第三章吸收Word格式.docx

1、 若为逆流吸收过程，且在操作条件下相平衡关系为 YA* = mXA ，即使塔高无穷高出塔气体浓度的最低值为：YA,2,min = mXA,2出塔液体浓度的最高值为：对于无穷高的吸收塔，平衡状态出现在塔顶或是塔底，取决于相平衡常数和液气比的相对大小。则根据相平衡关系和液气比可以确定吸收液出口浓度的最大值或尾气组成的最低值。1.2 吸收速率方程1.2.1 各种表示形式分吸收速率方程总分吸收速率方程注意：（1）吸收系数与推动力之间的对应关系； （2）在低浓度气体混合物的吸收计算中，最常用的吸收速率方程为和 1.2.2 总传质系数与单相传质系数之间的关系及吸收过程中的控制步骤当吸收系统服从亨利定律或平

2、衡关系在计算范围为直线 （3-6） （3-7） （3-8） （3-9） （3-10） （3-11） 易溶气体，因H很大或m很小，则 KG kG 或 KY kY 称为气膜控制； 难溶气体，因H很小或m很大，则 KL kL 或 KX kX 称为液膜控制。1.3 吸收过程计算1.3.1 全塔物料衡算qn,B（YA,1YA,2）= qn,C（XA,1XA,2） （3-12）尾气浓度 YA,2 = YA,1（1） （3-13） 出塔吸收液浓度 XA,1 = XA,2qnB（YA,1YA,2）/qn,C （3-14）1.3.2 操作线方程与操作线 （3-15） 或 （3-15a）上两式是等效的，称为逆流吸

3、收操作线方程。其在XAYA图上是一条直线，称为吸收塔的操作线。操作线是一条斜率为、经过点（XA,1，YA,1）（XA,2，YA,2）的直线。操作线是由物料衡算导出，与塔型、压强及温度无关。1.3.3 最小液气比和吸收剂的用量 针对一定的分离任务、操作条件和吸收物系，当塔内某截面吸收推动力为零时，达到指定分离程度所需塔高为无穷大时的液气比称为最小液气比，以表示。当平衡关系服从亨利定律时，最小液气比为 （3-16）适宜液气比 （3-17） 注意：液气比影响吸收质量和操作成本，它是吸收操作的技术指标和经济指标。1.3.4 填料层高度的计算传质单元法1.3.4.1 填料层高度 H = 传质单元高度 传

4、质单元数 = HOG NOG = HOL NOL （3-18）1.3.4.2 传质单元高度 气相 （3-19） 液相 （3-20） 提示：当流体通过一定的填料层高度进行传质后，溶质浓度变化等于该段填料层中的平均传质推动力，这样一段填料层称为一个传质单元；完成一个传质单元的分离效果所需的填料层高称为传质单元高度。它与物系性质、操作条件、及传质设备结构参数有关。1.3.4.3 传质单元数 （1）计算式 （3-21）或 （3-22）传质单元数指达到分离要求所需要的传质单元的数量。它与分离前后的溶质浓度变化以及相平衡关系有关。传质单元数反映了吸收过程的难易程度。（2）传质单元数的计算对数平均推动力法当

5、气液平衡线为直线时， （3-23）式中 （3-24） （3 - 5） （3-26）吸收因数法 （3-27）操作中的吸收塔，若操作条件变化，利用式（3-27）更容易求此时尾气的出口浓度。1.4 强化吸收过程的措施1.4.1 提高吸收过程的推动力（1）逆流操作；（2）提高吸收剂的流量；（3）降低吸收剂入口温度；（4）降低吸收剂入口溶质的浓度。1.4.2 降低吸收过程的传质阻力（1）提高流体流动的湍动程度；（2）改善填料的性能2. 例题 例1. 用清水吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含NH3 6（体积，下同），吸收后气体出口中含NH3 0.4%，溶液出口浓度为0.012kmol NH3/kmo

6、l H2O。系统的平衡关系YA* = 2.52XA，气液逆流流动，试求塔顶、塔底气相推动力各为多少？解：（1）塔底 ： X A,1= 0.012 Y A,1* = 2.52 X A,1 = 2.520.012 = 0.0302 Y A,1= Y A,1-Y A,1* = 0.0638 - 0.0302 = 0.0336 附：Y A,1 Y A,1*，发生吸收过程。（2）塔顶: Y A,2* = 2.52X A,2 = 0Y A,2 = Y A,2-Y A,2* = 4.8810-3例2. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30时用清水吸收空气中的SO2， 其平衡关系为yA*= 26.7xA。如

7、果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa， 液相中SO2浓度为CA = 0.05kmolm-3，气相传质分系数为kg = 4.1110-9kmol（m2sPa）-1，液相传质分系数kL=1.0810-4ms-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气液相界面上的浓度CA,i和pA,i; （2）KG和KL及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？（1）求pA,i和CA,i 查 30, 水= 995.7kgm-3 E = mP = 26.7 101325 = 2.71 106Pa 对定常吸收过程， kg（pA - p A,i） = kL（C A,i- CA） 以

8、C A,i = p A,i H 代入解得： pA,i = 3546.38Pa CA,i = pA,iH = 3546.38 2.04 10-5 = 0.0724kmolm-3 （2）求KG、KL及相应的推动力。 = + = + KG = 1.43Pa）-1 CA* - CA = 0.084 -0.05 = 0.034kmol（3）本题计算方法的基础是双膜理论。例3. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmolh）-1,其初始苯体积含量为2，入口洗油中不含苯，流量为40kmolh）-1。操作条件下相平衡关系为YA*=0.13XA，气相体积传质系数KYa近似与液量无

9、关，为0.05kmol（m3s）-1。若希望苯的吸收率不低于95，问能否满足要求？解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H需，与现有的填料层高度h比较，若H需 H，则该塔能满足要求。 YA,2 = 0.0204 （1 - 0.95） = 1.02 10-3 qn,B/S = 200 （1-0.2） =196kmolh）-1 XA,2 = 0塔顶：YA,2 = YA,2 -YA,2* = 1.02塔底：YA,1 = Y A,1 -Y A,1* = 0.0204 - 0.13 0.095 = 8.05 10-3该塔不能满足要求。习 题1. 温度为10及30，总压为

10、101KPa的空气和水接触，空气中氧的体积百分率为21。试求：（1）氧的最大浓度（xA、CA）；（2）溶解度系数。2. 已知在1.013105 Pa下，20C、100 g 水中溶有H2S 7.82110-3 g ，溶液上方H2S的平衡分压2026Pa。求：（1）解度系数H （molm-3Pa-1）；（2）以气相分压与液相摩尔分数之间关系表示的相平衡方程；（3）相平衡常数；（4）总压提高一倍时的E、H、m值。3. 在303K下，SO2分压为3039Pa的混合气分别与下列溶液接触：含SO2 25.60 molm-3 的水溶液；含SO2 36.25 mol求这两种情况下传质的方向和传质推动力（分别以

11、SO2气相分压差和液相浓度差表示）。已知303K时，SO2的E = 4.79106Pa。4. 20的水与氮气逆流接触，以脱除水中溶解的氧气。塔底入口的氧气中含氧0.1%（体积），设气液两相在塔底达到平衡，平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下水离开塔底时的最高含氧量。以mgm-3表示。（1）操作压强为0.1MPa（绝压）；（2）操作压强为0.04MPa（绝压）。5. 某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质xA为210-4（摩尔分率），进口气体中含溶质2.5%（体积），操作压强为0.1MPa。气液平衡关系为yA* = 50xA。现将操作压强由0.1MPa增至0.2MPa，问塔底推动力（yA-yA*）及（

12、xA-xA*）各增加至原有的多少倍？6. 某吸收塔用溶剂B吸收混合气体中的A化合物。在塔的某一点，气相中A的分压为21278Pa，液相中A的浓度为1.0010-3kmolm-3，气液之间的传质速率为410-5kmols-1m-2，气膜传质系数kg为3.9510-9kmol（sm2Pa）-1，证实系统服从亨利定律，当PA=8106Pa时，液相的平衡浓度为1.0010-3 kmolm-3，求下列各项：（1）kL、KG、KL（2）PA- PA,i、CA,i- CA、PA- PA*、CA*- CA（3）气相阻力占总阻力的百分数。7. 下图为两种双塔吸收流程，试在YA、XA图上定性画出每种吸收流程中A、

13、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的进、出口浓度（平衡关系服从亨利定律）。 习题 7 附图8. 一逆流操作的吸收塔，在101.33KPa，25条件下进行操作。塔内用清水吸收混合气体中的H2S，进塔气体中含H2S 4（体积），吸收率为95。该物系服从亨利定律，亨利系数E=5.52104KPa。试计算：（1）操作液气比为最小液气比的1.15倍时操作液气qn,C/qn,B和液体出塔组成XA,1（摩尔比）各为若干？（2）若操作压力改为560KPa，其它条件不变，操作液气比qn,C/qn,B和液体出塔组成XA,1又为若干?9. 某吸收塔每小时从混合气中吸收2000kg SO2。已知进塔气中含SO21

14、8（质量），其余视为空气，混合气的平均分子量取28，水的用量比最小吸收用量大65，在操作条件下的平衡关系为YA*=26.7XA。试计算每小时用水量为多少m3?10. 气体混合物中溶质的组成YA,1 = 0.02，溶质的吸收率为99，气液相平衡关系为YA*=1.0XA,1。试求下列情况的传质单元数。（1）入塔液体为纯溶剂，液体比qn,C/qn,B = 2.0;（2）入塔液体为纯溶剂，液体比qn,C/qn,B = 1.25;（3）入塔液体组成X A,2 = 0.0001，液体比qn,C/qn,B = 1.25;（4）入塔液体为纯溶剂，液体比qn,C/qn,B = 0.8，溶质的回收率最大可达多少？

15、11. 30，常压操作的填料吸收塔中，用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为6000m3h-1（标）。进塔气体中氨的含量为3（体积），要求氨的吸收率不低于98。水的用量为最小用量的1.6倍，空塔气速取1.0ms-1。已知操作条件下的平衡关系为YA*=1.2XA，气相体积吸收总系数KYa=0.06kmol（1）分别用对数平均推动力法及吸收因数法求气相总传质单元数。（2）填料层高度。12. 某厂有一填料塔，直径880mm，填料层高6m，所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理2000m3混合气（体积按25与101.33KPa计），其中含丙酮5（体积），用清水作吸收剂。塔顶送出的废气中含0.26

16、3%（体积）的丙酮，塔底送出来的溶液每kg含丙酮61.2g。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数KYa。操作条件下的平衡关系为YA* = 2XA。上述情况下每小时可回收多少kg丙酮？若把填料层加高3m，可以多回收多少丙酮？13. 今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m3h-1，原料气中含甲醇100gm-3，吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时组成的67。 设在标准状况下操作，吸收平衡关系为YA*=1.5XA， 甲醇的回收率为98，KY=0.5kmolh）-1，塔内填料的有效表面积为190m2m-3，空塔气速为0.5m（1）水的用量；（2）塔径；（3

17、）填料层高度。14. 有一填料吸收塔，填料高10m，用清水逆流洗去混合气中有害组分A，在一定的操作条件下，测得进、出塔气体中含A分别为YA,1 = 0.02，YA,2 = 0.004，出塔液相中含A 0.008（均为比摩尔分数）。相平衡常数m = 1.5，问：（1）该操作条件下的气相总传质单元高度为多少？（2）因要求塔顶出塔气体中含A为0.003（比摩尔分数），如液气比不变，填料层应加高多少？15. 在高度为6m的填料塔内，用纯吸收剂吸收某气体混合物中的可溶组分，在操作条件下，相平衡常数m = 0.5，当qn,C/qn,B = 0.8时，溶质回收率可达90，现改用另一种性能较好的填料在相同条件

18、下其吸收率提高到95，问此填料的体积传质系数是原填料的多少倍？16. 某填料塔在常压及293K下，用清水吸收混合气体中的SO2，处理气量为1m3s-1，其中含SO2 9%（体积百分数）。要求SO2的吸收率为95%，吸收用的液气比为最小液气比的1.2倍。（1）吸收所得出塔液体浓度；（2）气相传质单元数； 已知常压、293K下，SO2的YA - XA平衡数据列于下表中：XA5.62510-51.4110-42.814.225.63YA6.6181.584.237.6910-3.0.011278.431.4061.9690.018910.035460.054110.084230.137717. 有一

19、吸收塔，其填料层高为3m，操作压强为0.1MPa（绝），温度为20。现用来吸收氨空气混合气体中的氨，吸收率为99。混合气体中含氨0.06（摩尔分率），进口气体流率为580kgh）-1（标态），进口清水流率为770kg（m2假定等温逆流操作，平衡关系为yA*= 0.9xA, 且KG与气体流速的0.8次方成正比。试分别计算下列情况下的填料层高度。（1）将操作压强增加一倍。（2）将进口水流量增加一倍。（3）将进口气体流量增加一倍。18. 某填料吸收塔用XA,2 = 0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是3，气体入口浓度YA,1= 0.01，回收率可达 = 0.90。今因解吸不良使

20、吸收剂入口浓度X2升至0.00035。（1）可溶组分的回收率下降至多少？（2）液相出塔浓度升高至多少？已知物系的平衡关系为YA*= 2XA。19. 平衡关系YA* = XA, YA,1 = 0.1, XA,2 = 0.01（1）当 = 0.8时，（qn,C/qn,B）min = ?（2）max= ？分别在 qn,C/qn,B m， qn,C/qn,B = m ）（3）如果YA* = 0.5XA时，max会有何变化？（4）XA,2由0.01升至0.15，会有何现象？20. 压强为1.013105Pa、温度为25的系统中，N2和O2的混合气发生定常扩散过程。已知相距5.0010-3m的两截面上，氧

21、气的分压分别为1.25104Pa、7.5103Pa；0时氧气在氮气中的扩散系数为1.81810-5 m2求等分子反向扩散时：（1）氧气的扩散通量；（2）氮气的扩散通量； （3）与分压为1.25104Pa的截面相距2.510-3m处氧气的分压。21. 定常态下，NH3和H2的混合气发生扩散过程。系统总压为1.013105Pa、温度为298K，扩散系数为7.83已知相距0.02m的两截面上，NH3的分压分别为1.52104Pa和4.83103Pa。（1）NH3和H2作等分子反向扩散时的传质通量；（2）H2为停滞组分时，NH3的传质通量。并比较等分子反向扩散与单向扩散的传质通量大小。22. 在某一装

22、水的浅槽中，水的高度为510-3 m，维持槽中水温为30，因分子扩散使水逐渐向大气蒸发。假设扩散开始时通过一厚度为510-3 m、温度为30的静止空气层，该空气层以外水蒸气分压视为零。扩散系数为3.073s-1，大气压为1.013105Pa。求浅槽内的水完全蒸发所需的时间。23. 含NH310%（体积百分数，下同）的氨-空气混合气在填料吸收塔中连续用水吸收，出塔时氨的浓度降为0.1%。操作温度为293K，压强为1.013已知在塔内某一点上，氨在气相中的浓度为5%，与该点溶液呈平衡的氨的分压为660Pa，传质速率为1.00molm-2若氨在空气中的扩散系数为2.4s-1，且假定传质总阻力集中在气

23、液界面气体一侧的层流膜层中。试求该层流膜层的厚度。思 考 题1. 低浓度气体吸收有何特点？2. 亨利定律有哪些表达方式？相平衡关系在吸收过程中有何应用？3. 双膜理论的主要论点是什么？4. 吸收速率方程有哪些表达方法？各式中哪一项代表传质过程的阻力？5. 说明操作线方程及操作线的物理意义。6. 利用已学过的传热原理与传质原理，填充下表： 过 程内 容传热过程吸收过程传 递 对 象被 传 递 的 对 象传 递 方 向过 程 极 限过 程 推 动 力7. 说明吸收分系数与吸收总系数的物理意义及相互间的关系？8. 用吸收实现均相混合物分离的基本依据是什么？9. 吸收的传质单元数有哪些计算方法？10.

24、 说明填料塔的基本构造和各部分的作用。11. （1）将含4（mol%）CO2的空气与浓度为1.210-3kmol/m3 CO2水溶液接触，将发生什么过程？混合气为0.1MPa 、20。（2）若将温度提高到50，将发生什么过程？（3）若将气相压力提高到0.2MPa，将发生什么过程？（4）若（1）问中的液相浓度为2.8210-5，则将发生什么过程？12. 试在图中画出操作时，当吸收剂用量增加或溶剂再循环（塔高与其它条件不变）后，操作线的新位置。 思考题 12 附图 13. 用逆流填料吸收塔处理低浓度气体混合物，已知过程为双膜控制（即气相阻力和液相阻力均不能略去）。试分析在入口气量适度增加的操作条件下（其他条件不变），出口气、液组成YA,1、XA,1的变化情况。