柴誠敬知識題目解析(08)第八章氣體吸收

1、第八章氣體吸收1.在溫度為40 C、壓力為101.3 kPa的條件下，測得溶液上方氨的平衡分壓為 15.0 kPa時，氨在水中的溶解度為 76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。試求在此溫度和壓力下的亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)m及溶解度系數(shù)H。解：水溶液中氨的摩爾分數(shù)為76.617 C 0.075 1000由 p* Ex亨利系數(shù)為Pa 200.0 k Pa0.075相平衡常數(shù)為Em Pt型 1.974101.3由于氨水的濃度較低，溶液的密度可按純水的密度計算。40 C時水的密度為992.2kg/m 3溶解度系數(shù)為H EMs992 233kmol/(m kPa) 0.276 kmol

2、/(m kPa) 200.0 182.在溫度為25C及總壓為101.3 kPa的條件下，使含二氧化碳為3.0% (體積分數(shù))的混合空氣與含二氧化碳為350 g/m 3的水溶液接觸。試判斷二氧化碳的傳遞方向，并計算以二氧化碳的分壓表示的總傳質(zhì)推動力。已知操作條件下，亨利系數(shù)E 1.66 105 kPa ,水溶液的密度為997.8 kg/m 3。解：水溶液中CO2的濃度為c 350/1000 kmol/m30.008kmol/m344對于稀水溶液，總濃度為Ct9978 kmol/m355.43 kmol/m 318水溶液中CO 2的摩爾分數(shù)為(2)試分析該過程的控制因素。解:(1)以氣相分壓差表示

3、的總推動力為p p p* pty 尋。5 O.。32 靂沐Pa2.074 kPa其對應的總吸收系數(shù)為1k7丄丄(HkL kG0.725 1.55 10 4*)(m2s kPa)/kmolC 0008 1.443 104G 55.43Ex 1.66 105 1.443 10 4 kPa 23.954 kPa氣相中CO 2的分壓為p pty 101.3 0.03kPa 3.039 kPa < p故CO2必由液相傳遞到氣相，進行解吸。以CO2的分壓表示的總傳質(zhì)推動力為p p* p (23.9543.039)kPa20.915 kPa3.在總壓為110.5 kPa的條件下，采用填料塔用清水逆流吸

4、收混于空氣中的氨氣。測得3在塔的某一截面上，氨的氣、液相組成分別為y 0.032、C 1.06koml/m。氣膜吸收系數(shù)。假設操作條件下平衡關系kG=5.2 X10-6 kmol/(m 2skPa),液膜吸收系數(shù) kL=1.55 X1O-4 m/s服從亨利定律，溶解度系數(shù)H = 0.725 kmol/(m 3 kPa)。(1 )試計算以 P、 C表示的總推動力和相應的總吸收系數(shù);352(8.899 101.923 10 )(m s52Pa)/kmol 2.012 10 (m sPa)/kmolKg4.97 10 6 kmol/(m 2 s kPa)以液相組成差表示的總推動力為c c* c pH

5、 c (110.5 0.032 0.725 1.06)kmol/m 31.504kmol/m 3其對應的總吸收系數(shù)為1KlKg 1.55 10 4m/s 6.855 10 6 m/s5.2 10 6(2)吸收過程的控制因素氣膜阻力占總阻力的百分數(shù)為腌 7100% 95.58%氣膜阻力占總阻力的絕大部分，故該吸收過程為氣膜控制。4.在某填料塔中用清水逆流吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。操作壓力為105.0 kPa，操作溫度為25 C。在操作條件下平衡關系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系數(shù)為2.126kmol/(m 3 kPa)。測得塔內(nèi)某截面處甲醇的氣相分壓為7.5 kPa ,液相組成為2.85 k

6、mol/m 3液膜吸收系數(shù) kL=2.12 X10-5 m/s ,氣相總吸收系數(shù)Kg = 1.206 X10-5 kmol/(m 2skPa)。求該截面處(1 )膜吸收系數(shù)kG、kx及ky; ( 2)總吸收系數(shù) Kl、Kx及Ky；(3)吸收速率。解：(1)以純水的密度代替稀甲醇水溶液的密度,25 C時水的密度為997.0 kg/m 3溶液的總濃度為ctkmol/m355.39kmol/m 318kxctkL=55.39 2.12 10 5kmol/(m2 s)1.174 10 3kmol/(m2s)1Kg1 1 1 (Kg HKl1.206 105 2.126 2.12 1027)(m s k

7、Pa)/ kmol6.073 104(m2 s kPa)/ kmolKg1.647 10 5 kmol/(m 2 s kPa)ky523PtkG105.0 1.647 10 kmol/(m s) 1.729 10 kmol/(m2 s)Kg(2 )由 Kl 曽1.206 10 m/s 5.673 10 6m/s2.126997.0KyKxHp 總Ms1mkykx2.126 105.0 180.248(1.729 10 31.174 101.266 10 3kmol/(m2 s)mKy0.2481.2660.248 3)(m2 s)/kmol 7.896 102(m2 s)/kmol10 3km

8、ol/(m 2 s)3.140 10 4kmol/(m 2 s)因溶質(zhì)組成很低,Kx gKl55.395.67310 6 kmol/(m 2 s)3.142 10 4kmol/(m 2 s)KyPKg105.01.20610 5kmol/(m 2 s)1.266 10 3kmol/(m 2 s)(3)吸收速率為Na Kl c* c 5.673 10 62.126 7.5 2.85 kmol/(m2 s)1.310 10 5kmol/(m2 s)5.在101.3 kPa及25 C的條件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合氣中的二氧化硫。已知混合氣進塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.00

9、2。假設操作條件下平衡關系服從亨利定律，亨利系數(shù)為 4.13 X103 kPa,吸收劑用量為最小用量的1.45倍。(1)試計算吸收液的組成;(2)解:)丫1 弋鵠 0.0417丫2亠皿乙0.0021 y 1 0.002E 4.13 103m 一 pt101.340.77吸收劑為清水，所以X2qn,LY丫2qn，V minX2O.。417 O.。0238.810.0417/40.77 0若操作壓力提高到1013 kPa而其他條件不變，再求吸收液的組成。所以操作時的液氣比為匹1.45亞qn,V1.45 38.8156.27qn,Vmin吸收液的組成為丫2X2qn,L56.270.0417 0.00

10、207.054 10 4(2)mPt4.13"70131034.077qn,LYY,0.0417qn,VminY/m X20.002 c 3.8810.0417 04.077qn,V1.45 魚qn,Vmin1.45 3.881 5.627X1Yqn,LX25.627O.。417O.。0207.05510 36.在一直徑為0.8 m的填料塔內(nèi),用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體。已知解：Y 丄-1 %0.0331A 0.033110.980.000662X1*百m9.59434.5104混合氣的流量為45 kmol/h，二氧化硫的體積分數(shù)為0.032。操作條件下氣液平衡關系為Y

11、 34.5X，氣相總體積吸收系數(shù)為 0.056 2 kmol/(m 3 s)。若吸收液中二氧化硫的摩爾比為飽和摩爾比的76%，要求回收率為 98%。求水的用量(kg/h)及所需的填料層高度。X10.76X1*0.76 9.594 10 47.291 10 4惰性氣體的流量為qn,V 45 (1 0.032)kmol/h43.56kmol/h水的用量為qn,Lqn,V（Y丫2）X1X243.56O.。331 O.。00662 kmol/h 1.938 mol/h7.291 10 40qm,L 1.938 10318kg/h 3.488 104kg/h求填料層高度Hogqn,VK7a43.56/3

12、6002 m 0.429m0.0562 0.785 0.82Y Y*0.0331 34.5 7.291 10 40.00795丫2丫2 丫2*0.00066234.5 00.000662YmY 匕 0.00795 0.000662ln O.。07950.0006620.00293NogYi 丫20.0331 0.000662Ym0.0029311.07Z Nog Hog 11.07 0.429m4.749m7. 某填料吸收塔內(nèi)裝有5 m高，比表面積為221 m 2/m 3的金屬階梯環(huán)填料，在該填料塔中，用清水逆流吸收某混合氣體中的溶質(zhì)組分。已知混合氣的流量為50 kmol/h，溶質(zhì)的含量為5%

13、 （體積分數(shù)）;進塔清水流量為200 kmol/h ，其用量為最小用量的1.6倍；操作條件下 的氣液平衡關系為 丫 2.75X ;氣相總吸收系數(shù)為3 10 4kmol/（m 2 s）；填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的 90 %。試計算（1）填料塔的吸收率；（2 ）填料塔的直徑。解：（1）惰性氣體的流量為qn,V 50(1 0.05)kmol/h 47.5kmol/h對于純?nèi)軇┪誵n,LY1 丫2qn,vminY/m X2依題意qn,Vmin20047.5 1.62.632(2) YY2X1YmNogH OG由 H 0G(qn,L/qn,v) min2.63295.71% m2.750

14、.05260.05y1qn,Vqn,LYiY Y*0.0526丫2X20.05261 0.95710.0022647 50.0526 0.0022600.01202002.75 0.01200.0196Y2 丫 0.00226 2.75 00.00226O.。196O.。02260.00803in咤0.00226Y1 Y2YmO.0526 O.002266.2690.008035m 0.798mNog 6.269qn,vqn,VK Y aH OG嚴3600m2 0.277m23 10 4221 0.9 0.798填料塔的直徑為D 戶 lU 0.594mV 冗 V 3.148. 在101.3 k

15、Pa及20 C的條件下，用清水在填料塔內(nèi)逆流吸收混于空氣中的氨氣。0.05、已知混合氣的質(zhì)量流速G為600 kg/（m 2 h），氣相進、出塔的摩爾分數(shù)分別為 0.000526，水的質(zhì)量流速 W為800 kg/（m 2h），填料層高度為3 m。已知操作條件下平衡關系為Y= 0.9 X, Kca正比于G 0.8而于W無關。若（1 ）操作壓力提高一倍；（2）氣體流速 增加一倍；（3）液體流速增加一倍，試分別計算填料層高度應如何變化，才能保持尾氣組成 不變。解：首先計算操作條件變化前的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)Yiy1鵠 0.05262qn,L22若氣相出塔組成不變,則液相出塔組成也不變。所以y2操作

16、條件下,混合氣的平均摩爾質(zhì)量為O.。005260.0005261 0.000526XiMi0.05 171 0.05 29 kg/kmol 28.4kg/kmolqn,Vqn,L6002848001 0.05 kmol/(m2 h) 20.07kmol/(m2 h)182 21 0 kmol/(m h) 44.44 kmol/(m h)mqn,Vqn,L09竺7 0.40644.44Yi*mX1m Y 丫20.406 0.0526 0.0005260.0211qn,LYi Yi*0.0526 0.0211 0.0315丫20.000526 0 0.000526NogYY2n 空疤 6.8900

17、.4060.000526H OGNog3 m 6.8900.435 m(1)Pt2 PtPt應mPtmqn,V0.4060.203Nog丫21 0.203 0.0005265.499H OGqn,Vqn,VH OGKyaqn,VKg ap總Kcap 總Hog2竺5m 0.218m2Hog Nog 0.2185.499m1.199mZ Z (1.1993)m1.801 m即所需填料層咼度比原來減少1.801m 。0.0526 1 0.0211 0.04212丫2丫2 丫20.000526 0 0.000526qn,V(2) qn,V 2qn,vmqn,v2S0.406 0.812若保持氣相出塔組

18、成不變,則液相出塔組成要加倍，即X1丫1丫1mX1 Y S Y1 Y20.05260.8120.0526 0.0005260.0103丫2丫2 Y20.000526 00.000526Nog2Y丫215.821 0.8120.000526Hogqn,Vqn,VHogKYaKcaPqn,Vqn,V0.2qn,V0.2qn,VHog20.20.435m0.500 mH OG N OG0.500 15.82m7.910 m(7.910 3)m4.910m即所需填料層高度要比原來增加4.910 m 。qn,Vminqn,L1.5 75.58kmol/h 117.9kmoh(3) qn,L2qn,Lmq

19、n,V S 0.406qn,L 20.203Nog-ln 11 SYi丫2丫2 丫2S缶1n0.2030.0526 00.2035.4970.000526 0W對KGa無影響，即qn,L對KGa無影響，所以傳質(zhì)單元高度不變，即Hog H og 0.435 mZ Hog Nog 0.4355.497m2.391mZ Z Z (2.3913)m0.609m即所需填料層高度比原來減少0.609 m 。9. 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1.2 m，填料層高度為3 m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的溶質(zhì)組分。入塔混合氣的流量為40 kmol/h ，溶質(zhì)的含量為0.06 （摩爾分數(shù)）；要求溶質(zhì)的回收率不低于

20、95% ;操作條件下氣液平衡關系為Y = 2.2 X ;溶劑用量為最小用量的1.5倍；氣相總吸收系數(shù)為0.35 kmol/ （m 2 h）。填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90 %。試計算（1）出塔的液相組成；（2 ）所用填料的總比表面積和等板高度。解：(1 ) Y1 *0.060.06381 0.060.0638 10.950.00319惰性氣體的流量為qn,V40 (10.06)kmol/h37.6kmol/hqn,Lm A 2.2 0.952.09qn,Lmin 2.09 37.6kmol/h 78.58kmol/hX1qn,Vqn,L丫1 丫2X20.0638 0.003190

21、 0.0193117.9(2) YY*0.0638 22 0.0193 0.0213丫2丫2*0.00319 2.2 0 0.00319YmYiInY20.0213 0.00319丁 0.00954Y1Y2ln0.00319NogJ O.。638 O.。03196.353Ym0.00954m 0.472 mNog 6.353由 H OGqn,VKYa37.6Nog ln SS 1Ntmqn,vqn,L0.702117.9Nt6.353(05.351In 0.702填料的有效比表面積為a q 3'76 m2/m3 201.35m 2/m3HogKy 0.472 0.35 0.785 1.

22、2填料的總比表面積為0.9at 201.35 m2/m3223.72m 2/m3HET P Nt填料的等板高度為HETP0.561m5.35110.用清水在塔中逆流吸收混于空氣中的二氧化硫。已知混合氣中二氧化硫的體積分數(shù)為0.085，操作條件下物系的相平衡常數(shù)為26.7，載氣的流量為250 kmol/h 。若吸收劑用量 為最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率為 92%。試求水的用量（kg/h ）及所需理論級數(shù)。解：Yy1y10.08510.0850.09290.0929 1 0.920.00743用清水吸收,X2qn,VminA 26.7 0.92 24.564操作液氣比為qn,L1.5

23、5 24.564 38.074qn,V水的用量為qn,L38.074 250kmol/h 9.519 103kmol/hqm,L9.519 103 18kg/h 1.713 105kg/hAmqn,Vqn,L3空74 1 42626.7用清水吸收,A 0.92由NtlnA-1In ANt1.426 0.92ln1 a9214.198In 1.42611. 某制藥廠現(xiàn)有一直徑為0.6 m，填料層高度為6 m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分?，F(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)如下:V=500 m 3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作條件下的氣液平衡關系為Y = 1.5 X。

24、現(xiàn)因環(huán)保要求的提高，要求出塔氣體組成低于 0.002 （摩爾比）。該制藥廠擬采用以下改造方案：維持液氣比不變, 在原塔的基礎上將填料塔加高。試計算填料層增加的高度。解：改造前填料層咼度為ZHog N OG改造后填料層高度為Z H OG Nog故有 J HqgNqgZ Hog Nog由于氣體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故H OG H OG對于純?nèi)軇┪誜20，丫2*0由Nog丄 I n(11 SS)YSS故 NogNog1F(1s)Y2S因此，有l(wèi)n(1 S)y S 丫2ln(1 S)y丫2S操作液氣比為qn,L丫1丫2qn,V X1 X 20.020.004 0mqn,v 1.5qn,L

25、 40.375Z_Zln(1 0.375)0.3750002 1.509ln(1 0.375°0.3750.0041.509 6m 9.054m填料層增加的高度為Z Z Z (9.0546)m3.054m12. 若吸收過程為低組成氣體吸收，試推導Hog Hg丄H,Aqn,V 1解:Hg浮kyaHlqn,LkxaS 丄Aqn,L1 uqn,Vmqn,Vqn,Lqn,V1 mHgH l ()A kyaqn,Lkxaa kykxa KyH ogqn,VKYaHog1Hg HlA操作條件為20 C13. 在裝填有25 mm拉西環(huán)的填料塔中，用清水吸收空氣中低含量的氨。及101.3 kPa，氣

26、相的質(zhì)量速度為0.525 kg/(m 2s),液相的質(zhì)量速度為2.850 kg/(m 2 s)。已知20 C及101.3 kPa時氨在空氣中的擴散系數(shù)為1.89 10 5m2/s ,20 C時氨在水中的擴散系數(shù)為1.76 10 9 m2/s。試估算傳質(zhì)單元高度Hg、Hl。解：查得20 C下，空氣的有關物性數(shù)據(jù)如下:1.81 105PasG 1.205 kg/m 3由HgG W Y Scg 0.5Sq1.81 105G Dab1.2051.89 10 50.795查表8-6 ,0.557 ,0.32,0.51Hg0.557G0.32W 0.510.5SCG查得200.557 0.5250.322

27、.850 0.510.7950.5m 0.237mC下，水的有關物性數(shù)據(jù)如下:100.5 10 5PasL 998.2 kg/m 3HlWScl 0.5LSq100.5 10 5998.21.76 109 572.1查表8-7 ,2.3610 30.220.22Hl2.36 100.5SCL2.36 10 32.850100.5 10 50.22572.10.5m 0.325m已知進、出解吸塔的液相組成分14. 用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液,別為0.008 5和0.001 6 （均為摩爾比）。解吸所用載氣為含二氧化碳0.000 5 （摩爾分數(shù)） 的空氣，解吸的操作條件為 35 C

28、、101.3 kPa，此時平衡關系為 Y=106.03 X。操作氣液比為最小氣液比的1.45倍。若取Hol 0.82 m，求所需填料層的高度。解：進塔載氣中二氧化碳的摩爾比為¥ y10.0005最小氣液比為qn,VX2 X10.0085 0.0016qn，LminmX2 Y1106.03 0.00850.00050.00766操作氣液比為業(yè) 1.45qn,L0.00766 0.0111吸收因數(shù)為A也mqn,V106.03 0.01110.850液相總傳質(zhì)單元數(shù)為1NolCn1Att*A0.0005106.03 0.8503.3341ln1 0.8500.00851 0.850 C CCCU0.0016 遊5 106.03填料層高度為ZHolNol 0.82 3.334m 2.734m15. 某操作中的填料塔，其直徑為 0.8 m，液相負荷為8.2 m 3/h，操作液氣比(質(zhì)量比)為6.25。塔內(nèi)裝有DN50金屬階梯環(huán)填料，其比表面積為109 m 2/m 3。操作條件下，液相的平均密度為 995.6 kg/m 3,氣相的平均密度為1.562 kg/m 3。(1)計算該填料塔的操作空塔氣速;采用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算泛點氣速,橫坐標為(2)解:(1 )填料塔的氣相負荷為計算該填料塔的液體噴淋密度，并判斷是否達到最小噴淋密度的要求。8.2 995