化工原理 第六章 吸收-例题

X 1 X 2 0.12 0.005 V 0.303 * 3.16 12 0 L min Y1 Y2
V V 1.5 1.5 0.303 0.455 L L min
水蒸气消耗量为 V=0.455L=0.455×7=3.185kmol/h=3.185×18=57.3kg/h
压为1333Pa，用20℃的水吸收混合气中的氨，要求氨的回
收率为99%，每小时的处理量为1000kg空气。物系的平衡关
系列于本例附表中，若吸收剂用量取最小用量的2倍，试 求每小时送入塔内的水量。 溶液浓度(gNH3/100gH2O) 分压Pa 2 1600 2.5 2000 3 2427
分析：
求水量 吸收剂用量L 已知L/Lmin 求Lmin 平衡常数
c p H
*
0.5 / 17 c 0.293kmol / m3 0.5 100 1000
∴溶解度系数为：
0.293 H 7.33 10 4 kmol / m3 Pa 400
或由各系数间的关系求出其它系数
H
s
EM s
1000 7.32 104 kmol / m3 Pa 7.59 10 4 18
将其与实际组成比较：y 0.094 y * 0.047
∴氨从气相转入液相，发生吸收过程。
练习：
y 0.94 x
*
若含氨0.02摩尔分数的混合气和 x=0.05的氨水接触，则
x y / 0.94 0.02 / 0.94 0.021
*
x 0.05 x* 0.021
例 ： 在 常 压 及 20℃ 下 ， 测 得 氨 在 水 中 的 平 衡 数 据 为 ： 0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa， 在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系
数E，溶解度系数H，及相平衡常数m。（氨水密度可取为
1000kg/m3）
解：
p* 由亨利定律表达式知：E x
0.0033 尾气浓度 Y2 0.00331 1 0.0033
N OG Y1 1 ln[( 1 S ) S ] 1 S Y2
Y1 0.0417 0.00331 12.6 Y
2
N OG
1 ln[( 1 0.892) 12.6 0.892] 7.52 1 0.892
1 ln0.304 24 0.696 6.84 0.304
用（X2－Y2/m）/（X1－Y2/m）=0.0417、mV/L=1.44，从图 NOL=6.9，与计算值接近。
H OL
填料层高度 Z=HOL· OL=0.303×6.84=2.07m N
1 7 0.303 K X a 30 0.72 4
L L ( ) /( ) min 1.286 V V
2）所需填料层高度 •脱吸因数法
N OG
1 ln[( 1 S ) S] * 1 S Y2 Y2
Y1 Y2 *
mV 2.5 0.892 S 2.804 L
N OG
1 0.0417 0 ln[( 1 0.892) 0.892] 1 0.892 0.00533 0
1）平衡关系
y* 1.6 10 3 p* 0.01604 Y* * 3 3 * 1 y 1 p 101.33 10 1.6 10 2 / 17 0.0212 X 100 / 18
Y * 0.01604 m 0.757 0.0212 X
平衡关系为 : Y 0.757 X
气液相接触时，氨由液相转入气相，发生解吸过程。 此外，用气液相平衡曲线图也可判断两相接触时的传质方向 具体方法： 已知相互接触的气液相的
实际组成y和x，在x-y坐标
图中确定状态点，若点在 平衡曲线上方，则发生吸 收过程；若点在平衡曲线 下方，则发生解吸过程。
例：空气与氨的混合气体，总压为101.33kPa，其中氨的分
0.5 / 17 x 0.00527 0.5 / 17 100 / 18
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∴亨利系数为 E
p 400 7.59 10 4 Pa x 0.00527 400 p * * 0.00395 又 y mx，而 y 5 P 1.01 10
∴相平衡常数 m 0.00395 0.75 0.00527
0.0053 Y2 0.00533 1 0.0053
0.0128 X1 0.01297 1 0.0128
1）L/V为(L/V)min的倍数
0.0417 0.00533 Y1 Y2 L 2.804 0.01297 0 V X1 X 2
Y1 Y2 L Y2 ( ) min m(1 ) 2.5(1 0.00533 ) 2.18 Y1 V Y1 0.0417 X2 m
2）最小吸收剂用量：
Lmin
Y1 Y2 V Y1 X2 m
其中：
1000 V 34.5kmol空气 / h 29
1.333 Y1 0.0133 101.33 1.333
Y2 (1 0.99)Y1 0.01 0.0133 0.000133
X2 0
Lmin
X 1 Y2 / m X 1 0.12 24 X 2 Y2 / m X 2 0.005
L 1 0.696, mV 3.16 0.455
N OL 1 1 L mV
L 1 1 0.696 0.304 mV
L X 1 Y2 / m L ln 1 m V X 2 Y2 / m mV
E 7.59 10 4 m 3 0.749 P 101.33 10
将其与实际组成比较 ： 0.05 x* 0.1 x ∴气液相接触时，氨将从气相转入液相，发生吸收过程。 或者利用相平衡关系确定与实际液相组成成平衡的气相组成
y * 0.94 x 0.94 0.05 0.047
m 0.757
V (Y1 Y2 ) 34.5(0.0133 0.000133) 0.0133 Y1 0 X2 0.757 m
25.8kmol/ h
3）每小时用水量
L 2Lmin 2 25.8 51.6kmol/ h 928.8kg / h
例：某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气 中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为 1.5m，进料混合气组成为0.04（组分的Amol分率，下同），
Z H OG NOG 1.5 7.52 11.28m
【例】 用洗油吸收焦炉气中的芳烃，含芳烃的洗油经解吸后循环 使用。已知洗油流量为7kmol/h，入解吸塔的组成为0.12kmol（芳 烃）/kmol（洗油），解吸后的组成不高于0.005kmol（芳烃） /kmol（洗油）。解吸塔的操作压力为101.325kPa，温度为120℃。 解吸塔底通入过热水蒸气进行解吸，水蒸气消耗量V/L=1.5（V/L） min。平衡关系为Y*=3.16X，液相体积传质系数KXa=30kmol/ （m3· h）。求解吸塔每小时需要多少水蒸气？若填料解吸塔的塔径 为0.7m，求填料层高度。 解：水蒸气不含芳烃，故Y2=0；X1=0.12
出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条
件下的平衡关系为Y=2.5X（X、Y均为摩尔比），试求：
1）L/V为(L/V)min的多少倍？
2）所需填料层高度。 3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓 度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？
解：
0.04 Y1 0.0417 1 0.04
5.11
Z H OG NOG 1.5 5.11 7.67
•对数平均推动力法
N OG
Y1 Y2 0.0417 0.00533 Ym Ym
Y1 Y2 (Y1 Y1* ) (Y2 Y2 * ) Ym Y1 Y1 Y1* ln ln * Y2 Y Y
2 2
(0.0417 2.5 0.01297) (0.00533 0) 0.0417 2.5 0.01297 ln 0.0053
0.007117
N OG Y1 Y2 0.0417 0.00533 5.11 0.007117 Ym
3）尾气浓度下降后所需的填料层高度