化工原理：第八章 氣體吸收

PAGE1PAGE第八章氣體吸收在水中的溶解度為76.6g(NH3)/1000g(H2O)。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?jǐn)?shù)為由亨利系數(shù)為kPa相平衡常數(shù)為由于氨水的濃度較低，溶液的密度可按純水的密度計(jì)算。kg/m3溶解度系數(shù)為2.在溫度為25℃及總壓為101.3kPa的條件下，使含二氧化碳為3.0%（）的混合空氣與二氧化碳二氧化碳二氧化碳解：水溶液中CO2的濃度為對(duì)于稀水溶液，總濃度為kmol/m3水溶液中CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為由kPa氣相中CO2的分壓為kPa<故CO2必由液相傳遞到氣相，進(jìn)行解吸。以CO2的分壓表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力為kPa在總壓為110.5kPa的條件下，采膜吸收系數(shù)kL=1.55×10-4m/s。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，溶解度系數(shù)H＝0.725kmol/(m3·kPa)。（1）試計(jì)算以、表示的總推動(dòng)力和相應(yīng)的總吸收系數(shù)；（2）試分析該過(guò)程的控制因素。解：(1)以氣相分壓差表示的總推動(dòng)力為kPa其對(duì)應(yīng)的總吸收系數(shù)為kmol/(m2·s·kPa)以液相組成差表示的總推動(dòng)力為其對(duì)應(yīng)的總吸收系數(shù)為（2）吸收過(guò)程的控制因素氣膜阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為氣膜阻力占總阻力的絕大部分，故該吸收過(guò)程為氣膜控制。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105.0kPa，操作溫度為25℃。在操作條件下平衡關(guān)系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系數(shù)為2.126kmol/(m3·kPa)。測(cè)得塔內(nèi)某截面處甲醇的氣相分壓為7.5kPa，液相組成為2.85kmol/m3，液膜吸收系數(shù)kL=2.12×10-5m/s，氣相總吸收系數(shù)KG＝1.206×10-5kmol/(m2·s·kPa)。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℃kg/m3溶液的總濃度為kmol/m35.知混合氣進(jìn)塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.002。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)為4.13×103kPa，吸收劑用量為最小用量的1.45倍。（1）試計(jì)算吸收液的組成；（2）若操作壓力提高到1013kPa而其他條件不變，再求吸收液的組成。解：（1）吸收劑為清水，所以所以操作時(shí)的液氣比為吸收液的組成為（2）6.數(shù)為0.0562kmol/(m3·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%。求水的用量及所需的填料層高度。解：惰性水的用量求填料層高度7.操作條件下的氣液平衡關(guān)系為；（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直徑。解：（1）惰性對(duì)于純?nèi)軇┪找李}意（2）由填料塔的直徑為8.在101.3kPa及20℃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。已知混合氣的質(zhì)量流速G為600kg/(m2·h)，氣相進(jìn)、出塔的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.05、0.000526，水的質(zhì)量流速W為（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(jì)算填料層高度應(yīng)如何變化，才能保持尾氣組成不變。解：首先計(jì)算操作條件變化前的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)操作條件下，混合氣的平均摩爾質(zhì)量為m（1）若氣相出塔組成不變，則液相出塔組成也不變。所以mmm即所需填料層高度比原來(lái)減少1.801m。（2）若保持氣相出塔組成不變，則液相出塔組成要加倍，即故mmm即所需填料層高度要比原來(lái)增加4.910m。（3）W對(duì)KGa無(wú)影響，即對(duì)KGa無(wú)影響，所以傳質(zhì)單元高度不變，即m即所需填料層高度比原來(lái)減少0.609m。9.某制藥廠現(xiàn)有一直徑為1.2m，填料層高度為3m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳硽怏w混合物中的溶質(zhì)組質(zhì)的回收率不低于95%；操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y=2.2X；溶劑用量為最小用量的1.5倍；氣相總吸收系數(shù)為0.35kmol/(m2·h)。填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90（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）惰性（2）m由填料的有效比表面積為填料的總比表面積為由由填料的等板高度為10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?jǐn)?shù)解：用清水吸收，操作液氣比為水的用量用清水吸收，由11.某制藥廠現(xiàn)有一直徑為0.6m，填料層高度為6m的吸收塔，用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下：V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y=1.5X?，F(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(chǔ)上將填料塔加高。試計(jì)算填料層增加的高度。解：改造前填料層高度為改造后填料層高度為故有由于氣體處理量、操作液氣比及操作條件不變，故對(duì)于純?nèi)軇┪?，由故因此，有操作液氣比為填料層增加的高度?2.若吸收過(guò)程為低組成氣體吸收，試推導(dǎo)。解：由故及101.3kPa，氣相的質(zhì)量速度為0.525kg/(m2·s)，液相的質(zhì)量速度為2.850kg/(m2·s)。已知20℃及101.3kPa時(shí)氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)為m2/s，20℃時(shí)氨在水中的擴(kuò)散系數(shù)為m2/s。試估算傳質(zhì)單元高度HG、HL。解：查得Pas由8-6，，，查得Pas由8-7，，14.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知進(jìn)、出解吸塔的液相組成分別為0.0085和0.0016（均為摩爾比）。解吸所用載氣為含二氧化碳0.0005（摩爾分?jǐn)?shù)）的空氣，解吸的操作條件為35℃、101.3kPa，此時(shí)平衡關(guān)系為Y=106.03X。操作氣液比為最小氣液比的1.45倍。若取m，求所需填料層的高度。解：二氧化碳的最小氣液比為操作氣液比為吸收因數(shù)為液相總傳質(zhì)單元數(shù)為填料層高度為15.6.25。塔內(nèi)裝有DN50金屬階梯環(huán)填料，其比表面積為109m2/m3。操作條件下，液相的平均密度為995.6kg/m3，氣相的平均密度為1.562kg/m3。（1）計(jì)算該填料塔的操作空塔氣速；（2）計(jì)算該填料塔的液體噴淋密度，并判斷是否達(dá)到最小噴淋密度的要求。解：（1）填料塔的氣相負(fù)荷為

填料塔的操作空塔氣速為（2）填料塔的液體噴淋密度為最小噴淋密度為，達(dá)到最小噴淋密度的要求。16.礦石焙燒爐送出的氣體冷卻后送入填料塔中，用清水洗滌以除去其中的二氧化硫。已收塔為常壓操作，吸收溫度為20℃。填料采用DN50塑料階梯環(huán)，泛點(diǎn)率取為60％。試計(jì)算該填料吸收塔的塔徑。解：查得Pas的質(zhì)量流量為采用?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖計(jì)算泛點(diǎn)氣速，橫坐標(biāo)為查圖8-23，得縱坐標(biāo)為對(duì)于DN