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吸收作业解答

第七章吸收

1.从手册中查得101.33kPa,25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa)及相平衡常数m。

解:液相摩尔分数x = (1/17)/[(1/17)+(100/18)= 0.0105 气相摩尔分数y = 0.987/101.33 = 0.00974

由亨利定律y = mx 得m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928

液相体积摩尔分数 C = (1/17)/(101×10-3/103)

= 0.5824×103 mol/m3

由亨利定律P = C/H 得H = C/P =0.5824/0.987

= 0.590 kmol/(m3·kPa)

3.某混合气体中含有2%(体积)CO2,其余为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa。从手册中查得30℃时CO2在水中的亨利系数E = 1.88×105 kPa,试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa) 及相平衡常数m,并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2。

解:H =ρ/18E = 103/(18×1.88×105)= 2.955×10-4kmol/(m3·kPa) 由题意y = 0.02,m = E/P总= 1.88×105/506.6 = 0.37×103

根据亨利定律y = mx 得x = y/m = 0.02/0.37×103 = 0.000054

即每100g与该气体相平衡的水中溶有CO2

0.000054×44×100/18 = 0.0132 g

7.在101.33kPa,27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气,液两相中的浓度都很低,平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H = 1.955kmol/(m3·kPa),气膜吸收系数k G = 1.55×10-5

kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数k L = 2.08×10-5 kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数K G,并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解:由1/K G = 1/k G + 1/Hk L可得总吸收系数

1/K G = 1/1.55×10-5 + 1/(1.955×2.08×10-5)

K G = 1.122 ×10-5 kmol/(m2·s·kPa)

气膜阻力所占百分数为:

(1/ k G)/(1/k G + 1/Hk L)= Hk L/(Hk L+ k G)

= (1.955×2.08)/(1.995×2.08 + 1.55)

= 0.723 = 72.3%

8.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇,操作温度为27℃,压强101.33kPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5kPa,液相中甲醇浓度位2.11kmol/m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。

解:由已知可得k G = 1.122×10-5kmol/(m2·s·kPa)

根据亨利定律P = C/H 得液相平衡分压

P* = C/H = 2.11/1.955 = 1.079kPa

∴N A = K G(P-P*)= 1.122×10-5(5-1.079)

= 4.399×10-5kmol/(m2·s) = 0.158 kmol/(m2·h)

9.在逆流操作的吸收塔中,于101.33kPa,25℃下用清水吸收混合气中的CO2,将其浓度从2%降至0.1%(体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.52×104 kPa。若吸收剂为最小理论用量的1.2倍,试计算操作液气比L/V及出口组成X1。若压强改为1013 kPa,其他条件不变,再求L/V及X1。

解:⑴ Y1 = 2/98 =0.0204,Y2 = 0.1/99.9 = 0.001

m = E/P总= 5.52×104/101.33 = 545

由(L/V)min= (Y1-Y2)/X1* = (Y1-Y2)/(Y1/m)

= (0.0204-0.001)/(0.0204/545)

= 518.28

L/V = 1.2(L/V)min = 622

由操作线方程Y = (L/V)X + Y2 -(L/V)X2得出口液相

组成

X1 = (Y1-Y2)/(L/V)= (0.0204-0.001)/622

= 3.12×10-5

⑵改变压强后,亨利系数发生变化,及组分平衡发生变化,

导致出口液相组成变化

m‘ = E/P总’ = 5.52×104/1013 = 54.5

(L/V)min’= (Y1-Y2)/X1* = (Y1-Y2)/(Y1/m’)

= (0.0204-0.001)/(0.0204/54.5)

= 51.82

(L/V)‘ = 1.2(L/V)min’ = 62.2

X1‘ = (Y1-Y2)/(L/V)’

= (0.0204-0.001)/62.2 = 3.12×10-4

10.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案,示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线,并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。

11.在101.33kPa下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为0.1,混合气体于40℃下进入塔底,体积流量为0.556m3/s,空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为最小用量的1.1倍,氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数K Y a的平均值为

0.1112kmol/( m3·s)。在操作条件下的气液平衡关系为Y=2.6X,试求塔径及填料塔高度。

解:混合气流量G = πD2u/4

∴D = (4Vs/πu)1/2=[(4×0.556)/(3.14×1.2)]1/2= 0.77 m

Y1 = 0.1/0.9 = 0.111

y2 = y1(1-φ))= 0.05×0.1 = 0.005

Y2 = 0.005/0.95 = 0.0056

根据相平衡方程X1*= 0.0425

(L/V)min= (Y1- Y2)/ X1* = (0.111-0.0056)/0.0425 = 2.47

(L/V)= 1.1(L/V)min= 2.72

由操作线方程Y = (L/V)X + Y2可得

X1 = (V/L)(Y1-Y2)= (0.111-0.0056)/2.72= 0.03875

由相平衡方程Y1* = 0.10075

ΔY m=(ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1-ΔY2)

= [(0.111- 0.10075)-0.0056]/ln(0.111-0.10075)/0.0056

= 0.0069

∴ΝOG =(Y1-Y2)/ΔY m = (0.111-0.0056)/0.0069

= 13.8

惰性气体流量V = Vs×(1-φ) = 0.556×0.9 = 0.5004m3/s

= (0.5004×101.33×103)/(8.314×313)

= 19.49 mol/s

H OG = V/(K Y aΩ) = (19.49×10-3)/(0.0556π×0.772/4)

= 0.38m

填料层高度H =ΝOG × H OG = 13.8×0.38

= 5.24m

12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO2,气体流量为5000m3(标准)/h,其中SO2占10%,要求SO2的回收率为95%。气,液逆流接触,在塔的操作条件下,SO2在两相间的平衡关系近似为Y* = 26.7X,试求:

(1)若取用水量为最小用量的1.5倍,用水量应为多少?

(2)在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数;

(3)如仍用(2)中求出的理论板数,而要求回收率从95%提高到98%,用水量应增加到多少?

解:(1)y2 = y1(1-φ))= 0.1×(1-0.95)= 0.005

Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 0.005/(1-0.005)= 0.005

(L/V)min=(Y1-Y2)/X1* = (Y1-Y2)/(Y1/26.7)

= (0.111-0.005)×26.7/0.111

= 25.50

(L/V)=1.5(L/V)min= 38.25

惰性气体流量:V = 5000×0.9/22.4 = 200.89 kmol/h

用水量L = 38.25×200.89 = 7684kmol/h

(2)吸收操作线方程Y = (L/V)X + Y2代入已知数据

Y = 38.25X + 0.005

在坐标纸中画出操作线和平衡线,得到理论板数N T = 5.5块(备注:理论板可以为小数,但实际板只能为整数。)

(3)y2 = y1(1-φ))= 0.1×(1-0.98)= 0.002

Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 0.002/(1-0.002)= 0.002

(Y1-Y2*)/(Y2- Y2*)=0.111/0.002

= 55.6

N T不变(非N G不变),查图得S=0.57

用水量L =mV/S= 26.7×200.89 /0.57= 9400kmol/h

14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S,进塔气相中含H2S(体积)2.91%要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强101.33kPa,平衡关系为Y* = 2X,进塔液体为新鲜溶剂,

出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂),已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m2·s),气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料层高度。

解:y2 = y1(1-φ))=0.0291×0.01 = 0.000291

Y2 = y2 = 0.000291 Y1 = 0.0291/(1-0.0291)= 0.02997

ΔY m = [(Y1-Y1*)-Y2]/ln[(Y1-Y1*)/Y2]

= [(0.02997-0.013×2)-0.000291]

/ln[(0.02997-0.013×2)/0.000291]

= 0.0014

∴ΝOG =(Y1-Y2)/ΔY m = (0.02997-0.000297)/0.0014 = 21.2

H OG = V/(K Y aΩ) = 0.015/(0.000395×101.33)

= 0.375

H =ΝOG × H OG = 21.2×0.375 = 7.9m