气体吸收习题课

1、 气体吸收气体吸收单元操作单元操作习题课习题课齐亮Tel:660979气体吸收的计算问题气体吸收的计算问题设计型问题设计型问题-设计要求设计要求吸收混合气中的溶质吸收混合气中的溶质A，处理的气量，处理的气量为为5000m3(标况标况)/h，其中含，其中含A为为0.08（摩尔分数），（摩尔分数），要求要求A的吸收率的吸收率为为95%。需要进一步确定的需要进一步确定的l 操作方案操作方案 用纯溶剂用纯溶剂S（分子量为分子量为18，密度为，密度为1000g/L） 逆流吸收逆流吸收l 操作条件操作条件 操作的温度和压力为操作的温度和压力为30和和101kPa 两相间的相平衡关系两相间的相平衡关系y=2

2、5x 空塔气速空塔气速：0.8 m/sl 合理假设合理假设 低浓度低浓度 物理吸收物理吸收 Ga ya La xa D H Gb yb Lb xb 逆流吸收塔的物料衡算逆流吸收塔的物料衡算 低浓度气体吸收的计算低浓度气体吸收的计算设计型计算问题：设计型计算问题：（1 1）吸收剂用量，出塔浓度；）吸收剂用量，出塔浓度；（2 2）塔的主要工艺尺寸；）塔的主要工艺尺寸； 填料层高度填料层高度H H或塔板数或塔板数N N； （3 3）塔径）塔径D D；物料衡算：操作线方程物料衡算：操作线方程传质基本方程传质基本方程G、L-kmol/s or kmol/(m2s) ；y（或（或x）-摩尔分率；摩尔分率；

3、吸收剂用量的选择吸收剂用量的选择l 吸收剂用量一般取最小用量的吸收剂用量一般取最小用量的1.1-2.0倍倍l 当吸收剂是纯溶剂时，吸收剂用量逐渐增当吸收剂是纯溶剂时，吸收剂用量逐渐增大，吸收率是否趋向于大，吸收率是否趋向于1？l 当吸收剂不是纯溶剂时（当吸收剂不是纯溶剂时（xa），吸收剂用），吸收剂用量逐渐增大，吸收率是否趋向于量逐渐增大，吸收率是否趋向于1？当吸收剂不是纯溶剂当吸收剂不是纯溶剂yy=L/Gx+(yb-L/Gxb)(xa,ya)ybyaxaxb(xb,yb)y=mx最小吸收剂用量问题l 最小吸收剂用量为当出塔液与进塔气达到最小吸收剂用量为当出塔液与进塔气达到平衡平衡l 特别地，

4、当纯溶剂吸收时，有特别地，当纯溶剂吸收时，有*minbabaYYLGXXmin/0babYYLmGYm吸收剂用量的确定问题吸收剂用量的确定问题-浓度计算浓度计算l四个浓度的确定：四个浓度的确定：方法一：不严格计算方法一：不严格计算ya=(1-) yb=(1-0.95)0.08=0.004注意的定义（P42：E.8-27)方法二：严格计算方法二：严格计算 Yb=yb/(1-yb)=0.087 Ya =(1-) Yb=0.0043 ya=0.0043 最小溶剂量的确定l 由于是低浓度气体吸收，且为纯溶剂，min25 0.9523.75LmG1.5 23.7535.63LG500035.6335.6

5、35301.34kmol/h22.4LGy(xa,ya)ybyaxaxb(xb,yb)填料层高度的计算l 传质单元高度的确定P46.E8-51l G（通量） Dl Kya 通过经验公式（P72Q10）或者实验测定l 传质单元数的确定（1）吸收因数法（SL/G,m; 三个浓度）（2）平均传质推动力法（四个浓度）传质单元高度l 在操作温度和压力下，溶剂吸收在操作温度和压力下，溶剂吸收A的体积的体积传质分系数如下：传质分系数如下： kGa=510-4 kmol/(m3skPap)， kLa=510-2 1/sc。假设以气相摩尔分数为推动力的总传质系数假设以气相摩尔分数为推动力的总传质系数KyaG0.

6、7，不考虑液体流量和操作压力对，不考虑液体流量和操作压力对其影响。其影响。 计算塔径及传质单元高度 传质单元数的计算（两种方法及关系）传质单元数的计算（两种方法及关系）l 对数平均推动力法对数平均推动力法（1）先求出塔液体的浓度）先求出塔液体的浓度（2）用对数平均推动力求算）用对数平均推动力求算babaYYLGXX0.0870.0043535.6250bXXb=0.00232 baOGmyyNy关于传质单元数公式的进一步探讨关于传质单元数公式的进一步探讨1. 对数平均推动力法与吸收因数法之间的关系对数平均推动力法与吸收因数法之间的关系()()babaL xxG yy()()babaGxxyyL

7、()babamGmxmxyyL()babamxmxS yy()ln1ln()1lnbaOGbbaabbaababbbabaaabbaayyNymxymxymxymxyyymxyym xxSymxymxymx传质单元数的计算l 吸收因数法l 塔高：h=HOGNOG=6.361.03=6.55maa1ln (1)11(1)ln (=0)111=ln(=0, P.E. =0, P72,Q11)1baOGaaymxNSSSymxSSxSxyOG11ln1111 0.702ln0.7021 0.7021 0.956.36SNSS操作型问题的计算操作条件的改变旧塔改造增加填料层高度或者塔器串并联 采用新型

8、填料 T， P（m， Ky），(P22.E7-56;P34.E8-6;P36.E-8-18) L， xa操作型问题的讨论（h= constant）l 增大溶剂用量（增大液气比）l 当改变进口溶剂的初始浓度填料层不变的相关量关系l h不变，NOG和HOGl NOG=f (S, ) ; S= mG/Lbaaaymxymx互为反比例函数关系h=HOGNOG NOG S NOG ( ） baaaymxymxNOG 与S， 的关系L增大，液气比增大xyy=L/Gx+(yb-L/Gxb)(xa,ya)(xb,yb)y=mxybyaxaxb(1)babaaabaymxymxymxymxh不变，HOG不变，N

9、OG不变，S (xb,yb)xa(xa,ya)进口浓度变化的相关计算l 思考：（1）进口浓度发生变化，是否会影响传质单元高度（2）进口浓度发生变化，是否会影响传质单元数课后题P72 Q14题的讨论l 第一问：已知h,HOG,xa,yb,S求yal 第二问： 思路同第一问？ l h不变， HOG不变， NOG不变，当S不变时，由：*babaaaaayyyyyyyy随堂练习l 对于课后题P71，Q5第三个双塔操作系统，当用纯溶剂吸收，且分配给两塔溶剂量相同时，证明离开第一个塔的气相组成 yc2=ybya进口溶剂浓度增大xyy=L/Gx+(yb-L/Gxb)(xa,ya)(xb,yb)y=mx当吸收

10、剂中溶质当吸收剂中溶质xa的含量增大时，其出的含量增大时，其出口浓度如何变化？口浓度如何变化？(xb增大，增大，ya减小）减小）ybyaxaxb操作型问题的进一步讨论欲将处理气量提高10%，并希望A的吸收率不低于原工况，判断下列三个方案是否可行：增大纯溶剂量喷淋量10%；增大操作压力10%；填料高度增大10%l l 增大操作压力10%加压操作有利于吸收还是不利于吸收？压强增大，什么改变了？l 增大操作压力10%，m减小为原来的1.1倍，而G增大为原来的1.1倍，则S不变。假设吸收率不变，也即NOG不变，l 再看HOG，由于G增大1.1倍，由题设Kya，不随P的变化而变化，因此HOG同上题 因此也不能满足要求。l 增大填料层高10%思路：设计型问题的核算问题，可以两种方案来解决（1）由新的填料层高度，计算所需要