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吸收习题课的题.doc

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11、 吸 收 剂 部 分 再 循 环 对 塔 高 的 影 响常 压 逆 流 连 续 操 作 的 吸 收 塔 , 用 清 水 吸 收 空 气 -氨 混 合 气 中 的 氨 , 混 合 气 的 流 率为 0.02kmol/( m2s) , 入 塔 时 氨 的 浓 度 为 0.05( 摩 尔 分 率 , 下 同 ) , 要 求 吸 收 率 不低 于 95%, 出 塔 氨 水 的 浓 度 为 0.05。 已 知 在 操 作 条 件 下 气 液 平 衡 关 系 为y*=0.95x, , 气 相 体 积 传 质 总 系 数 Kya=0.04kmol/( m3s) , 且 KyaG0.8 。( 1) 所 需 填 料 层 高 度 为 多 少 ?( 2) 采 用 部 分 吸 收 剂 再 循 环 流 程 , 新 鲜 吸 收 剂 与 循 环 量 之 比 L/LR=20, 气 体 流率 及 新 鲜 吸 收 剂 用 量 不 变 , 为 达 到 分 离 要 求 , 所需 填 料 层 的 高 度 为 多 少 ?( 3) 示 意 绘 出 带 部 分 循 环 与 不 带 循 环 两 种情 况 下 的 操 作 线 与 平 衡 线 。 ( 4) 求 最 大 循 环 量 LR(max) 。 解: (1) 低浓气体吸收, yYX,yab1095025液气比: LGxa9而 ,所以m095.S1yya025.NOGbm19.又 HKay0245h019OG(2) 吸收剂再循环此时吸收剂入口浓度: 0238.15.RbaLxx塔内 L205.91' LmGS因为为易溶气体,且 Kay08.2所以 L 再循环后, 不变,即 不变KayHGKayOm05.NSmxSOGba10950590238295478ln.lhHN0478OG(3)见上图。(4)当循环量加大, ,当 时,气液两相在塔顶平衡, ,达到axmyxa*a 0ay分离要求,塔高无限,此时,循环量为最大循环量。,'(ax)(max)(RbRaLLx 0263.95.*amyxas)kol/(105.0263.5.93''() ab从计算结果可以看出,吸收剂部分再循环,吸收塔进口液体溶质浓度增加,平均传质推动力减小,若过程为气膜控制,循环吸收剂流量增加,传质系数不变,所以导致吸收塔塔高增加。aKy问题:从上述结果看吸收剂部分循环对吸收是不利的,但工业上为什么有时还采用这种操作呢?在下列情况下采用循环总的看来是有利的:(1)若吸收过程的热效应很大,以至吸收剂进吸收塔前需要塔外冷却来降低吸收温度,这样相平衡常数 m 降低,全塔平均推动力提高,祢补了因部分再循环吸收塔进口液体溶质浓度增加导致的平均传质推动力减小。(2)若吸收工艺要求较小的新鲜吸收剂用量,以至不能保证填料被很好的润湿,致使单位体积填料有效传质面积降低,此时采用吸收剂部分再循环,提高单位体积填料有效传质面积,即提高体积传质系数,补偿了因循环而降低吸收推动力,如果总体上仍使塔高降低,使用再循环是有意义的。2、 提 高 吸 收 率 的 具 体 措 施在 填 料 高 度 为 4m 的 常 压 填 料 塔 中 , 用 清 水 吸 收 尾 气 中 的 可 溶 组 分 。 已 测 得 如 下 数据 : 尾 气 入 塔 组 成 为 0.02, 吸 收 液 排 出 的 浓 度 为 0.008( 以 上 均 为 摩 尔 分 率 ) , 吸 收3率 为 0.8, 并 已 知 此 吸 收 过 程 为 气 膜 控 制 , 气 液 平 衡 关 系 为 y*=1.5x。( 1) 计 算 该 塔 的 HOG和 NOG;( 2) 操 作 液 气 比 为 最 小 液 气 比 的 倍 数 ;( 3) 若 法 定 的 气 体 排 放 浓 度 必 须 0.002, 可 采 取 哪 些 可 行 的 措 施 ? 并 任 选 其 中之 一 进 行 计 算 , 求 出 需 改 变 参 数 的 具 体 数 值 ;( 4) 定 性 画 出 改 动 前 后 的 平 衡 线 和 操 作 线 。解:(1) 可当作低浓气体吸收,yb025%10.~yYxX,yab8204LGxa0.Sm1527.NSymxSOGba10750247523ln.lHhNOGm013(2) Lyxyxmin baba15082GLmin.2167(3) 可采取的措施:a.增加填料层高度不变(G 不变,气膜控制 不变)HKayOKay不变SmL075.NSymxSOGba1075027541ln.lhHN043168OG.4h02847%.b.增大用水量因为 G 不变,气膜控制,所以 不变, 不变KayHOG又 不变,所以 也不变h0NOG即 SmxySOGba1ln27302.l.试差 S0.或由 图,查得NymxOGba~S027.LS07528c.其它操作条件不变,降低操作温度,m 变小, ,而塔高、气相总传质单LmGS元高度、气相总传质单元数不变,根据 的关系图可知,SxyNabOG1ln,y b不变,故气体出口浓度 ya 降低。ad.其它操作条件不变,增大操作压力,由 ,m 变小, ,而塔高、气pELGS相总传质单元高度、气相总传质单元数不变,根据 的关系SmxyNabOG1ln图可知, ,y b不变,故气体出口浓度 ya 降低。ae.其它条件不变,选用对溶质溶解度大的吸收剂,即 m 小。与 c、d 分析相同,得到ya 降低。f. 其它条件不变,改用另一种吸收性能较好的填料,提高吸收总传质系数及单位体积填料的有效传质面积增大,即 ,气相总传质单元高度变小,塔高不变,气相总传质aKY单元数变大,又因 S 也不变,故根据 的关系图可知,SmxySNabOG1ln,y b不变,故气体出口浓度 ya 降低。a5从本题的结果看:工业上提高吸收率,降低出口气体浓度的具体措施可以从吸收过程的设计方面入手,如增加塔高、改换吸收剂及改用性能良好的填料。另外一方面从吸收操作方面入手降低气体出口浓度更为方便,如降低吸收温度、提高吸收压力、适度增大吸收剂用量,若非清水为吸收剂,还可降低吸收剂入口浓度。3、 气 液 流 动 方 式 对 吸 收 过 程 的 影 响用 吸 收 操 作 除 去 某 气 体 混 合 物 中 的 可 溶 有 害 组 分 , 在 操 作 条 件 下 的 相 平 衡 关 系 为Y*=1.5X, 混 合 气 体 的 初 始 浓 度 为 0.1( 摩 尔 比 , 下 同 ) , 吸 收 剂 的 入 塔 浓 度 为0.001, 液 气 比 为 2.0。 已 知 在 逆 流 操 作 时 , 气 体 出 口 浓 度 为 0.005, 试 计 算 在 操 作 条件 不 变 的 情 况 下 改 为 并 流 操 作 , 气 体 的 出 口 浓 度 为 多 少 ? 逆 流 操 作 时 所 吸 收 的 可 溶 组 分是 并 流 操 作 的 多 少 倍 ? 计 算 时 近 似 认 为 KYa 与 流 动 方 式 无 关 。解:原工况:逆流操作时 XGLYXbBSba120501485.ma 53.bb14872YYaln0275301ln.NOGbam105782新工况:并流操作时 hHN0OG逆 逆 并 并不变,所以 不变KayOG即并流后 N821.物料衡算: LXYSbaBabY YbBa b201051(1) mXaaYbb6YYmXYYmXmababaabablnlnlnNYXYXmGLYmXOGababaababballnln1821501l.Yb(2)YXb678式(1)和(2)联立:,b043.b029.逆流与并流所吸收溶质量之比: mGY逆并 Bba15043768从本题的结果可以看出,在同一吸收塔内,若操作条件完全相同,逆流操作的吸收效果好于并流操作,吸收液从塔底流出之前与入塔气接触,可得到浓度较高的吸收液。这是由于逆流操作可获得较大的吸收推动力,从而提高吸收过程的传质速率。所以工业上多采用逆流吸收操作。4、 浓 度 不 同 的 多 股 吸 收 剂 混 合 进 塔 和 分 别 进 塔 对 塔 高 的 影 响空 气 和 CCl4混 合 气 中 含 0.05( 摩 尔 比 , 下 同 ) 的 CCl4, 用 煤 油 吸 收 其 中 90%的CCl4。 混 合 气 流 率 为 150kmol 惰 气 /( m2.h) , 吸 收 剂 分 两 股 入 塔 , 由 塔 顶 加 入 的 一 股CCl4组 成 为 0.004, 另 一 股 在 塔 中 一 最 佳 位 置 ( 溶 剂 组 成 与 塔 内 此 截 面 上 液 相 组 成 相 等 )加 入 , 其 组 成 为 0.014, 两 股 吸 收 剂 摩 尔 流 率 比 为 1: 1。 在 第 二 股 吸 收 剂 入 口 以 上 塔内 的 液 气 比 为 0.5, 气 相 总 传 质 单 元 高 度 为 1m, 在 操 作 条 件 下 相 平 衡 关 系 为Y*=0.5X, 吸 收 过 程 可 视 为 气 膜 控 制 。 试 求 :( 1) 第 二 股 煤 油 的 最 佳 入 塔 位 置 及 填 料 层 总 高 度 ;( 2) 若 将 两 股 煤 油 混 合 后 从 塔 顶 加 入 , 为 保 持 回 收 率 不 变 , 所 需 填 料 层 高 度 为 多少 ?( 3) 示 意 绘 出 上 述 两 种 情 况 下 的 操 作 线 , 并 说 明 由 此 可 得 出 什 么 结 论 ?7解:(1) Yb05.ab1015在上半段进行物料衡算: GYLXBiaS1ia1因为最佳位置进入,所以 i204.YLGXiaS1Bia10511Ym043.S1B05.ma3.NYOGi上 上 -01567H上 = 1h0167上 上 上OGm.在下半段进行物料衡算: YLXBbiSba2054.1.0.5.01i Xmbb5423Yi03.下 2098.ln.NYOGbim下 下51024073∵气膜控制,G 不变, 不变,所以 不变KayHOGh01473下 0640735上 下 m(2) 当两股吸收剂混合进料时 Xa1429.8出口: XGLYXbBSba12050954ma09bb3Y2508ln.NOGbam05763hH0.(3)吸收剂分别进塔时,上段吸收操作线为BC,其斜率为 ;下段吸收操作线为5.BS1GLBA,其斜率为 。两段的操作12.0线如图 ABC 线所示。吸收剂混合后进塔,吸收操作线为 ABD,其斜率为 ,如图所示。125.0BS1GL由此可见,吸收剂混合后进塔,操作线靠近平衡线,传质推动力下降,故所需填料层高度较高。不同浓度的两股吸收剂之间混合即返混与分离的目的是背道而驰的,混合过程降低了吸收过程的推动力,对吸收分离是不利的,增加吸收塔高。5、 吸 收 -解 吸 联 合 流 程 的 有 关 计 算逆 流 吸 收 -解 吸 系 统 , 两 塔 的 填 料 层 高 度 相 同 。 已 知 吸 收 塔 入 塔 的 气 体 组 成 为0.02, 要 求 回 收 率 为 95%, 入 塔 液 体 组 成 为 0.006( 均 为 摩 尔 分 率 ) 。 操 作 条 件 下 吸收 系 统 的 气 液 平 衡 关 系 为 y*=0.125x, 液 气 比 为 最 小 液 气 比 的 1.4 倍 , 气 相 总 传 质 单元 高 度 为 0.5m; 解 吸 系 统 用 过 热 蒸 汽 吹 脱 , 其 气 液 平 衡 关 系 为 y*=2.5x, 汽 液 比 为0.4, 试 求 :( 1) 吸 收 塔 出 塔 液 体 组 成 ;( 2) 吸 收 塔 的 填 料 层 高 度 ;( 3) 解 吸 塔 的 气 相 总 传 质 单 元 高 度 。( 4) 欲 将 吸 收 塔 的 回 收 率 提 高 到 96%, 应 采 取 哪 些 措 施 ? ( 定 性 分 析 )解:流程图如上。9(1) LGyxminba021560234ab19.L414023178.min由全塔物料衡算: xGybabaxLyba0617280106(2) 计算 NOGymxaa153bb02065yyaln5317803ln.NyOGbam02178填料层高度: hHN051365OGm(3) 解吸塔物料衡算: LxybabayG10460275.mxyaa255.bb1271y01.NyOGbam5083∵吸收塔与解吸塔填料层高度相同。∴ HhOG0561834(4)提高吸收塔回收率的措施:1)其它条件不变,增大吸收塔内的液气比,吸收塔出塔气体的极限浓度为与入吸收塔液体组成 0.006 相平衡的气相组成 ,当 时,其平衡的气相组成*ay06.x。吸收率为 96%时, 。075.6.25.0*ay 08.2.96.01ba y所以增加液气比的措施是可行的。*ay102)在液体流量不变的情况下,降低吸收剂浓度,即通过增加解吸塔过热蒸气量,提高解吸塔的解吸效果,有关具体计算需要采用试差法。由此题结果可以看出,吸收和解吸过程是紧密相连的,两过程组成了一个完整的分离过程,吸收操作的变动要求解吸操作要进行相应的变化,吸收的效果直接依赖于解吸,吸收与解吸过程的成本主要在解吸。
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