吸收习题解.docx

1、吸收习题解y =0.95x ，气相体积传质总系数Kya=0.04kmol/(m s)，且 Kya二G.8。(1)所需填料层高度为多少?(2)采用部分吸收剂再循环流程，新鲜吸收剂与循环量之比L/L r=20，气体流率及新鲜吸收剂用量不变，为达到分离要求，所需填料层的高度为多少?(3 )示意绘出带部分循环与不带循环两种情况下的操作线与平衡线。(4)求最大循环量LR(max) 。解:(1)低浓气体吸收，y ： y,x ： xya 二 1yb 二 1 -0.95 0.05 =0.0025液气比：丄=3.5 -.0025 “95G xb -xa 0.05m =0.95 ，所以 S =1G :ym 二:y

2、a 二 ya =0.0025Nog =Ly m 0.0025G 0.02Hog 0.5mOG Kya 0.04h。= Hog Nog = 0-5 19 = 9.5mG, yuLrLr吸收剂再循环此时吸收剂入口浓度:原操作线訪 新操作线b、，* Lx a * L R xbXaL Lr0.050.0023820 11、吸收剂部分再循环对塔高的影响-氨混合气中的氨，混合气的流率常压逆流连续操作的吸收塔，用清水吸收空气为0.02kmol/ ( m s)，入塔时氨的浓度为 0.05 (摩尔分率，下同)，要求吸收率不低于95%,出塔氨水的浓度为 0.05。已知在操作条件下气液平衡关系为塔内L =L Lr

3、=L L =1.05L20S=卫 =0.95L 1.05因为为易溶气体，且 KyaG08所以L再循环后,ga不变，即HogKya=0.5m不变Nog1rsyb _mxa ya mXa110.951-0.95。05一.95 咤 0.95I： 0.0025-0.95 0.00238=47.84.h0=HoGNoG =05 4784 =2392 m（3） 见上图。（4） 当循环量加大，Xa ，当Xa =土时，气液两相在塔顶平衡，.认=0，达到分mLx a L R(max) Xb - ( L L R(max) ) Xa ，0.0025= 0.002630.95L R (max)LXaxb _ xa0.

4、02 0.95 0.002630.05-0.00263= 1.055 10 kmol/(m 2s)离要求，塔高无限，此时，循环量为最大循环量。从计算结果可以看出，吸收剂部分再循环，吸收塔进口液体溶质浓度增加，平均传质推动力减小，若过程为气膜控制，循环吸收剂流量增加，传质系数 Kya不变，所以导致吸收塔塔高增加。问题：从上述结果看吸收剂部分循环对吸收是不利的， 但工业上为什么有时还采用这种操作呢？在下列情况下采用循环总的看来是有利的： （1）若吸收过程的热效应很大，以至吸收剂进吸收塔前需要塔外冷却来降低吸收温度， 这样相平衡常数m降低, 全塔平均推动力提高，祢补了因部分再循环吸收塔进口液体溶质浓

5、度增加导致的 平均传质推动力减小。（2）若吸收工艺要求较小的新鲜吸收剂用量，以至不能 保证填料被很好的润湿，致使单位体积填料有效传质面积降低， 此时采用吸收剂 部分再循环，提高单位体积填料有效传质面积，即提高体积传质系数，补偿了因 循环而降低吸收推动力，如果总体上仍使塔高降低，使用再循环是有意义的。2、提高吸收率的具体措施在填料高度为 4m的常压填料塔中，用清水吸收尾气中的可溶组分。已测得如下数据：尾气入塔组成为 0.02，吸收液排出的浓度为 0.008 （以上均为摩尔分率），吸收率为0.8，并已知此吸收过程为气膜控制，气液平衡关系为 y*=1.5x。(1 )计算该塔的 Hog和Ndg;(2

6、)操作液气比为最小液气比的倍数；(3)若法定的气体排放浓度必须 0.002 ,可采取哪些可行的措施？并任选其中之一进行计算，求出需改变参数的具体数值;(4)定性画出改动前后的平衡线和操作线。解:y ： Y,x ： Xyb =0.02 ：5% 10%可当作低浓气体吸收,ya=1 - yb=1 -08 0.02 = 0.004Xb -Xal yb -ya 0.02 -0.004 阪厂=2In 1-0.750.75nog10.75= 2.773-H OGh0N OG41.443 m2.773yb -yayb - ya= 1.5 08 =12Xb-XaIMG minG min石=1667可采取的措施:

7、原操作线汕 新操作线a.增加填料层高度不变(G不变，气膜控制 Kya不变)S二乎=0.75不变1 . L “yb -mxa Nog n ：1-S) +S1 -s - ya -mxa _1 0.02 In 1 0.75 0.751 -0.75 _ 0.002= 4.715h0 二Hog Nog =1443 4.715 =680 m.ho2.84b.增大用水量因为G不变，气膜控制，所以 Kya不变，Hog不变又h0不变，所以Ng也不变即N OG3 s! -mxa12773 Pln0.02心时S试差S J027Y ihYaa0yb _mxa卄 亠小- -图，查得S，=027ya - mxa原操作线a

8、b二必=2.78L S 0.27c.其它操作条件不变，降低操作温度,m变小,s=mGL0,而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据Nog_1 一1 -sIn 1 S_ ya - mxaS的关系图可知，匹yb不变，故气体出口浓度 y降低。d.其它操作条件不变，增大操作压力，由，m变小，sJF，而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据Nog丄In 1 -S yb mXa S的关系图1 - S _ ya - mxa可知，yb ，yb不变，故气体出口浓度 ya降低。e.其它条件不变，选用对溶质溶解度大的吸收剂，即m小。与c、d分析相同，得到ya降低。f.其它条件不变，改用另

9、一种吸收性能较好的填料，提高吸收总传质系数及单位体积填料的有效传质面积增大，即 Ky-，气相总传质单元高度变小，塔高不变，气相总传质单元数变大，又因S也不变，故根据ng In 1 -S 心竺 S的关系图可知， 红 ，1S . y-_mx- _yb不变，故气体出口浓度 y-降低。从本题的结果看：工业上提高吸收率，降低出口气体浓度的具体措施可以从吸收过程的设计方面入手，如增加塔高、改换吸收剂及改用性能良好的填料。 另外一方面从吸收操作方面入手降低气体出口浓度更为方便， 如降低吸收温度、提高吸收压力、适度增大吸收剂用量，若非清水为吸收剂，还可降低吸收剂入口浓 度。3、气液流动方式对吸收过程的影响用吸

10、收操作除去某气体混合物中的可溶有害组分，在操作条件下的相平衡关系为0.001，Y*=1.5X，混合气体的初始浓度为 0.1 （摩尔比，下同），吸收剂的入塔浓度为0.005，试计算在操作条件不变液气比为 2.0。已知在逆流操作时，气体出口浓度为的情况下改为并流操作， 气体的出口浓度为多少？逆流操作时所吸收的可溶组分是并流操作的多少倍？计算时近似认为Ka与流动方式无关。解:原工况：逆流操作时XbHLBYb-Ya XLS=1 01 -0.005 0.001 =0.0485.Ya =Ya _mXa =0.005 -1.5 0.001 =0.0035=Yb -mXb =0.1 -0.0485 15 =0

11、.02725Ym畝 02725 一。0035 =0.01157In(%W02725。0.0035N OGy 匹5 =8.21.Ym 0.01157新工况：并流操作时h0 =hog逆 Nog逆=hog并 Nog并G 十片HoG二Kya不变，所以Nog不变即并流后Nog =8.21物料衡算：Ls Xb -Xa=GB Ya -Yb匚，Xa匚，XaGB 1.Xb B Ya -Yb Xa 01 Yb 亠0.001 =0.051 0.5Yb(1).-YYa -mXa.Y；=Y；-mXb饷_Ya -3b (Ya -mXa )-(Yb -mXb ) (Ya -Yb )+m(Xb -X aInInGa -mXa

12、、 IY一mXQInGa -mXa YbmXb 丿Y -Yb 篦-Yb Y -mXa一 一 Ya -Yb m Xb _Xa lnYb=mXbYa -Ybmo ln Ya -Yb L Ya YbYa XaYb-mXbmGYamXa ln Yb -mXb8.211 01 1.5 0.001In_ 15 In Yb -1.5Xb1 b b2Yb -15Xb =5.6717 10 式(1)和(2)联立：Yb =0.0437 , Xb = 0.0292逆流与并流所吸收溶质量之比:5逆 Gb Yb -Ya 01-0.0051687m并 Gb Ya -Yb 01 -0。437 68从本题的结果可以看出，在同

13、一吸收塔内，若操作条件完全相同，逆流操作 的吸收效果好于并流操作，吸收液从塔底流出之前与入塔气接触，可得到浓度较 高的吸收液。这是由于逆流操作可获得较大的吸收推动力， 从而提高吸收过程的 传质速率。所以工业上多采用逆流吸收操作。4、浓度不同的多股吸收剂混合进塔和分别进塔对塔高的影响空气和 CCI4混合气中含 0.05 (摩尔比，下同)的 CCI4，用煤油吸收其中 90%勺CCI4。混合气流率为 150kmol惰气/ ( mh )，吸收剂分两股入塔，由塔顶加入的一股 CCl4组成为0.004，另一股在塔中一最佳位置(溶剂组成与塔内此截面上液相组成相 等)加入，其组成为 0.014，两股吸收剂摩尔

14、流率比为 1: 1。在第二股吸收剂入口以上塔内的液气比为 0.5，气相总传质单元高度为 1m,在操作条件下相平衡关系为Y*=0.5X，吸收过程可视为气膜控制。试求：(1)第二股煤油的最佳入塔位置及填料层总高度；(2)若将两股煤油混合后从塔顶加入，为保持回收率不变，所需填料层高度为多少？(3)示意绘出上述两种情况下的操作线，并说明由此可得出什么结论？解：Ya 胡 _ Yb =0.05 01 =0.005在上半段进行物料衡算：Gb Yi -Ya =Ls1 Xi Xa1因为最佳位置进入，所以 Xi二Xa2 =0.014LsiYi =Ya X i _X a1 ；=0.05 - 0.5 0.0140.0

15、04 ：=0.01G BLS1=0.5 = m.Ym = . Ya =0.003N OG上Yi -Ya _ Ym上0.01 - 0.0050.003= 1667Ls2jH og上 = 1mh上=Hog上 Nog上 = 1667m在下半段进行物料衡算:GB(Yb -丫)=Ls(Xb Xa2 )G b 1 工Xb B Yb -Yi Xa2 二 0.05-0.01 0.014=0.054L s 0.52.Yb =Yb mXb =0.05 05 0.054 =0.023.Yi =0.003Ym下0.0230.003ln 230.003=0.00982N OG下二 Yb -Yi下0.05-0.010.0

16、0982=4.073气膜控制，G不变，Kya不变，所以Hog不变.h0下=1 4.073 = 4.073mh0 二 h0上 h0下=1667 4.073= 5.74 m(2)当两股吸收剂混合进料时出口：Xa 二0.014 0.0042= 0.009Xb 亡 Yb -Ya Xa1_2 0.50.05 -0.005 0.009 =0.054.Ya =Ya mXa =0.005 -05 0.004 =0.003. Yb =Yb _mXb =0.023K：(3)BC ,BA ,Nog =y.5 一 .005 *653.Ym 0.00588h0 =Hognog = 7.653m吸收剂分别进塔时，上段吸收

17、操作线为其斜率为gsi*5 ；下段吸收操作线为2 l其斜率为 岂=0.5 2 =1。两段的操作Gb线如图ABC线所示。2L吸收剂混合后进塔，吸收操作线为ABD，其斜率为羔心2 如图所示。由此可见，吸收剂混合后进塔，操作线靠近平衡线，传质推动力下降，故所 需填料层高度较高。不同浓度的两股吸收剂之间混合即返混与分离的目的是背道 而驰的，混合过程降低了吸收过程的推动力， 对吸收分离是不利的，增加吸收塔5、吸收-解吸联合流程的有关计算逆流吸收-解吸系统，两塔的填料层高度相同。已知吸收塔入塔的气体组成 为0.02，要求回收率为 95%,入塔液体组成为 0.006 （均为摩尔分率）。操作条件下吸收系统的气

18、液平衡关系为 y*=0.125x，液气比为最小液气比的 1.4倍，气相总传质单元高度为0.5m ;解吸系统用过热蒸汽吹脱， 其气液平衡关系为 y*=2.5x，汽液比为0.4,试求：（1） 吸收塔出塔液体组成；（2） 吸收塔的填料层高度；（3） 解吸塔的气相总传质单元高度。（4） 欲将吸收塔的回收率提高到 96%，应采取哪些措施？（定性分析）解：流程图如上。（1）G minyb -yaXb ：-Xa0.02 0.0010020.0060.125= 01234ya _ yb 一0.95 0.02 =0.001=14 01234 =01728由全塔物料衡算： L(xb Xa ) = G(yb ya

19、)Xb =Xa GL yb ya = 0.006 02-0.001 =0116(2)计算N OG ：ya =ya -mxa =0.001 -0125 0.006 =0.0003：yb =yb -mxb =0.02 -0125 0116 =0.0055N OGy-yayb -ya ym= 1.788 10,0.0055 -0.0003In 0.0055/0.00030.02 -0.0013 =11.131788 10填料层高度：h0 二HogNog =05 1113 =5565 m（3）解吸塔物料衡算： L(xb xa )=G (yb y；)L 1yya G $ % 二舊0.116 -0.006

20、 严0.275.：ya 二mxa -ya =25 0.006 =0.015闷b =m xb -yb =2.5 0.116 -0.275 =0.015lym =0.015Nog yb ay m0.2750.015= 18.33 吸收塔与解吸塔填料层高度相同。” h0 5565Hog 0.304 mOG NOg 18.33（4）提高吸收塔回收率的措施：1） 其它条件不变，增大吸收塔内的液气比，吸收塔出塔气体的极限浓度为与入吸收塔液体组成0.006相平衡的气相组成y；，当xa =0.0 0 6时，其平衡的气相组成y； =0.125 0.006 =0.00075。吸收率为 96%时，ya = 1=1 -0.96 0.02 =0.0008。ya y： 所以增加液气比的措施是可行的。2） 在液体流量不变的情况下，降低吸收剂浓度，即通过增加解吸塔过热蒸气量，提高解吸塔的解吸效果，有关具体计算需要采用试差法。由此题结果可以看出，吸收和解吸过程是紧密相连的，两过程组成了一个完 整的分离过程， 吸收操作的变动要求解吸操作要进行相应的变化， 吸收的效果直 接依赖于解吸，吸收与解吸过程的成本主要在解吸。