化工原理第8章气体吸收典型例题题解(2)

1、第8章吸收典型例题题解相平衡关系的应用例 在总压1200kPa ,温度303k下，CO25.0% (V%)与含CO?l.Og/1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臥与气相中的分压进行比较。Pco29e = ExCO2E = 1.88xl05kPa_mol _ 1 kmolCO1 =44 m302kmol独=553m3xco2=1=410-41Pc。= 1200x 5.0% = 60kPa=1.88xl05 x4.11xl04 = 11.3kPaPcoe A Pco2 解吸P叫 _ Pco2 =77.3 - 60 = 1

2、7.3kPa例2：惰性气体与CO?的混合气体中，CO?的体积分数为30% ,在 表压IMpa下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO?达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压（表压）至20kPa ,放出大部分CO?，然后再在解吸塔中吹气解吸。设全部操作范围内水与CO?的平衡关系服解：吸收塔塔底气相中CO?的分压（绝对压）Pg =（lxl06+0.1xl06）x 30% = 0.33 xlO6P«查25OC下，CC>2在水中溶解的亨利系数 E =1.66x102MPaCO?在水中的饱和浓度（最大浓度）% =叽=CO?£= 020X10 2=002膨胀槽内CO?发生解吸,解吸后CO?

3、在气、液相中的浓度是呈平衡的o 解吸气的总压力（即膨胀槽中压力）为PT =20x103 +10 L3x103 = 121.3 x103P«25。（3时水的饱和蒸气压pw = 3.2x103丹可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。pco =12L3xl03-3.2xl03 = 11&lxlOSa 2液相中的CO2浓度Pco. 11&1X103“-5xcn = = = 71.1 x 102 E 1.66x10s膨胀之前水中的CO2含量0.002x44 = 0004険 / kg1x18Xj0.002X =» 0.002 m,=1 -xx 1 - 0.00

4、21膨胀之后水中的CO?含量Am = 0.0049-0.0017= 0.0032kg/kg7LlxlO5 x 44m2 = 0.00171x18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p与z的关系。T Rs Z mm气流一0109.342024.93046.74074.850109.060在101.3kPa , 48-C下，测定CC.在空气中 的扩散系数。解：作拟定态

5、处理，某时刻G扩散距离为Z时的分子扩散速率RT z pB1气流在氏时间内汽化的cci4*=cci4r散出管口的量ZRT z pB1 Ma drXDP2 2Z =Zo +x竺In脸RT Pbi)2 2z =Zo +I Pl RT Pbi 丿在直角坐标上，以z2为纵坐标，T为横坐标，得直线的斜率B,其 中含扩散系数Dm 25 = 3.21x10 3 一2= 9.12x106 妙Pbi传质阻力的问题ky小或m小'气膜控制k小或m大，液膜控制kyKyAAky mKxK+ky m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几一，2>nAyx - Ay2

6、Ay2(几几一，2_皿乂1）_（，2-mx2) y2mx 2In（几一丁2）一加三（儿一丿2）儿一儿m儿一加5（儿一儿）一加（也一兀2）y2 mX2儿一加无1y2 一皿2根据流程画操作线例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0.025kmoVs,混合气入塔含氨摩尔分数为002,出塔含氨 摩尔分数为0001。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=0.0522kmoV（s.m3）o若塔径为lm ,实际液气比是最小液气比 的1.2倍，求所需塔高为多少

7、？=114-x2 °K.2 - 0解：（=21211 力一力 0.02-0.001Wjmin "le 一 兀2例1：吸收塔高（填料层高）的计算例1：吸收塔高（填料层高）的计算L&r _丫 £ 6（儿一儿）儿一丿21 2= 1.2x1.14 = 1.37min0.02-0.001L37= 0.0139填料层高度的计算:h = hognog0.0250.60000.0522求NogH=HogNog = 0.609x 9.84 = 6.0/w方法1：Ay_ （儿-皿1）- （丿2 -皿2）_（002 12 X 00130 0001 = 1 93xl0-a,0.0

8、2-1.2x0.0139Iny2 -mx20.001Ng方法2： N°g = - 5 （lv） 1- LAly1-mx2 1A -mx2 ANog =1.37； 0.001 1.371.2L37= 9.76"137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005 (摩尔分率，下 同)，要求解吸后液体中苯的浓度不超过0005 ,在解吸操作条件解：(7疋=乙7.2(孕下，平衡关系为y=1.25x ,塔内液体流量为003kmol/(m2.s)，填料的 体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s

9、)。过热蒸汽的用量为最小用量 的12倍。试求:(1)过热蒸汽的用量；(2)所需填料层的高度= 003xl2x空空=0.0259kmol/(m2 s)汕1.25x0.05')Xj 一兀20.05-0.005_ cAxm = 0.0065亠丄二扇厂= 0.0521 70.03Ax 2 =兀2 = 0.005m& = x -仏=005 - 空空=0.008311 m1.25h = holnolLnmK axyxrxAxH= 16.6m分析Hog Hol Nog N°l的关系:H = Hog nHogG m GKya m KyaL mA H g = H OLh = hogno

10、g=holnoljHolNog=Hol.NolNg= N°lmK a = K ayx综合例题例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11, 操作采用的液气比是最小液气比的卩倍。物系平衡关系服从亨利定 律。试以H、卩两个参数列出计算Nog的表达式。解：x2 =0 TJ = 求：Ng=/S，0)Jl=m tjiin也一 0mm 11厂0"Noei=Pmtyr-mx2 | iy2-mx2 Ay2=(l-)y1%=r101旳丿1 一帀0例2：水ABy2J1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

11、，两塔的传质单元高 度均为1.2m o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 “go.91J3 =(l-0.91)j!=0.09£ = 1.43x儿土 = 1.43x32-0厶-0mmJ1-J2JlJ1-J2j2-0.09j!2儿丁2一丁2J2-J3J2=J1J2 一 009yJiy2y2 =0®43°® G1.43x0.7/n丄 mI=%N oa1.43x0.7In1.43x0.7 J 0.31.43x0.7 =2 331.43x0.77例2：NoG2ng_0儿一 0呛 - L437o0.30.09 + 1.43x0.7= 2.3

12、31.43x0.7Hl=H2= Hg Ng = 1.2 x 2.33 = 2.807理论塔板数N与传质单元数Nog之间的关 系：ln(l_S)儿一加©+S儿一叫N A-1N qq AlnA7A Al时 N YNgA Y 1时N a仏A = 1 时 N = Nog77HETP“分离作用等同于一块理论板的实际填料层的高度。H = Hog Ng = HETF N丁A=1 时 Nt =仏% =HETP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。nt心NpNtNp为达到同样分离效果所需要的实际塔板数。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，

13、包括：流量L、浓度勺、温度t三方面。(1)流量L的调节y|xX?XiL増大对操作结果的影响Na =7-几）流量L的调节作用是有限的。有限塔咼L/<m, Lt, y2 ； %>m,LT, y?下降不明显,吸收操作中L/G的调节件用折线4BD是填料层高卿=8时的情形：曲线AC是有限填料层高度时睛形。分析最大吸收率的问题"maxJ1-J2Jl吸收剂用量调节的限度< m气液两相在塔底平衡,linaxy2nun =mX2气液两相在塔顶平衡,minX2冷（2）竺的调节x2 >L>xTtNa Tt帀 T勺的调节主要受解吸过程的限制。（3）温度t的调节t Itm 4&l

14、t;=>Ay/w T “ Tt % J(兀i T)温度t受到冷却器换热能力的限制和冷却剂用量的限制。弘=匕6-儿）阶低时操作结果的彩响例1:气体处理量的变化对吸收操作的影响'1!1!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21时，丙酮回收率可达95% o已知物系 在低含量下的平衡关系为y=1.18x臊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：利用填料层高度不变这-特点。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

15、动力有何变化？解：原工况下：=儿_丿2 =o.95 y2=0.05jjJi“雪=AZ晋红0.452儿Ji -118><0452丿In 二竺!0.05 几二（儿一加兀1）_（儿 _加兀2）二（儿118x0.452儿）_0.05几二 °y2-mx2N OGJi -J2 儿-005儿0.187几H = HgNg = Hg -Ng新工况:H°°12°8K12G- = 1.202Hogya=104孤N OGHqqNg = H皿 x5l =49% _ 10% _ m _ 1.181.18x1.22J1.2G1.2Ng2.1x L18xl,2pil18xl

16、2J yi 2.1 Inl-±A4.9 =Int 1.18x1.21y1-mx2 1)y2 一皿2 Ay2 = 0.076儿x ' _x | 126（儿_儿） 人人2，一= 0.528儿Xj =Ln = L皿=0.9242.1-=2；】；）=12x U-o = 1167儿、二（几 _m<J_（y2二（儿 _118><0528儿）_0076儿二几一*山儿-118x0528儿一 *儿0.076几ymIn牛空y2 -mx2_ （儿_加心）_伉-叫）_ （儿一118><0452儿）一005儿=° is?几1肿_叫y2-mx2山几-118>

17、<0452几110.05 j j舒 “276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3：第1类操作型问题的计算0.508=0.625Ng = 5.59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05 , L/G=0.8 ,回收率为90% o现改 换另一种填料，装填高度仍为6m o在相同操作条件下，经测定回收率提高到95% o试计算新填料的体积传质系数是原填料体积 传质系数的多少倍？解：力=(7-°9)比=仇4x2=0N = 3.9

18、4H g = 1.52/w00g 3.94y2 =(l-0.95)y1 =0.05y1 = = 0.625H * = -= l07mKya KyaXG = K,a1.07x 5.59H = HogNog =Hog'NogInI A)yi1+ mx2 A即 Ng' = Ng某填料吸收塔用含溶质仃00002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yO.Ol,回收率为90% o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 吐升到了0.00035，试求：(1)回收率变为多少？(2)塔底流出液的浓度X变 为多少

19、？例3：第1类操作型问题的计算例3：第1类操作型问题的计算1In 1_二 i_a30.01-2x0.000221501-2x0.0002+2 *3) 0.02x (1 - 0.9) - 2 x 0.0002 3例3：第1类操作型问题的计算例3：第1类操作型问题的计算y1-mx2 | iAN og、= Ng =v-1- A1 . (.20.01-2x0.00035 2=In 1:3丿必】2x040035 +亍 *38 =0.0013if = 0.87soo.o n(60111)100111001+Z00 01SZEOOdHOOOIIOO+SE0000H£|工(HlH)7H(£

20、IIi)o1=在15吃、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=1.05X10-4 o已知该塔的 容积传质系数Kya与气相流量的08次方成正比。空气通过该塔被干燥至含水汽 摩尔分数0.000322 o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H = HogNog=HogNog兀=0.0145 y2 = 0.000322x1ax2= 0.20Jel »=1-O5X1°"4L»

21、;G求出 Nogy1-mx2+ mx2 AsIn 21二2 = 4.19y2 - ye2新工况G'=2GG1 2G(KyaY = 2s KyaN/=NogNg' = ln 儿二儿2 = 3 65E一儿2= 0.000479y2 = 0.000322实际吸收水汽量的变化2x(0.0145-0.000479 nQ丄OG（几一儿）0.0145-0.000322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

22、气流速为200kmol/(m2 h)，其初始苯体积含量为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 苯的吸收率不彳氐于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)对比实际，方需要yb = 0.02 xa =0 tj = 0.95 ya =(1-r)yb = 0.001I=.xb =xa +彳（几一儿）=

23、°095厂20/,Hog = _/3600 = 1 lhnKya 0.05需要=Hog xT：a' = 6皿h实际=6m。(慝w#n)«W無 SfM T 一 7 &釈£ 呂N1 AI i0XW/ Y d I 7s + 7z(s47t;nSZO.OH n 0 n m(0 dh Ye828hgh (e)E09.0 S1.s"SIWESI"旨 H 7 E09.0 n S “*雀年数®M 100.0、 d SII III g 2+割(SI)pr nhn 報尺*膜坦sBfc*宝回 &S6m« JH®

24、Ms?w so.o Jo 、> 敝氐 Ji 3 yozXa=例6： 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002kmol/(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) o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

25、入塔内，则结果又如何？儿解：先设能够满足分离要求，气体出口浓 度 ya=0.001儿2 "%自塔2段计算起，仍根据填料层高度 是否够用为判断依据。c GG2 2S _ m（pi +G2）O8xOO4_02 = L0.04°（Kya）2 = 032（Gi + G2）°'7 = 0.033two（/w - s）一 mx“小+S2 儿 _ mXa %）厂鐵=E%）严證厂着= 4.62（Ng）2=rAHn（l-S2）(N OG )2 " i462u)广 严+ s y mxay 0代；+0000.00110a0 H 0.0086EFxa)H(Gl+G2Ny

26、 y)0.XXC 10V0.04X (0.00860.001r H 0.0076豊一贈G2Y2+GE 12+ydG1+G2 2工 H2y ly02 H2X0.00860.01 H0.0072=0儿九=G1>=1%y=5孩p" xG2 几2yd =2几-yb2 =2x0.0086-0.01 =xc =0.0076<(七-乞)=&1 伉1 -儿)0.04 x (xb - 0.0076)= 0.02 x(0.05 一 0.0072)心=0.029(NQ严”= °±0072_ 5 29人0.008095*29(Hog )1 =、=了1 07 = 0.9

27、66fn(KQi 0.32(Gi)"7Hi需要=(floG )1 (Ng )1 = 0.966x 5.29 = 5.11 y 5.5m塔顶出口浓度可以达到 儿Y 0.001(2)若二股气体事先混合好由塔底进入昌心2如.=血上加=o.o3八G.+G22G. + GH 皿= 1.19m°° 0.32(i +G2)xb =匕 + Z伉-儿)=0+ 了亦 x(0.03-0.001) = 0.029Ng =叱血=W-bzi = 9.57Ay, 0.00303XbH需要=1.19x9.57 = HAm A(5.5 + 5.5 = lbw)Gibi =5%即，塔顶气体出口浓度

28、儿0.001G2=gJ儿2=1%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。定性分析题例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$ 升高了，保持其他操作条件不变，则丫2勺将女口何变化？ 采用近似分析法：2)=G(儿一儿卜偽因知2YY儿所以Eg -兀J2厶不变例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：因知2 yy儿所以Lg _x2)= gS - j2

29、)»Gy!LG,兀2，儿不变Xx y2 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2 X、将如何变化？采用近似分析法：因为ViYYJ所以-兀2)=G(儿一儿卜偽厶兀2*1不变NogIn m%Vi mx2 m 力-叫 %mLi%Ji -mx2y2/Cjy2 一皿2r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 師髭牒要按比例增大L （即保持L/G不变）就能达解：HogocG003KyaNog =一1 Inm I儿- HIX? y2 -fnx2m+%s不变 儿一叫y2 -mx2例5：解吸填料塔操作中，如液体进口浓度勺增加，而其余操作条件不变，假

30、设气液均在低浓区，试分析气液出口组成旳x2的变li1(化情况。厶兀1Jl采用近似分析法：因为兀2 YY兀1所以X1 =丿2 +£（兀1 一兀2）匕丿2 +&兀1兀厶G,%不变儿再分析X2r J JG2In (1-A)+A兀2 -叱TiPiG， 卩2，尸2，&2， 厶儿2均不变G”bl日1，比均不变 分离能力不变ybiX1j4 a/y al一丸、一j k对混公解比淆式吸易的 NOLH=H1 X吸收：N°l=“ln(l_A)g + A儿-mxxly1-mx2 1十Ajy2-mx2 Arlny1-mx2 | 1? y2-mx2 ANol=jNogi=IV.III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271551g/h。已知气体的密度pG=1.34kg/m3 ,液相密度 与水相同，pL=1000kg/m3 o操作压强为101.