第八章氣體吸收

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)