1 C =13 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2 2ky=2kmol/m - h，气相传质总Ky=1.5kmol/m - h，则该处气液界面上气相浓度y、应为_ B_.平衡关系y=0.5x。A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.0054 已知SO水溶液在三种温度 甘、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.0062

5、5atm，则一_A_At 1<t 2B t3>t 2Ct1>t2D t3<t 15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fG将_C_, N)G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_，传质单兀数 B，传质单兀高度 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NH,当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数

6、Nog A .A增加B减少C不变D不确定三、计算21某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/ (h m )，操作压力33P=101.3kPa。已知容积传质系数 kya = 64.6kmol/(h m ) , kLa =16.6kmol /(h m )，相平衡关系为pA =4.62ca (式中气相分压 pA的单位是kPa,平衡浓度单位是 kmol / m3 )。求: (1)容积总传质系数 Kya及传质单元高度Hog ； ( 2)液相阻力占总传质阻力的百分数。解：(1)由亨利定律P = Ex = Hc = Hcm xy = mx4.62m = Hcm /Pcm = 0.045

7、6cm101.33kxa =kLacM =16.6cm kmol / h mm _ 0.0456cmkxa16.6cm33-2.75 10 h m /kmol1Kya1kyakxa 64.62.75 103= 0.0182h m /kmol3Kya =54.9kmol/h mHog V 160.291(m)Kya54.9(1) 液相阻力占总阻力的百分数为:m/kxa1/Kya2.75 100.0182= 0.151 =15.1%2低含量气体逆流吸收，试证:NogIn7i72式中=yi = yi-yie为塔底的吸收推动力；.好2二y2 - y2e为塔顶的吸收推动力。证明：由物料衡算得:VX =X

8、2 *(y -y2)低浓度吸收ye = mxye 二 mX2 平(y y2)Nogyi dyy - yeyiy2mV；dyy - mx2 ( y2)Viy2(imVdy、丄/mV、)y ( y2 -mx2)“ mV、 mV()y ymx2Iny2 - mx2mV i -LL(Xi X2)=V(yi - y2)mVmVLYi_ Ly2 mx2 二 m为得Nog 二i,Yi - mxii,'7iInInimVy2 _ mx2 i mV Ly2LL3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L/V=3，气体入口质量分数yi =0.0i回收率可达=0.

9、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升至x2二0.00035，试求:(I) 可溶组分的回收率下降至多少?(2) 液相出塔摩尔分数 X；升高至多少?解： (i)yznyji - )=0.0i (I-0.9) =0.00i1 mA =_L/VOG1 ln( 1)yr mx1 y2 _ mxi11-0.667ln (1 -0.667)0.01 - 0.0002 20.001 -0.0002 20.667 = 5.38当X2上升时，由于 H不变，Hog不变 Nog =H / Hog也不变，即5.3811-0.667ln (1 -0.667)0.01 -0.00035 2

10、y2 -0.00035 20.667y2 70013一 y1 - y2y10.01-0.00130.870.01(3 )物料衡算VW -y2)=L(X1 -X2)洛=¥(% y2)X21=(0.01-0.0013 0.00035 = 0.003254有一填料吸收塔，在 28C及101.3kPa，用清水吸收200卅巾氨-空气混合气中的氨，使其 含量由5%笔低到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%寸，该塔能否使用？（ 2）若在上述操作条件下，将吸收剂用

11、量增大10%该塔能否使用？（注：在此条件下不会发生液泛）0.050.0004解: （1）Y-i0.05263Y20.00041-0.051-0.0004200273惰性气体流量V（1 - 0.05） = 7.69kmol / h22.4 301Y10.05263X1 ' 0.0376X1 = 0.80X1 0.0301m 1.4= 13.34kmol / h7.69 (0.05263 -0.0004)x1 _x20.0301 0:Y1 二 Y1 -mX1 =0.05263 -1.4 0.0301 = 0.01046m lYiIn.Y2=0.00308” V(Yi -YO7.69 (0.

12、05263 -0.0004) aZ26.74mKYa0AYm38.5 汉0.785 汉0.82 疋 0.00308该塔现有填料层高度 Z2 = 6m0.785 x0.82因为 Z Z 所以该塔不适合。(2 )吸收剂用量增大10%时L T.1 13.34 =14.67kmol/hV"丫2)7.69x(0.05263 0.0004)LXJX2X0=14.67kmol / hX= 0.0274 :-mX1 =0.05263 -1.4 0.0274 = 0.01424.丫2=丫2 = 0.0004Ym"二0.01424 -0.0004 ,0.01424 ln0.0004=0.003

13、87V(Y -丫2)7.69 (0.05263 -0.0004)38.5 0.785 0.820.00387=5.36m因为 ZZ所以该塔适合。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？0.041-0.0

14、4-0.04170.00530.005331 -0.0053X10.001281-0.00128= 0.01297Y -丫2x1 _x20.0417 -0.005330.01297 -0(L/V)minX1 -X丫 - Y2Yi / mO.°417 - °.00533 =2.i80.0417/2.5(L/V)(L/V)m.= 2.8042.i8“.286(2 )所需填料层咼度？Z - H og N ogS = mV / L = 2.5/2.804 0.8 9 21Y| - mX 2Nogln (1-S)- S1 -S丫2 -mX210.0417-0In (1 -0.892)

15、0.8921 - 0.8920.00533 - 0= 5.11故 Z=Hog Nog =1.5 5.11 = 7.67m（3）此条件下的填料层高度。Nog0.00331 -0.0033-0.0033111-Sln (1-S)¥ -mX2、2 - mX2S11 - 0.892In (1 -0.892)0.0417-00.00331 -00.892试绘出该= 7.52Z = Hog Nog =1.5 7.52 = 11.28m6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

16、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， 过程的操作线并求出气相传质单元数。解：（1）Xi及Nog的计算进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为：V =105 （1 -0.05） =99.75kmol/h进塔气体中溶质A的浓度为：0.05Y10.052631-0.05出塔气体中溶质A

17、的浓度为：原操作线丫2 =£(1 -0.5263 (1 -0.95) =0.00263进塔纯溶剂的摩尔流量为：L =65 (1 -0.01) =64.35kmol/h进塔吸收剂中溶质的浓度为：0.01 ¥ 0.01011-0.01E 162物系的相平衡常数：m = E =上三二0.08P 202.7脱吸因数S 二 mV/L=0.14 39.88/7.956= 0.7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：V99.75X1 =X2 + (Y -丫2)= 0.0101+(0.05263-0.00263=0.0876L64.35根据(X1，YJ和(X2,Y2)在本题

18、附图1中画出原操作线。附图1气相总传质单元数可由下式计算，即:OG11 -Sln (1-S) 丫丫2-mX2-mX2S循环操作11-0.124In (1-0.124)0.0526线-0.08 0.01010.00263-0.08 0.01010.124二 3.676(3) 吸收液部分循环时的情况根据题意画出如本题附图 2所示的流程图。循环吸收液的摩尔流量用 Lr表示，其中纯溶剂的流量为Lr，对整个系统作溶质的物料衡算可知X1不变，即 X1 =0.0876则LLr(1 X1)20Lr18.39kmol/h1 0.0876VYX2l新鲜吸收液与循环吸收液混合后的浓度X 2为:VY1LX2 LrX1

19、 = (Lr l)x264.35 0.0101 18.39 0.0876 = (64.3518.39) X2附图 2解得X2 =0.0273因要保持回收率不变，故 丫2 =0.00263S-mV / -0.08 99.75/(64.3518.39) = 0.0964吸收液部分循环时的传质单元数为:Nog1E(1s)丫”2 SY2 -mX211 -0.0964ln (1 -0.0964)0.05263 -0.08 0.02730.00263 -0.08 0.02730.0964-5.12 Nog已知吸收过程为气膜控制，液体流量对Hog的影响可忽略不计，故在吸收液有部分循环情况下，要达到同样的回收

20、率，需较高的填料层。根据上述的计算值，即: （Xi,Yi）和（X2,%）可在本题附图1上画出相应的循环操作线。 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Yi=0.03，丫2=0.002，液体出口浓度 Xi =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=0.00i5，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 ；l/v丫1 -丫2X1 _

21、X20.03 -0.002= 1.870.0150（2）气相总传质单元高度Hdg,因Z = H OG N OGS 二 mV/L =1.4/1.87 = 0.749Nog11 -Sln(1 - S)Y mX2Y> -mX2S11-0.749ln (1 -0.749)0.03 - 00.002 - 00.749二 6.004故 Hog =Z/Nog =9/6=1.5(3) Z _Z 二？由题意知 Y2 =0.0015其它条件不变，则 Hog =1-5不变新情况下的传质单元数为:Nog10.03 - 0In (1 -0.749)0.7491 -0.7490.0015-0= 6.98Z = Hog N og =1.5 6.98 = 10.47 mZ -Z =10.47 -9 =1.47m8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,已知