6-吸收习题

第六章吸收五、计算题1、某一逆流操作的填料塔中，用水吸收空气中的氨气。已知塔底气体进气浓度为0.026（摩尔比）（下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料层高度为1.2m，塔内径为0.2m，吸收过程中亨利系数为0.5atm，操作压力0.95atm，平衡关系和操作关系（以摩尔比浓度表示）均为直线关系。水用量为0.1m3.h-1，混合气中空气量为100m3.h-1（标准状态下）。试求此条件下，吸收塔的气相总体积传质系数。解：方法1：Y1=0.026,Y2=0.0026，m=E/P=0.5/0.95=0.526Ls/GB=0.1×1000/18/(100/22.4)=1.244GB/A=(100/22.4)/(π/4×0.22)=142.1kmol.m-2.h-1X1=(Y1-Y2)/(Ls/GB)=(0.026-0.0026)/1.244=0.0188ΔY1=Y1–Y1e=0.026-0.526×0.0188=0.0161ΔY2=Y2–Y2e=0.0026ΔYm=(ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)=0.00741NOG=(Y1-Y2)/ΔYm=3.16∴ＫYａ＝（（GB/A）/Z）×NOG=142.1/1.2×3.16=37.42kmol.m-3.h-1方法2：A=（Ls/GB）/m=1.244/0.526=2.365NOG=A/(A-1)×ln[(1-1/A)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+1/A]=2.365/1.365×ln[(1-1/2.365)(0.026/0.0026)+1/2.365]=3.16∴ＫYａ＝37.42kmol.m-3.h-12、在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S吸收混合气体中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95%。已知操作条件下的解吸因数为0.8，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03（摩尔分率）。试计算：(1)操作液气比为最小液气比的倍数；(2)出塔液体的浓度；(3)完成上述分离任务所需的气相总传质单元数NOG。解：①y1=0.03,x1e=0.03，所以m=1(L/G)min=(y1-y2)/(y1/m)=mη=0.95S=m/(L/G)，L/G=m/S=1/0.8=1.25∴(L/G)/(L/G)min=1.25/0.95=1.316②x1=(y1-y2)/(L/G)=(0.03-0.03(1-0.95))/1.25=0.0228③NOG=1/(1-S)ln[(1-S)Y1/Y2+S]=7.843。3、常压下，用煤油从苯蒸汽与空气混合物中吸收苯，吸收率为99％。混合气量为53kmol.h-1。入塔气中含苯2％（体积），入塔煤油中含苯0.02％（摩尔分率）。溶剂用量为最小用量的1.5倍。在操作温度50℃下，相平衡关系为y=0.36x，总传质系数Kya＝0.015kmol.m-3.s-1。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。解：y1=0.02，y2=0.02×1%=0.0002x1e=y1e/m=0.02/0.36=0.0556，x2=0.0002(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)=(0.02-0.0002)/(0.0556-0.0002)=0.3574L/G=1.5(L/G)min=1.5×0.3574=0.536x1=x2+(y1-y2)/(L/G)=0.0002+(0.02-0.0002)/0.536=0.0371Δy1=y1–mx1=0.02-0.36×0.0371=0.00664Δy2=y2–mx2=0.0002-0.36×0.0002=0.000128Δym=(0.00664-0.000128)/ln(0.00664/0.000128)=0.00165NOG=(y1-y2)/Δym=(0.02-0.0002)/0.00165=12HOG=G/(Ｋyａ)=53/3600/(π/4×1.12)/0.015=1.033mZ=HOG×NOG=1.033×12=12.4m4、有一逆流填料吸收塔,塔径为0.5m，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。入塔气体量为100kmol.h-1，溶质浓度为0.01（摩尔分率），回收率要求达到90%，液气比为1.5，平衡关系y=x。试求：(1)液体出塔浓度；(2)测得气相总体积传质系数Kya=0.10kmol.m-3.s-1，问该塔填料层高度为多少？提示：NOG=1/(1-S)ln[(1-S)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S]解：①y1=0.01y2=y1(1-η)=0.01(1-0.9)=0.001L/G=(y1-y2)/x1，x1=(y1-y2)/(L/G)=(0.01-0.001)/1.5=0.006②HOG=G/Kya=（100/(0.785×0.52×3600)）/0.1=1.415mNOG=1/(1-S)ln[(1-S)y1/y2+S]S=m/(L/G)=1/1.5=0.667NOG=4.16Z=HOG×NOG=1.415×4.16=5.88m。5、用清水吸收氨－空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度y1＝0.01（摩尔分率），吸收率90％，气－液平衡关系y=0.9x。试求：（1）溶液最大出口浓度；（2）最小液气比；（3）取吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m时，填料层高为几米？解：已知y1＝0.01，η=90%，y2=y1(1-η)=0.01(1-0.9)=0.001x2=0，x1=y1/0.9=0.01/0.9=0.0111(L/G)min=(y1-y2)/(x1e-x2)=(0.01-0.001)/（0.01/0.9）=0.811L/G=2(L/G)min=2×0.811=1.62x1=(y1-y2)/(L/G)+x2=(0.01-0.001)/1.62=0.00556y1e=0.9×0.00556=0.005Δym=（(0.01-0.005)-(0.001-0)）/ln(0.01-0.005)/0.001=0.0025NOG=(y1-y2)/Δym=(0.01-0.001)/0.0025=3.6Z＝0.5×3.6=1.8m6、在逆流操作的吸收塔内，用清水吸收氨－空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度y1=0.01(摩尔分率)，吸收率90%，操作压力为760mmHg，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为684mmHg试求：（1）溶液最大出口浓度；（2）最小单位吸收剂用量；（3）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m时，填料层高为多少米?解：系统服从拉乌尔定律(1)y=(P°/P)x=685/760X=0.9Xx1e=y1/m=0.01/0.9=0.011(2)(L/G)min=(y1-y2)/x1e=(y1-y2)/(y1/m)=mη=0.9×0.9=0.81(3)(L/G)=2(Ls/G)min=2×0.81=1.62S=mG/L=0.9/1.62=0.556y1/y2=1/(1-η)=10NOG=1/(1-S)×ln[(1-S)y1/y2+S]=1/(1-0.556)×ln[(1-0.556)×10+0.556]=3.62(4)Z=HOG×NOG=0.5×3.62=1.81m7、在直径为0.8m的填料塔中，用1200kg·.h-1的清水吸收空气和SO2混合气中的SO2，混合气量为1000m3（标准）·h-1，混合气含SO21.3％（体积），要求回收率99.5％。操作条件为20℃、1atm，平衡关系为y=0.75x，总体积传质系数Kya=0.05kmol·m-3·s-1，求液体出口浓度和填料层高度。解：已知：D=0.8mLs=1200kg.h-1，G=1000Nm3·h-1y1=0.013，φ=0.995，x2=0，y=0.75xKya=0.05kmol·m-3·s-1，Ls=1200/(3600×18)=0.0185kmol/sG=1000/(22.4×3600)=0.0124kmol/s∵为低浓度吸收∴(L/G)=0.0185/0.0124=1.49y2=y1(1-φ)=0.013(1-0.995)=0.000065x1=(G/L)(y1-y2)+x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868∵Z=HOG×NOG，而NOG=(y1-y2)/ΔymΔy1=y1-y2e=0.013-0.75×0.00868=0.006490Δy2=y2-y2e=0.000065-0=0.000065Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=(0.006490-0.000065)/ln(0.006490/0.000065)=0.001396∴NOG=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266HOG=Ｇ/（ＫyａA）=0.0124/(0.785×0.8×0.8×0.05)=0.494(m)∴Z=9.266×0.494=4.58m8、某厂准备采用一个填料吸收塔用清水逆流吸收含有10%（体积%）的SO2的混合气体。已知塔内的操作压力102.63kN·m2和温度25℃。要求处理的混合气体量为1000(标准)m3·h-1，实际吸收剂单位耗用量比最小吸收剂单位耗用量大50%，吸收率要达到98%，塔内气体的实际空塔速度为0.5m·s-1。试求：(1)吸收用水量为多少m3·h-1？(2)吸收塔直径为多少m？(3)若想再提高吸收率，你认为可采用什么措施？（附：气液平衡方程：Y=40X，M=64）解：（1）LS=GB（Y1－Y2）/（X1－X2）Y1=10/90=0.111；Y2=0.111(1－0.98)=0.0222又∵LS=1.5LSmin而：X1=Y1/1.5m=0.111/1.5×40=0.00185GB=1000(1－0.1)/22.4=40.18kmol·h-1代入上式得：LS=1928.64kmol·h-1（2）D=(4G混/πu2)而G混=1000×（101.3/102.63）×（298/273）=1077.4m3·h-1u=0.5m·s-1，代入上式得：D=0.873m，圆整为0.9m。（3）对于一个操作塔言，欲提高φ，增大液气比，这样可使吸收推动力增大，则φ↑。此外，液气比增大，喷淋密度增大，有利于填料充分润湿！注意：液气比增大，但液气比过大，会造成液泛现象。