吸收例题

吸收：
例1、在 20℃，1atm 下，用清水分离氨-空气的混合气体，混合气体中氨的分压为 1330Pa ，经吸收后氨的分压降为 7 Pa ，混合气体的处理量为 1020 kg/h ，操作条件下平衡关系为 Y = 0.755X 。

若适宜的吸收剂用量为最小用量的2倍，求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。

解：
q nG q nG =?
min nG
nL
nG nL e
5
)q q 2(q q 0.755X,Y 1020kg/h,Q 7Pa,p 1330Pa,p Pa,101.013P 0,x =====⨯==m 21252
2
2
1
1
1221110910.610133.01--⨯=-==-=⨯=⨯===⨯==∴y y Y y y Y 5
55106.91010
1.0137P p y 0.01313101.0131330P p y kg/h 9kmol/h 5)1.502 1.5020106.9100.01332 Y m Y Y Y 2X Y Y 2)2(kmol/h 34.900.01313)(1290.01313171020)y 1M y M Q M Q L 5
e ,min L L 11v
m,v m,G 96.3072.11(502.1q q 755.0/0133.0q q q q q 1nG n 21212121nG n nG n n ==-⨯==∴=-⨯-⋅=--⋅=--⋅==∴=-⨯+⨯=-+=
=-y G X (空气氨3
3
-s s 3
5L L kmol/m 0.4842108.809118998.2X 1X M x c 108.80901.502106.9100.0133X )Y (Y X )X (X )Y (Y =⨯+⨯⋅=+⋅=⋅=⨯=+⨯-=+-=∴-=---- 3
111
1221n nG
121n 21nG 10809.8ρq q q q M c
例2、含苯2%（摩尔分率，下同）的煤气用平均分子量为260的洗油在一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯，要求苯的回收率达到95％，煤气的流率为1200kmol/h 。

塔顶进入的洗油中含苯0.5%，洗油的流率为最少用量的1.3倍。

吸收塔在1atm 、27℃下操作，此时的气液平衡关系为y=0.125x 。

富油由吸收塔底出口经加热后送入解吸塔塔顶，在解吸塔中送入过热水蒸气使富油脱苯，脱苯后的贫油由解吸塔塔底排出冷却后再进入吸收塔使用，水蒸气的用量为最少用量的1.2倍。

解吸塔在1atm 、120℃下操作，此时的气液平衡关系为y=3.16x 。

求：洗油的循环流率和过热蒸汽耗量 解：（1）
123
.0005.016.0001
.002.0)q q 16.0125.002.0001
.002.0)95.01()95.01(2121min nG n 1112=--=--=====⨯-=⋅-=x x y y m y x y y e L e （吸收塔最小液气比浓度为：洗油在吸收塔底的最大为：吸收塔出口煤气中含苯吸收塔124.0)(q q /1032.5333.016.0q /333.0/1200q 16.0123.03.1)q q 3.1q q 21nL
nG 212n nG min nG n nG n =-+=⨯=⨯====⨯==-y y x x s
kmol s
kmol h kmol L
L L 洗油出塔浓度为：洗油循环量煤气量（实际气液比为h kmol s kmol y y x x mx y L
L e L e /1260/1094.1q 365.0q 365
.0q q
2.1q q 304.0q q 391.0124.016.30y )2(2nL nG min n nG n nG 1
212min
n nG 221=⨯===⨯==--==⨯===-过热蒸汽用量）（操作气液比）（解吸塔的最小气液比为最大浓度为解吸塔顶气相中含苯的过热水蒸汽中不含苯，
例3、在填料吸收塔中，用清水吸收甲醇 - 空气混合气体中的甲醇蒸汽，在 1 atm ，27℃下进行操作，混合气体流量为1200m3/h ，塔底处空塔气速为0.4m/s ，混合气体中甲醇的浓度为 100g 甲醇/m3空气，甲醇回收率为95%，水的用量为1215kg/h ，体积吸收总系数KG·α = 0.987 kmol /(m3·h·kPa)，操作条件下气液平衡关系为Y = 1.1X 。

试计算所需的填料层高度。

解：
q nG q nG
()()()kmol/h 67.518
121510
300.158.314102.7050.05410.95)(1)Y (1Y Y 0.0513
300)314101325/(8.100/48PV/RT G/M y 0X nL 33===-⨯⨯⨯⨯=-=-⋅=⨯=⨯-=-==-=-==⨯===-q h kmol y RT
PG y q q y y nG nG /71.480513.011200
103.101110541
.00513
.010513.013
11'
1
211112η0.5846m
0.41200/36000.987101.348.71K P K H 0.037090)102.705(0.054167.548.71
X )Y (Y X )X (X )Y (Y G nG Y nG OG 3L
nG L nG =⨯⋅=Ω⋅⋅=
Ω⋅==+⨯-⋅=+-=∴-=-- a q q q q
q q n n a 2
2112121 725.710653.610653.63213
2
211
2211
212121=⨯⨯-=∆-=∴⨯=⨯⨯-⨯-⨯-=-----=∆∆∆-∆=∆∆-=
----- 3m OG 33m m
OG 102.7050.0541Y Y Y N 102.7050.037091.10.0541ln 102.7050.03709)1.1(0.0541mX Y mX Y ln )
mX (Y )mX (Y Y Y ln Y Y y Y Y Y N (1)m 0.5846N H z 0.794]200.794)ln[(10.79411N 102.7050.0541
mX Y mX Y 0.79467.548.71
1.1q mq S S]
mX Y mX Y S)ln[(1S 11N (2)OG OG OG 3
nL nG OG 52.4728.7728.72022212221=⨯=⋅=∴=+⨯--=∴=⨯=--=⨯==+----=-
例4、含苯2%（体积），流量为 0.012 kmol/s 的混合气体在直径为 1m ，填料层高度为 6m 的填料吸收塔中，用煤油吸收其中的苯，逆流操作。

入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分数），流量为 0.02 kmol /s ，操作温度为30℃，压力为 1 atm ，平衡关系为ye = 0.36x ，体积总传质系数 Ky·α = 54 kmol/m3·h 。

求：苯的回收率及煤油的出塔浓度x1。

解：
q nG
y 1
y 2 2
K y y e =f 6.01.06
H H N 1.0m 0.0150.01529
αK G H N H s)kmol/(m 0.015h)kmol/(m 54Ky α 0.36x y l/s 0.02548kmo 0.785q 0.02%x 6m H .s)kmol/(m 0.015290.7850.012q 14πD 4π Ω 2%y OG OG y OG OG OG 3
3e nL 22nG 2
2T 1===∴===⋅=⋅=⋅=========⨯===H m /02.0/785.02
)
x (x )y (y 99%
100%0.020102.20.020100%y y y η102.2y 0.216]0.02%0.36y 0.02%0.360.020.216)ln[(10.216116 0.2160.025480.01529
0.36m A 1]A 1
mx y mx y )A 1ln[(1A
111N 21L 21G 4121422nL nG 2221OG -=-=⨯⨯-=⨯-=∴⨯=∴
+⨯-⨯---==⨯==
+----=--n q q q q n 0.01220.02%)102.2(0.0200.025480.01529x )y (y q q x 4
2
21nL
nG 1=+⨯-=+-=∴-
例5、在常压逆流吸收塔中,用纯溶剂回收混合气中的A 组份,入塔气体流量为1120m3/h(标准状态),入塔y1=5%(v%),吸收率为90%,吸收因数L/mV=2,亨利系数E=1.5atm,该塔塔径为0.8m,体积吸收系数Kya=100kmol/m3.h 。

试求： (1) 出塔液体组成xb; (2) 填料层高度Z;
若操作中入塔浓度y ′b=10%(体积),其它条件不变，则出塔液体浓度x ′b 为多少？ 解：(1) m=E/P=1.5/1=1.5 吸收因数A=qnL/mqnG=2 ∴qnL/qnG=3
据全塔物料衡算： qnL(x1-x2)=qnG(y1-y2) ,x2=0 , y1=0.05 ∴x1= (qnG/qnL)×(y1-y2)=(G/L)×y1η=1/3×0.05×0.9 = 0.015
(2)HOG=qnG/Kya=(1120/22.4)/(100×0.785×0.82）=0.995m S=1/A=1/2=0.5 y1/y2=1/(1 - η )=10 代入得NOG=3.41 H= HOG ×NOG=3.4 m
(3)∵x2=0 HOG 不变，H 不变，∴NOG 不变
由N OG 计算公式知，NOG 不变，S=1/A 不变, ∴ η不变 ∴y2′= y1′×(1- η)=0.1×(1-0.9)=0.01 x1′=（G/L)×y1′η =1/3×0.1×0.9=0.03
例6．某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组份，气体入塔浓度y1=0.01, 吸收率η为90%,平衡关系为y=2x,且知qnL/qnG=1.2(qnL/qnG)min,HOG=0.9m,试求： (1) 塔的填料层高度？
(2)若该塔操作时，因解吸不良，导致入塔x2′=0.0005，其它入塔条件不变时，回收率η′又为多少？
解（1）x2=0 ，y1=0.01 η=0.9 ∴y2= y1×(1- η)=0.001 (qnL/qnG)min=(y1-y2)/(x1e-x2)
=(0.01-0.001)/(0.01/2-0)=1.8=m η qnL/qnG=1.2(qnL/qnG)min=2.16 吸收因数A=1/S=2.16/2=1.08
S=0.926 y2*=0 y1/y2=1/(1- η)=10 代入 得NOG=6.90
HOG=0.9 m ∴H= HOG ×NOG= 6.21 m (3) HOG 不变，H 不变，∴NOG 不变
由N OG 计算公式知，NOG 不变，S=1/A 不变
S]
mx Y mx Y S).ln[(1S 11N 222
1OG +----=%
81%100)1(0019.0100005.020005.0201.01
2222
2212221=⨯''-='='
=⨯-'⨯---='-''-'∴y y
y y mx y mx y mx y mx y η解出
例7已知:H=4m, x2=0, y1=5%, y2=0.5%, qnL/qnG=0.98, y=mx, 且当y=1.77%时x ′=18.89g/1000g 水，求：（１）NOG 、ＨOG ，（２）水温↑，x1、y2如何变化？] 解:当x ′=18.89gNH3/1000gH20时,x=0.0196→m=0.9, y=0.9x, S=1/A=mqnG/qnL=0.92
∴ NOG=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y1-mx2)/ (y2-mx2) +1/A] =6.8 ∴ HOG ＝H/NOG=0.588m
当水温升高时，m ↑,1/A ↓,由图知NOG 不变时， (y1-mx2)/ (y2-mx2) ↑→y2↓ 又 x1=x2+(y1-y2)qnG/qnL ↑
∴ NOG ＝6.8, HOG=0.588m;T ↑时x1↑y2↓ 习题课：
例 1 常压下，用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯，吸收率为99%，混合气量为53kmol/h 。

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/(m3⋅s)，塔径为1.1米。

试求所需填料层高度。

例2 某吸收塔在101.3kPa 、293K 下用清水逆流吸收丙酮−空气混合气体（可视为低浓气体）
中的丙酮。

当操作液气比为2.1时，丙酮回收率可达95%。

已知物系平衡关系为y=1.18x ，
吸收过程大致为气膜控制，气相总传质系数Kya ∝V0.8。

液进口浓度不变，试求： (1)回收率变为多少？
(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
解： (1)回收率变为多少？ 解 属于低浓气体吸收 a K V H y OG =a K D V y ⎪⎭⎫
⎝⎛⨯=360041'2πm 03.1015.036001.141532=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=π
Φ
A
V= y 1=0.02 x 1 1
21y y A -=ϕ()()0002.0%99102.0112=-⨯=-=A y y ϕ2121min x m y y y V L --=⎪⎭⎫
⎝⎛358.00002.036.002.00002.002.0=--=min 5.1⎪⎭⎫ ⎝⎛=V L V
L 537
.0358.05.1=⨯=V L m
S =67.0537
.036.0==()⎥
⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mx y mx y S S N OG 22211ln 11()98.1167.00002.036.00002.00002.036.002.067.01ln 67.011=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-⨯---=m N H H OG OG 4.1298.1103.1=⨯=⋅=
ΦA ΦA '?
原工况下： 新工况下：
(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少？
间歇与半间歇反应器 【例题13.1.1】间歇反应器中发生一级反应A → B (恒容反应)，反应速率常数k 为0.35 h-1，要使A 的去除率达到90％，则A 在反应器中需反应多少小时？ 解：设x A 为转化率，则c A 的值为
c A=c A0(1-x A)= c A0(1-0.90)=0.10c A0 根据设计方程：c A/c A0=e-kt 有0.10c A0/c A0=e-0.35t 解得t =6.58h
例题：在一个间歇理想釜式反应器中，用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯。

其反应式为： CH3COOH+C4H9OH 。

CH3COOC4H9+H2O
在100 oC 下进行等温反应。

进料配比为乙酸/丁醇＝1/4.97（摩尔比），以少量硫酸作为催化剂。

当使用过量丁醇时，其反应速度式为 (-rA)=kCA2（下标A 表示乙酸）。

在上述条件下，反应速度常数为 k=17.4 L/(kmol.min)。

假设反应前后物料密度不变为750 kg/m3。

每天生产2400kg 乙酸丁酯（不考虑分离过程的损失），每批辅助时间为0.5小时。

要求乙酸转化率为80％，试计算反应器的有效容积和总容积（装料系数取0.75） 解：已知每天生产任务2400Kg 乙酸丁酯
根据反应方程式可以得到平均每小时的乙酸用量
平均每小时处理的原料总量为 平均每小时处理的原理体积为： 则乙酸初始浓度为： 1.180.562.1m S L V ===()11ln 111OG A N S S S ϕ⎡⎤=-+⎢⎥--⎣⎦()1.556.095.01156.01ln 56.011=⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+---=
1.2 1.20.560.672
'm m S L V L V '===⨯=()11ln 111'OG A N S S S ϕ⎡⎤'''=-+⎢⎥'--⎣⎦9.4='92.4%A ϕ∴=0.2
'OG OG H V H V '⎛⎫= ⎪⎝⎭04.12.12.0==OG OG OG OG H H N N '='96.004.11==9.4='∴OG N ()()
()1212' 1.2'0.9241.2 1.170.95A A V y y V y y ϕϕ'-==⨯=-倍h
kmol M /08.18.011162424001242400
=⨯⨯=乙酸转化率乙酸丁酯h kg M M /4627497.408.16008.197.408.108.1＝＋丁酯乙酸⨯⨯⨯=⨯⨯+⨯h L V /61675.0/4620==L
kmol C /108.1616/08.130-⨯==
则每批次所需反应时间：
反应器的有效体积：
反应器的总体积：
全混流反应器
【例题13.2.1】完全混合流反应器中发生一级反应A → B ，反应速率常数k 为0.35 h-1，要使A 的去除率达到90％，则A 需在反应器中停留多少小时？ 解：设x A 为转化率，则c A 的值为
c A=c A0(1-x A)= c A0(1-0.90)=0.10c A0 根据反应平衡方程：τ=(c A0-c A)/kc A
有τ=(c A0-0.10c A0)/(0.35×0.10c A0)=25.7h
理想反应器习题：
h
C C k t A A 13.2min 128)108.11108.12.01(4.171)11
(1330==⨯-⨯⨯=-=--3
062.11620)5.013.2(616)(m L t t V V R ==+⨯='+=316.275.0/62.1/m V V R T ===ϕ。