吸收习题课的题

1、吸取剂部分再循环对塔高的影响常压逆流持续操作的吸取塔，用清水吸取空气-氨混合气中的氨，混合气的流率为0.02kmol/（m2s），入塔时氨的浓度为0.05（摩尔分率，下同），规定吸取率不低于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/（m3s），且KyaG0.8。（1）所需填料层高度为多少？（2）采用部分吸取剂再循环流程，新鲜吸取剂与循环量之比L/LR=20，气体流率及新鲜吸取剂用量不变，为达成分离规定，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状况下的操作线与平衡线。（4）求最大循环量LR(max)。解： (1)低浓气体吸取， 液气比： 而，因此 又 (2)吸取剂再循环 此时吸取剂入口浓度： 塔内 由于为易溶气体，且 因此L再循环后，不变，即不变 （3）见上图。（4）当循环量加大，，当时，气液两相在塔顶平衡，，达成分离规定，塔高无限，此时，循环量为最大循环量。，从计算成果能够看出，吸取剂部分再循环，吸取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，循环吸取剂流量增加，传质系数不变，因此造成吸取塔塔高增加。问题：从上述成果看吸取剂部分循环对吸取是不利的，但工业上为什么有时还采用这种操作呢？在下列状况下采用循环总的看来是有利的：（1）若吸取过程的热效应很大，以至吸取剂进吸取塔前需要塔外冷却来减少吸取温度，这样相平衡常数m减少，全塔平均推动力提高，祢补了因部分再循环吸取塔进口液体溶质浓度增加造成的平均传质推动力减小。（2）若吸取工艺规定较小的新鲜吸取剂用量，以至不能确保填料被较好的润湿，致使单位体积填料有效传质面积减少，此时采用吸取剂部分再循环，提高单位体积填料有效传质面积，即提高体积传质系数，赔偿了因循环而减少吸取推动力，如果总体上仍使塔高减少，使用再循环是故意义的。2、提高吸取率的具体方法在填料高度为4m的常压填料塔中，用清水吸取尾气中的可溶组分。已测得以下数据：尾气入塔构成为0.02，吸取液排出的浓度为0.008（以上均为摩尔分率），吸取率为0.8，并已知此吸取过程为气膜控制，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，可采用哪些可行的方法？并任选其中之一进行计算，求出需变化参数的具体数值；（4）定性画出改动前后的平衡线和操作线。解： (1)可当作低浓气体吸取， (2) (3)可采用的方法： a.增加填料层高度 不变（G不变，气膜控制不变） 不变 b.增大用水量 由于G不变，气膜控制，因此不变，不变 又不变，因此也不变 即 试差 或由图，查得 c.其它操作条件不变，减少操作温度，m变小，，而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据的关系图可知，，yb不变，故气体出口浓度ya减少。d.其它操作条件不变，增大操作压力，由，m变小，，而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据的关系图可知，，yb不变，故气体出口浓度ya减少。e.其它条件不变，选用对溶质溶解度大的吸取剂，即m小。与c、d分析相似，得到ya减少。f.其它条件不变，改用另一种吸取性能较好的填料，提高吸取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，气相总传质单元数变大，又因S也不变，故根据的关系图可知，，yb不变，故气体出口浓度ya减少。从本题的成果看：工业上提高吸取率，减少出口气体浓度的具体方法能够从吸取过程的设计方面入手，如增加塔高、改换吸取剂及改用性能良好的填料。另外首先从吸取操作方面入手减少气体出口浓度更为方便，如减少吸取温度、提高吸取压力、适度增大吸取剂用量，若非清水为吸取剂，还可减少吸取剂入口浓度。3、气液流动方式对吸取过程的影响用吸取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），吸取剂的入塔浓度为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状况下改为并流操作，气体的出口浓度为多少？逆流操作时所吸取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 新工况：并流操作时 不变，因此不变 即并流后 物料衡算： （1） (2) 式(1)和(2)联立： ， 逆流与并流所吸取溶质量之比： 从本题的成果能够看出，在同一吸取塔内，若操作条件完全相似，逆流操作的吸取效果好于并流操作，吸取液从塔底流出之前与入塔气接触，可得到浓度较高的吸取液。这是由于逆流操作可获得较大的吸取推动力，从而提高吸取过程的传质速率。因此工业上多采用逆流吸取操作。4、浓度不同的多股吸取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，用煤油吸取其中90%的CCl4。混合气流率为150kmol惰气/（m2.h），吸取剂分两股入塔，由塔顶加入的一股CCl4构成为0.004，另一股在塔中一最佳位置（溶剂构成与塔内此截面上液相构成相等）加入，其构成为0.014，两股吸取剂摩尔流率比为1：1。在第二股吸取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，吸取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）示意绘出上述两种状况下的操作线，并阐明由此可得出什么结论？解：(1) 在上半段进行物料衡算： 由于最佳位置进入，因此 在下半段进行物料衡算： ∵气膜控制，G不变，不变，因此不变 (2)当两股吸取剂混合进料时 出口： （3）吸取剂分别进塔时，上段吸取操作线为BC，其斜率为；下段吸取操作线为BA，其斜率为。两段的操作线如图ABC线所示。吸取剂混合后进塔，吸取操作线为ABD，其斜率为，如图所示。由此可见，吸取剂混合后进塔，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。不同浓度的两股吸取剂之间混合即返混与分离的目的是背道而驰的，混合过程减少了吸取过程的推动力，对吸取分离是不利的，增加吸取塔高。5、吸取-解吸联合流程的有关计算逆流吸取-解吸系统，两塔的填料层高度相似。已知吸取塔入塔的气体构成为0.02，规定回收率为95%，入塔液体构成为0.006（均为摩尔分率）。操作条件下吸取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：吸取塔出塔液体构成；吸取塔的填料层高度；解吸塔的气相总传质单元高度。欲将吸取塔的回收率提高到96%，应采用哪些方法？（定性分析）解：流程图如上。 (1) 由全塔物料衡算： (2)计算 填料层高度： (3)解吸塔 物料衡算： ∵吸取塔与解吸塔填料层高度相似。 ∴（4）提高吸取塔回收率的方法：1）其它条件不变，增大吸取塔内的液气比，吸取塔出塔气体的极限浓度为与入吸取塔液体构成0.006相平衡的气相构成，当时，其平衡的气相构成。吸取率为96%时，。