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1、第八章 氣體吸收1. 在溫度為40 、壓力為101.3 kPa的條件下,測(cè)得溶液上方氨的平衡分壓為15.0 kPa時(shí),氨在水中的溶解度為76.6 g (NH3)/1 000 g(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。40 時(shí)水的密度為 kg/m3 溶解度系數(shù)為 2. 在溫度為25 及總壓為101.3 kPa的條件下,使含二氧化碳為3.0%(體積分?jǐn)?shù))的混合空氣與含二氧化碳為350 g/m3的水溶液接觸。試判斷二氧化碳的傳遞方向,并計(jì)算以二氧化碳的分
2、壓表示的總傳質(zhì)推動(dòng)力。已知操作條件下,亨利系數(shù)kPa,水溶液的密度為997.8 kg/m3。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 kPa3. 在總壓為110.5 kPa的條件下,采用填料塔用清水逆流吸收混于空氣中的氨氣。測(cè)得在塔的某一截面上,氨的氣、液相組成分別為、。氣膜吸收系數(shù)kG=5.2×10-6 kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系數(shù)kL=1.55×10-4 m/s
3、。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)H0.725 kmol/(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 。在操作條件下平衡關(guān)系符合亨利定律,甲
4、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7.5 kPa,液相組成為2.85 kmol/m3,液膜吸收系數(shù)kL=2.12×10-5 m/s,氣相總吸收系數(shù)KG1.206×10-5 kmol/(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 時(shí)水的密度為 kg/m3溶液的總濃度為kmol/m3 (2)由m/s 因溶質(zhì)組成很低,故有 (3)吸收速率為 5. 在101.3 kPa及2
5、5 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(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4.13×103 kPa,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1013 kPa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. 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。已知混合氣的流量為45 kmol/h,二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為0.032。操作條件下氣液平衡關(guān)系為
6、,氣相總體積吸收系數(shù)為0.056 2 kmol/(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(kg/h)及所需的填料層高度。解: 惰性氣體的流量為水的用量為 求填料層高度 7. 某填料吸收塔內(nèi)裝有5 m高,比表面積為221 m2/m3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(體積分?jǐn)?shù));進(jìn)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(guān)系為;氣相總吸收系數(shù)為;填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90。試計(jì)算(1)填料
7、塔的吸收率;(2)填料塔的直徑。解:(1)惰性氣體的流量為對(duì)于純?nèi)軇┪?依題意(2) 由 填料塔的直徑為8. 在101.3 kPa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600 kg/(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800 kg/(m2·h),填料層高度為3 m。已知操作條件下平衡關(guān)系為Y= 0.9 X,KGa正比于G 0.8而于W無關(guān)。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(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)
8、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 m m m 即所需填料層高度比原來減少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 m m m 即所需填料層高度要比原來增加4.910 m。 (3) W對(duì)KGa無影響,即對(duì)KGa無影響,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
9、數(shù));要求溶質(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0.35 kmol/ (m2·h)。填料的有效比表面積近似取為填料比表面積的90。試計(jì)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) 惰性氣體的流量為 (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)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
10、氧化硫的回收率為92%。試求水的用量(kg/h)及所需理論級(jí)數(shù)。 解: 用清水吸收, 操作液氣比為 水的用量為 用清水吸收, 由 11. 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。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)如下:V=500 m3/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 = 1.5 X ?,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
11、量、操作液氣比及操作條件不變,故對(duì)于純?nèi)軇┪眨?故 因此,有操作液氣比為填料層增加的高度為12. 若吸收過程為低組成氣體吸收,試推導(dǎo)。解: 由 故 13. 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。操作條件為20 及101.3 kPa,氣相的質(zhì)量速度為0.525 kg/(m2·s),液相的質(zhì)量速度為2.850 kg/(m2·s)。已知20 及101.3 kPa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20 下,空氣的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下: Pa·s kg/m3由 查表8-6
12、,查得20 下,水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下: Pa·s kg/m3由 查表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0.008 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?jǐn)?shù))的空氣,解吸的操作條件為35 、101.3 kPa,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:進(jìn)塔載氣中二氧化碳的摩爾比為 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. 某操作中的填料塔,其直徑為0.8 m,液相負(fù)荷為8.2 m3/h,操作
13、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 m2/m3。操作條件下,液相的平均密度為995.6 kg/m3,氣相的平均密度為1.562 kg/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。已知入塔的爐氣流量為2400 m3/h,其平均密度為1.315 kg/m3;洗滌水的消耗量為50 000 kg/h。吸收塔為常壓操作,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20 下,水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)
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