化工原理-第8章-氣體吸收-典型例題題解課件.ppt
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1、第第8章章 吸收吸收 典型例題題解典型例題題解例例1:在總壓:在總壓1200kPa,溫度溫度303k下,含下,含CO25.0%(V%)與含)與含CO21.0g/l 的水溶液相遇,問:發(fā)生吸收還是解吸?并以分壓差表示傳的水溶液相遇,問:發(fā)生吸收還是解吸?并以分壓差表示傳質(zhì)的推動力。質(zhì)的推動力。解:解:判斷傳質(zhì)的方向,即將溶液中溶質(zhì)的平衡分壓判斷傳質(zhì)的方向,即將溶液中溶質(zhì)的平衡分壓pe 與氣相中的分壓進行比較。與氣相中的分壓進行比較。解吸解吸相平衡關(guān)系的應用相平衡關(guān)系的應用例例2:惰性氣體與:惰性氣體與CO2的混合氣體中,的混合氣體中,CO2的體積分數(shù)為的體積分數(shù)為30%,在表,在表壓壓1 Mpa
2、下用水吸收。設吸收塔底水中溶解的下用水吸收。設吸收塔底水中溶解的CO2達到飽和,此吸達到飽和,此吸收液在膨脹槽中減壓(表壓)至收液在膨脹槽中減壓(表壓)至20kPa,放出大部分,放出大部分CO2,然后再,然后再在解吸塔中吹氣解吸。設全部操作范圍內(nèi)水與在解吸塔中吹氣解吸。設全部操作范圍內(nèi)水與CO2的平衡關(guān)系服從的平衡關(guān)系服從亨利關(guān)系,操作溫度為亨利關(guān)系,操作溫度為20oC,求,求1kg水在膨脹槽中最多能放出多少水在膨脹槽中最多能放出多少kg的的CO2氣體?氣體?吸吸收收塔塔膨脹槽膨脹槽解解吸吸塔塔解:吸收塔塔底氣相中解:吸收塔塔底氣相中CO2的分壓(絕對壓)的分壓(絕對壓)查查 25oC下,下,
3、CO2在水中溶解的亨利系數(shù)在水中溶解的亨利系數(shù)CO2在水中的飽和濃度在水中的飽和濃度(最大濃度最大濃度)膨脹槽內(nèi)膨脹槽內(nèi)CO2發(fā)生解吸發(fā)生解吸,解吸后解吸后,CO2在氣、液相中的濃度是呈平衡的。在氣、液相中的濃度是呈平衡的。解吸氣的總壓力(即膨脹槽中壓力)為解吸氣的總壓力(即膨脹槽中壓力)為25oC時水的飽和蒸氣壓時水的飽和蒸氣壓可見水蒸氣的分壓是很小的,一般來說,可以不考慮??梢娝魵獾姆謮菏呛苄〉?,一般來說,可以不考慮。液相中的液相中的CO2濃度濃度膨脹之前水中的膨脹之前水中的CO2含量含量膨脹之后水中的膨脹之后水中的CO2含量含量例例3:擴散傳質(zhì)速率方程式的應用擴散傳質(zhì)速率方程式的應用-
4、氣相擴散系數(shù)的測定氣相擴散系數(shù)的測定 在如圖所示的垂直細管中盛以待測組分的液體,該組分通過靜止在如圖所示的垂直細管中盛以待測組分的液體,該組分通過靜止氣層氣層 z 擴散至管口被另一股氣流擴散至管口被另一股氣流 B 帶走。緊貼液面上方組分帶走。緊貼液面上方組分A的分的分壓為液體壓為液體A在一定溫度下的飽和蒸氣壓,管口處在一定溫度下的飽和蒸氣壓,管口處A的分壓可視為零。的分壓可視為零。組分組分A的汽化使擴散距離的汽化使擴散距離 z 不斷增加,記錄時間不斷增加,記錄時間與與 z的關(guān)系。的關(guān)系。0 10 9.34 20 24.9 30 46.7 40 74.8 50 109.0 60在在101.3kP
5、a,48oC下,測定下,測定CCl4在空氣中在空氣中的擴散系數(shù)。的擴散系數(shù)。液液體體A氣流氣流B解:解:作擬定態(tài)處理,某時刻作擬定態(tài)處理,某時刻,擴散距離為,擴散距離為 z時的分子擴散速率時的分子擴散速率在在d時間內(nèi)汽化的時間內(nèi)汽化的CCl4量量=CCl4擴散出管口的量擴散出管口的量液液體體A氣流氣流B 在直角坐標上,以在直角坐標上,以 z2為縱坐標,為縱坐標,為橫坐標,得直線的斜率為橫坐標,得直線的斜率B,其,其中含擴散系數(shù)中含擴散系數(shù) D ky 小或小或 m小,氣膜控制小,氣膜控制 kx 小或小或 m大,液膜控制大,液膜控制 傳質(zhì)阻力的問題傳質(zhì)阻力的問題平均推動力方法的另一種表達方式:平均
6、推動力方法的另一種表達方式:當氣液平衡關(guān)系可以用亨利定律來表示時,當氣液平衡關(guān)系可以用亨利定律來表示時,y=mx例例1:吸收塔根據(jù)流程畫操作線:吸收塔根據(jù)流程畫操作線根據(jù)流程畫操作線根據(jù)流程畫操作線例例2:解吸塔根據(jù)流程畫操作線:解吸塔根據(jù)流程畫操作線操作線在平衡線的下方因為操作線在平衡線的下方因為例例1:吸收塔高(填料層高)的計算吸收塔高(填料層高)的計算 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨-空氣混合氣中的氨,混空氣混合氣中的氨,混合氣流量為合氣流量為0.025kmol/s,混合氣入塔含氨摩爾分數(shù)為混合氣入塔含氨摩爾分數(shù)為0.02,出塔含氨,出塔含氨摩爾分數(shù)
7、為摩爾分數(shù)為0.001。吸收塔操作時的總壓為。吸收塔操作時的總壓為101.3kPa,溫度為,溫度為293k,在操作濃度范圍內(nèi),氨水系統(tǒng)的平衡方程為在操作濃度范圍內(nèi),氨水系統(tǒng)的平衡方程為y=1.2x,總傳質(zhì)系數(shù),總傳質(zhì)系數(shù)Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔徑為。若塔徑為1m,實際液氣比是最小液氣比,實際液氣比是最小液氣比的的1.2倍,求所需塔高為多少?倍,求所需塔高為多少?解:解:填料層高度的計算:填料層高度的計算:求求NOG方法方法1:方法方法2:例例2:解吸塔設計型計算:解吸塔設計型計算用煤油從空氣與苯蒸汽的混合氣中吸收苯。所得吸收液在解吸塔中用煤油從空氣與苯蒸汽的混合氣中吸收
8、苯。所得吸收液在解吸塔中用過熱水蒸汽進行解吸,待解吸的液體中含苯用過熱水蒸汽進行解吸,待解吸的液體中含苯0.05(摩爾分率,下(摩爾分率,下同),要求解吸后液體中苯的濃度不超過同),要求解吸后液體中苯的濃度不超過0.005,在解吸操作條件,在解吸操作條件下,平衡關(guān)系為下,平衡關(guān)系為y=1.25x,塔內(nèi)液體流量為,塔內(nèi)液體流量為0.03kmol/(m2.s),填料填料的體積傳質(zhì)系數(shù)為的體積傳質(zhì)系數(shù)為Kya=0.01kmol/(m3.s)。過熱蒸汽的用量為最小。過熱蒸汽的用量為最小用量的用量的1.2 倍。試求倍。試求:(1)過熱蒸汽的用量;()過熱蒸汽的用量;(2)所需填料層的)所需填料層的高度高
9、度解:解:分析分析 HOG HOL NOG NOL 的關(guān)系:的關(guān)系:例例1:用純?nèi)軇Φ蜐舛葰怏w作逆流吸收,可溶組分的回收率為:用純?nèi)軇Φ蜐舛葰怏w作逆流吸收,可溶組分的回收率為,操作采用的液氣比是最小液氣比的操作采用的液氣比是最小液氣比的倍。物系平衡關(guān)系服從亨利定倍。物系平衡關(guān)系服從亨利定律。試以律。試以、兩個參數(shù)列出計算兩個參數(shù)列出計算NOG的表達式。的表達式。解:解:綜合例題綜合例題例例2:水水用清水吸收混合氣中的用清水吸收混合氣中的SO2,氣體經(jīng)兩塔后總的回收率為,氣體經(jīng)兩塔后總的回收率為0.91,兩,兩塔的用水量相等,且均為最小用水量的塔的用水量相等,且均為最小用水量的1.43倍,兩
10、塔的傳質(zhì)單元高倍,兩塔的傳質(zhì)單元高度均為度均為1.2m。在操作范圍內(nèi)物系的平衡關(guān)系服從亨利定律,試求兩。在操作范圍內(nèi)物系的平衡關(guān)系服從亨利定律,試求兩塔的塔高。塔的塔高。解:解:例例2:HETP-分離作用等同于一塊理論板的實際填料層的高度。分離作用等同于一塊理論板的實際填料層的高度。若應用板式塔進行吸收,根據(jù)塔板效率,由理論塔板數(shù)換算到實際若應用板式塔進行吸收,根據(jù)塔板效率,由理論塔板數(shù)換算到實際塔板數(shù)。塔板數(shù)。Np 為達到同樣分離效果所需要的實際塔板數(shù)。為達到同樣分離效果所需要的實際塔板數(shù)。理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)N與傳質(zhì)單元數(shù)與傳質(zhì)單元數(shù)NOG之間的關(guān)之間的關(guān)系:系:吸收操作的調(diào)節(jié)吸收操作的調(diào)
11、節(jié)調(diào)節(jié)的目的:增大吸收率調(diào)節(jié)的目的:增大吸收率調(diào)節(jié)的方法:改變吸收劑的入口條件,包括:流量調(diào)節(jié)的方法:改變吸收劑的入口條件,包括:流量L、濃度、濃度x2、溫度、溫度t 三方面。三方面。(1)流量)流量L的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)流量流量L的調(diào)節(jié)作用是有限的。的調(diào)節(jié)作用是有限的。分析最大吸收率的問題分析最大吸收率的問題(2)x2的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)x2的調(diào)節(jié)主要受解吸過程的限制。的調(diào)節(jié)主要受解吸過程的限制。(3)溫度)溫度t的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)溫度溫度t受到冷卻器換熱能力的限制受到冷卻器換熱能力的限制和冷卻劑用量的限制。和冷卻劑用量的限制。例例 1:氣體處理量的變化對吸收操作的影響:氣體處理量的變化對吸收操作的影響 某吸收塔
12、在某吸收塔在101.3kPa,293K下用清水逆流吸收丙酮下用清水逆流吸收丙酮-空氣混合物空氣混合物中的丙酮,當操作液氣比為中的丙酮,當操作液氣比為2.1時,丙酮回收率可達時,丙酮回收率可達95%。已知物。已知物系在低含量下的平衡關(guān)系為系在低含量下的平衡關(guān)系為y=1.18x,操作范圍內(nèi)總傳質(zhì)系數(shù)操作范圍內(nèi)總傳質(zhì)系數(shù)Kya近近似與氣體流率的似與氣體流率的0.8次方成正比。今氣體流率增加次方成正比。今氣體流率增加20%,而液量及,而液量及氣液進口濃度不變,試求:氣液進口濃度不變,試求:1、丙酮的回收率有何變化?、丙酮的回收率有何變化?2、單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量增加多少?、單位時間內(nèi)被吸收的丙酮量
13、增加多少?3、吸收塔的平均推動力有何變化?、吸收塔的平均推動力有何變化?解:解:原工況下:原工況下:利用填料層高度不變這一特點。利用填料層高度不變這一特點。新工況:新工況:解之:解之:得得結(jié)論:氣相傳質(zhì)控制時,適當增加氣體的流量(增加設備的生產(chǎn)能力),盡管結(jié)論:氣相傳質(zhì)控制時,適當增加氣體的流量(增加設備的生產(chǎn)能力),盡管吸收率有所減小,但是吸收的絕對量增加(由于傳質(zhì)速率增加所致),有著實吸收率有所減小,但是吸收的絕對量增加(由于傳質(zhì)速率增加所致),有著實際意義。際意義。例例2:填料容積傳質(zhì)系數(shù)的計算:填料容積傳質(zhì)系數(shù)的計算 在高度為在高度為6m的填料塔內(nèi)用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的可溶組分。的
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