化工原理-第8章-气体吸收-典型例题题解(2)

G
y1 0
1 m 1
m
A L 1.43 0.7
G
N OG1
1 1 1
ln1
1 A
y1 y2
0 0
1
A
A
1
1
1
ln1
1 1.43 0.7
1 0.3
1
1.43
0.7
2.33
1.43 0.7
例2：
N OG2
1 1 1
ln1
1 A
y2 y3
0 0
1
A
A
1
1
1
ln1
1 1.43 0.7
N A K y y ye
x
x2
y L
y2
G
m E P
E f t
例 1：气体处理量的变化对吸收操作的影响
某吸收塔在101.3kPa ,293K下用清水逆流吸收丙酮--空气混合物中
的丙酮，当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95% 。已知物系
在低含量下的平衡关系为y=1.18x ,操作范围内总传质系数Kya近似 与气体流率的0.8次方成正比。今气体流率增加20% ，而液量及气
当气液平衡关系可以用亨利定律来表示时，y=mx
N OG
y1 y2 y m
y1 y2 ln y1 y1 y2 y2
y1
y1 y2
m x1 y2
m x2 ln
y1 y2
m x1 m x2
y1
y1 y2
y2 mx1
x2 ln
y1 y2
mx 1 mx 2
y1 y2
ln y1 m x1
G
N OG
1
1 1.2
ln 1
1.2 1.37
0.02 0.001
1.2
1.37
9.76
1.37
例2：解吸塔设计型计算
用煤油从空气与苯蒸汽的混合气中吸收苯。所得吸收液在解吸塔中 用过热水蒸汽进行解吸，待解吸的液体中含苯0.05（摩尔分率，下 同），要求解吸后液体中苯的浓度不超过0.005 ，在解吸操作条件 下，平衡关系为y=1.25x ，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s) ,填料的 体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s) 。过热蒸汽的用量为最小用量 的1.2 倍。试求： （1）过热蒸汽的用量；（2）所需填料层的高度
E 1.88 105 kPa
C CO2
1.0 44
m
ol
1l
1 kmol 44 m 3
CM
Cs
996 18.02 1
km ol 55.3 m 3
xCO2
CCO2 CM
1 44 4.11 104
55.3
pCO2,e ExCO2 1.88105 4.11104 77.3kPa
pCO2 1200 5.0% 60kPa
1 A HOL
N OG
H OL
N OL
A HOG HOL
1 A N OG N OL
mK y a K x a
综合例题
例1：用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η ，
操作采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定
律。试以η、 β两个参数列出计算NOG的表达式。
解： x2 0
折线ABD是填料层高度H 时的情形， 曲线AC是有限填料层高度时的情形。
分析最大吸收率的问题
max
y1 y2min y1
（2）x2的调节
x2 x ym N A
x2的调节主要受解吸过程的限制。
（3）温度t的调节
t m ym N A
y2 ( x1 )
温度t受到冷却器换热能力的限制 和冷却剂用量的限制。
0.20 102
0.002
膨胀槽内CO2发生解吸,解吸后,CO2在气、液相中的浓度是呈平衡的。 解吸气的总压力（即膨胀槽中压力）为
PT 20 103 101.3 103 121.3 103 Pa 25oC时水的饱和蒸气压 pw 3.2 103 Pa
可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。
2
y3 0 x3 G
x2 x1
1L 2
x2
x3
1L 2
G
y1
y2
G y3 0
例1： 吸收塔高（填料层高）的计算
在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨--空气混合气中的氨，混 合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨
摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa，温度为293k， 在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x ，总传质系数
Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是最小液气比 的1.2倍，求所需塔高为多少？
解： L y1 y2 y1 y2 0.02 0.001 1.14
G min
x1e x2
y1 m x2
0.02 1.2
0
L 1.2 L 1.2 1.14 1.37
G
G min
x1
x2
Gy1
L
y2
y1 L
y2
0.02 0.001 0.0139 1.37
G
填料层高度的计算：
H HOG N OG G
K ya NOG
0.025
H OG
4 12
0.0522
0.609m
求NOG
H HOG NOG 0.609 9.84 6.0m
方法1：ym
膨胀槽
吸
收
塔
解
吸
塔
解：吸收塔塔底气相中CO2的分压（绝对压）
pCO2 1106 0.1106 30% 0.33106 Pa
查 25oC下，CO2在水中溶解的亨利系数 E 1.66 102 MPa
CO2在水中的饱和浓度(最大浓度)
xCO2
pCO2 E
0.33 106
1.66 108
L 1.43 y1 y2 1.43 y2 y3
G
y1 0
y2 0
m
m
y1 y2 y2 y3
y1
y2
y1 y2 y2 0.09 y1
y1
y2
y1 y2 y2 2 y1 y2 0.09 y12
y2 0.3 y1
L 1.43 y1 0.3 y1 1.43 0.7m
塔板数。
E0
NT Np
Np
NT E0
Np 为达到同样分离效果所需要的实际塔板数。
吸收操作的调节
调节的目的：增大吸收率 调节的方法：改变吸收剂的入口条件，包括：流量L 、浓度x2 、温度t 三方面。
（1）流量L的调节
L kx NA
L x1 N A y2
N A K y y ye
流量L的调节作用是有限的。
AN Ad
L Adz
MA
NA
L
MA
dz
d
P D ln pB2 L dz RT z pB1 M A d
z
液 体
A
z 2zdz 2M A DP ln pB2 d
z0
L RT pB1 0
z2
z02
2MA
L
DP RT
ln
pB2 pB1
Baidu Nhomakorabea2
z02
2MA
L
DP RT
ln
pB2 pB1
在直角坐标上，以 z2为纵坐标，τ为横坐标，得直线的斜率B，其 中含扩散系数 D
B 3.21 103 m 2 s
z2
D B LRT 1 9.12106 m2
2M AP ln pB2
s
pB1
传质阻力的问题 ky 小或 m小，气膜控制
1 m
ky
kx
1 1 m Ky ky kx
kx 小或 m大，液膜控制
1 1 kx ky m
11 1
Kx kx ky m
平均推动力方法的另一种表达方式：
ks
0 9.34 24.9 46.7 74.8 109.0
z mm
10 20 30
气流B
z
液 体
A
40
50
在101.3kPa , 48oC下，测定CCl4在空气中
60
的扩散系数。
解：
作拟定态处理，某时刻τ，扩散距离为 z时的分子扩散速率
NA
P RT
D z
ln
pB2 pB1
气流B
在dτ时间内汽化的CCl4量=CCl4扩散出管口的量
N A1
N OG A ln A
A 1时 N N OG
A 1时 N N OG
A 1时 N N OG
HETP-----分离作用等同于一块理论板的实际填料层的高度。
H H OG N OG HETP NT
A 1时 NT N OG
H OG HETP
若应用板式塔进行吸收，根据塔板效率，由理论塔板数换算到实际
液进口浓度不变，试求：
利用填料层高度不变这一特点。
1、丙酮的回收率有何变化？
2、单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
3、吸收塔的平均推动力有何变化？
解： (1
)G
L
1.2
G
0.03 1.2 0.05 0.005 0.0259kmol / m2 s
L min
1.25 0.05
y1
y2
x1 G
x2
0.05 0.005 0.0259
0.0521
L
0.03
xm 0.0065
x1
x1
y1 m
0.05
0.0521 0.0083 1.25
p p CO2 ,e
CO 2
解吸
pCO2 ,e pCO2 77.3 60 17.3kPa
例2：惰性气体与CO2的混合气体中，CO2的体积分数为30% ，在 表压1 Mpa下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此 吸收液在膨胀槽中减压（表压）至20kPa ，放出大部分CO2 ，然后 再在解吸塔中吹气解吸。设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服 从亨利关系，操作温度为20oC ，求1kg水在膨胀槽中最多能放出多 少kg的CO2气体？
x2
x2
y2 m
0.005
H
H OL
NOL
L K xa NOL
L mKya
x1 x2
xm
H 16.6m
分析 HOG HOL NOG NOL 的关系：
H H OG N OG HOL N OL
G mG L m 1
H OG
K ya
m
K ya
K xa
L G
A HOL
H H OG N OG HOL N OL
y1
y2
m
G L
y1
y2
y2 m x2
1
N OG
m
1
ln y1 m x1 y2 m x2
L
G
根据流程画操作线
例1：吸收塔根据流程画操作线
y1
x2
x3
y3
x1
y1
L G
y2
L
y3
G
x3
x2
x1
y2
x2
例2：解吸塔根据流程画操作线
L
操作线在平衡线的下方因为 ye y
x1
y1
L G
y2
1 L
第8章 吸收 典型例题题解
相平衡关系的应用
例1：在总压1200kPa ,温度303k下，含CO25.0%（V%）与含CO2
1.0g/l 的水溶液相遇，问：发生吸收还是解吸？并以分压差表示传
质的推动力。 解：
判断传质的方向，即将溶液中溶质的平衡分压pe 与气相中的分压进行比较。
pCO2 ,e ExCO2
y1
mx1 y2
ln y1 mx1
mx2
0.02 1.2 0.0139 0.001
ln 0.02 1.2 0.0139
1.93 103
y2 mx2
0.001
N OG
y1 y2 ym
0.02 0.001 9.84
1.93 103
方法2：
1 A
m L
1.2 1.37
膨胀之后水中的CO2含量 m 0.0049 0.0017 0.0032kg / kg
71.1 105 44
m2
1 18
0.0017
例3： 扩散传质速率方程式的应用----气相扩散系数的测定
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体，该组分通过静止 气层 z 扩散至管口被另一股气流 B 带走。紧贴液面上方组分A的分 压为液体A在一定温度下的饱和蒸气压，管口处A的分压可视为零。 组分A的汽化使扩散距离 z 不断增加，记录时间τ与 z的关系。
B
y2 y1
xA
xB
用清水吸收混合气中的SO2 ，气体经两塔后总的回收率为0.91 ，两 塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高 度均为1.2m 。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律，试求 两塔的塔高。
解： y1 y3 0.91
y1
y3 1 0.91y1 0.09 y1
pCO2 121.3 103 3.2 103 118.1103 Pa
液相中的CO2浓度
xCO 2
pCO2 E
118.1 103 1.66 108
71.1 105
膨胀之前水中的CO2含量
X1
x1 1 x1
0.002 0.002 1 0.002
m1
0.002 44 1 18
0.0049kg / kg
0.3 0.09
1
1.43
0.7
2.33
1.43 0.7
H1 H 2 H OG N OG 1.2 2.33 2.80
理论塔板数N 与传质单元数 NOG之间的关 系：
N
1 ln A
ln1
S
yb ya
m xa m xa
S
N OG
1 1 S
ln1
S
yb ya
mxa mxa
S
y1 y2
y1
求：NOG f (, )
L G min
y1 y2 y1 0
m
L L m
G G min
m
1 m 1
A
L G
N OG
1 1 1
ln1
1 A
y1 y2
mx 2 mx 2
1
A
A
y2 (1 ) y1
1
NOG
1
1
ln
1
1
1
1
1
例2：
水
y3
A