華北理工大學(xué)環(huán)境工程原理習(xí)題及解答第8章 吸收

1八章吸收8.1在30℃,常壓條件下,用吸收塔清水逆流吸收空氣-SO2混合氣體中的SO2,已知?dú)?液相平衡關(guān)系式為y*=47.87x,入塔混合氣中SO2摩爾分?jǐn)?shù)為0.05,出塔混合和塔底處的傳質(zhì)推動(dòng)力,用Ay、Ax、Ap、Ac表示。解:(1)塔頂x所以Ax2=x2*_x2=4.17x10_5_0=4.17x10_5Ay2=y2_y2*=0.002_0=0.002忽略吸收液中溶解的SO2,則摩爾濃度可計(jì)算為c=1000/18=55.6mol/L22Ac=55.6xAx=55.6x4.17x10_5=22(2)塔底入塔SO2的摩爾分?jǐn)?shù)為y1=0.05,出塔吸收液中SO2的摩爾分?jǐn)?shù)為x1==0.001x0010444所以Ax1=x1*_x1=0.0010444_0.001=4.44x10_5Ay1=y1_y1*=0.05_0.04787=0.002131Ac=55.6xAx=55.6x4.44x10_5=0.0024718.2吸收塔內(nèi)某截面處氣相組成為y=0.05,液相組成為x=0.01,兩相的平衡關(guān)系2為y*=2x,如果兩相的傳質(zhì)系數(shù)分別為ky=1.25x10_5kmol/(m2·s),kx25x10_5kmol/(m2·s),試求該截面上傳質(zhì)總推動(dòng)力、總阻力、氣液兩相的阻力和所以,以液相摩爾分?jǐn)?shù)差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為8.3用吸收塔吸收廢氣中的SO2,條件為常壓,30℃,相平衡常數(shù)為m=26.7,在塔內(nèi)某一截面上,氣相中SO2分壓為4.1kPa,液相中SO2濃度為0.05kmol/m3,3kGx10_2kmol/(m2·h·kPa),液相傳質(zhì)系數(shù)為kL=0.39m/h,吸收液密(1)截面上氣液相界面上的濃度和分壓;(2)總傳質(zhì)系數(shù)、傳質(zhì)推動(dòng)力和傳質(zhì)速率。解:(1)設(shè)氣液相界面上的壓力為pi,濃度為cim在相界面上,氣液兩相平衡,所以ci=0.0206pi又因?yàn)榉€(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程,氣液兩相傳質(zhì)速率相等,所以kG(p_pi)=kL(ci_c)i(2)總氣相傳質(zhì)系數(shù)8.4101.3kPa操作壓力下,在某吸收截面上,含氨0.03摩爾分?jǐn)?shù)的氣體與氨mkGx4kmol/(m2·s·kPa),液膜傳質(zhì)分系數(shù)為kL=1.5x10_4m/s,操作條件下的溶解度系數(shù)為H=0.73kmol/(m2·kPa),試計(jì)算:(1)界面上兩相的組成;(2)以分壓差和摩爾濃度差表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力、總傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)速率;(3)分析傳質(zhì)阻力,判斷是否適合采取化學(xué)吸收,如果采用酸溶液吸收,傳設(shè)發(fā)生瞬時(shí)不可逆反應(yīng)。解:(1)設(shè)氣液相界面上的壓力為pi,濃度為ci因?yàn)橄嘟缑嫔?氣液平衡,所以ci=Hpi,ci=0.73pi穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)條件下,氣液兩相傳質(zhì)速率相等,所以kG(p_pi)=kL(ci_c)pikPaci.05kmol/m3(2)與氣相組成平衡的溶液平衡濃度為質(zhì)推動(dòng)力為5(3)以氣相總傳質(zhì)系數(shù)為例進(jìn)行傳質(zhì)阻力分析所以這個(gè)過程是氣膜控制的傳質(zhì)過程,不適合采用化學(xué)吸收法。如果采用酸液吸收氨氣,并且假設(shè)發(fā)生瞬時(shí)不可逆反應(yīng),則可以忽略液膜傳質(zhì)阻力,只考慮氣膜傳質(zhì)阻力,則KGskG=5x10_6kmol/(m2·s·kPa),僅僅比原來的傳質(zhì)系數(shù)提高了4.6%,如果傳質(zhì)推動(dòng)力不變的話,傳質(zhì)速率也只能提高4.6%。當(dāng)然,采用酸溶液吸收也會(huì)提高傳質(zhì)推動(dòng)力,但是傳質(zhì)推動(dòng)力提高的幅度很有限。因此總的來說在氣膜控制的吸收過程中,采用化學(xué)吸收是不合適的。8.5利用吸收分離兩組分氣體混合物,操作總壓為310kPa,氣、液相分傳質(zhì)亨利定律,關(guān)系式為p*=1.067x104x(p*的單位為kPa),計(jì)算:(1)總傳質(zhì)系數(shù);(2)傳質(zhì)過程的阻力分析;(3)根據(jù)傳質(zhì)阻力分析,判斷是否適合采取化學(xué)吸收,如果發(fā)生瞬時(shí)不可逆化學(xué)反應(yīng),傳質(zhì)速率會(huì)提高多少倍?所以,以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)系數(shù)為)6(2)以液相摩爾分?jǐn)?shù)差為推動(dòng)力的總傳質(zhì)阻力為膜控制的傳質(zhì)過程。(3)因?yàn)閭髻|(zhì)過程為液膜控制,所以適合采用化學(xué)吸收。如題設(shè)條件,在化學(xué)吸收過程中,假如發(fā)生的是快速不可逆化學(xué)反應(yīng),并且假設(shè)擴(kuò)散速率足夠快,在相界面上即可完全反應(yīng),在這種情況下,可等同于忽略液膜阻力的物理吸收過程,8.6已知常壓下,20℃時(shí),CO2在水中的亨利系數(shù)為1.44×10-5kPa,并且已知應(yīng)平衡,K=K1K2)解:首先求得液相中CO2的濃度lm7XbXaX2aY2aY2bYaabY1bY1aX1bX1aX1bXbXaX2aY2aY2bYaabY1bY1aX1bX1aX1b8.7在兩個(gè)吸收塔a、b中用清水吸收某種氣態(tài)污染物,氣-液相平衡符合亨利定律。如下圖所示,采用不同的流程,試定性地繪出各個(gè)流程相應(yīng)的操作線和平衡線位置,并在圖上標(biāo)出流程圖中各個(gè)濃度符號(hào)的位置。XbY2baabY1aY1bX1a8Y2babY1aX1bYY1aYaX2aX1aXYY1aYaX2aY2babY1aX1bYY1aYaX2aX1aXYY1aYaX2aX1aXYaY1bXaX2bX1a解:YY1bY2bX2bX1bXY2bY1bX2bX1bX9YY1bY2bX2bYY1bY2bX2bX1bXYY1aYaX2aX1aX8.8用吸收法除去有害氣體,已知操作條件下相平衡關(guān)系為y*=1.5x,混合氣體初始含量為y1=0.1,吸收劑入塔濃度為x2=0.001,液氣比為2。已知在逆流操作時(shí),氣體出口濃度為y2=0.005。如果操作條件不變,而改為并流操作,氣體的出口含量是多少?逆流操作吸收的溶質(zhì)是并流操作的多少倍?假設(shè)總體積傳質(zhì)系數(shù)不變。解:逆流操作時(shí),液體出口含量為x改為并流操作后,體積傳質(zhì)系數(shù)不變,所以傳質(zhì)單元高度不變,傳質(zhì)單元數(shù)也算和傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算式將數(shù)值代入以上兩式,求得吸收的溶質(zhì)量之比為N并Kya2hAym并qnL(y1_y)0.1_0.044 N并Kya2hAym并qnL(y1_y)0.1_0.0448.9在吸收塔中,用清水自上而下并流吸收混合廢氣中的氨氣。已知?dú)怏w流量為1000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)),氨氣的摩爾分?jǐn)?shù)為0.01,塔內(nèi)為常溫常壓,此條件下氨的相平衡關(guān)系為Y*=0.93X,求:(1)用5m3/h的清水吸收,氨氣的最高吸收率;(2)用10m3/h的清水吸收,氨氣的最高吸收率;(3)用5m3/h的含氨0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的水吸收,氨氣的最高吸收率。解:(1)氣體的流量為=12.4mol/s到平衡到平衡(3)吸收劑中氨的摩爾分?jǐn)?shù)為到平衡的氣態(tài)污染物A,已知A在氣液兩相中的平衡關(guān)系為y*=x,氣體入口濃度為y1=0.1,液體入口濃度為x2=0.01,(1)如果要求吸收率達(dá)到80%,求最小氣液比;(2)溶質(zhì)的最大吸收率可以達(dá)到多少,此時(shí)液體出口的最大濃度為多少?解:(1)氣相入口摩爾比Y1===0.11,o所以,Y2=0.022(2)假設(shè)吸收塔高度為無窮大,求A的最大吸收率①當(dāng)液氣比(qnL/qnG)=m,操作線與平衡線重合,氣液兩相在塔頂和塔底都處②當(dāng)液氣比(qnL/qnG)>m,操作線與平衡線在塔頂點(diǎn)相交,即液相進(jìn)口濃度與與①相比,吸收率達(dá)到同樣大小,但是液相出口濃度要低。③當(dāng)液氣比(qnL/qnG)<m,操作線與平衡線在塔底點(diǎn)相交,即液相出口濃度與吸收率omax=Y1_Y2<Y1_Y2*=0.11_1x0.01=0.9111Y11與①相比,液相出口濃度達(dá)到同樣大小,但是吸收率要低。8.11在逆流操作的吸收塔中,用清水吸收混合廢氣中的組分A,入塔氣體溶質(zhì)*體積分?jǐn)?shù)為0.01,已知操作條件下的相平衡關(guān)系為y=x,吸收劑用量為最小用量*的1.5倍,氣相總傳質(zhì)單元高度為1.2m,要求吸收率為80%,求填料層的高度。解:已知傳質(zhì)單元高度,求得傳質(zhì)單元數(shù),即可得到填料層高度。塔底:y1=0.01為Sq所以,傳質(zhì)單元數(shù)為8.12在一個(gè)填料塔中用清水吸收空氣中的某氣態(tài)污染物,在其他條件不變的情況下,將吸收率從95%提高到98%,則吸收劑的用量增加多少倍?假設(shè)過程為氣S解:吸收劑用量的增加,會(huì)帶來液相吸收系數(shù)的變化,題意中氣膜控制吸收過程用意在于可以忽略液相吸收系數(shù)的變化對(duì)總傳質(zhì)系數(shù)的影響,而認(rèn)為總傳質(zhì)系數(shù)吸收塔高度不變,吸收因子S=,假設(shè)吸收劑用量增加n倍,則吸收因子其中S=1.779,Y2=0.05Y1,Y2'=0.02Y18.13在填料層高度為5m的填料塔內(nèi),用清水吸收空氣中的某氣態(tài)污染物。液氣比為1.0,吸收率為90%,操作條件下的相平衡關(guān)系為Y*=0.5X。如果改用另外一種填料,在相同的條件下,吸收率可以提高到95%,試計(jì)算兩種填料的氣相總體積解:吸收因子S原填料下:氣相總傳質(zhì)單元高度為:Ka2N