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文档简介

1、第四部分 气体吸收一、填空题 1物理吸收操作属于传质过程。理吸收操作是一组分通过另一停滞组分的 单向 扩散。 2操作中的吸收塔,若使用液气比小于设计时的最小液气比,则其操作结果是达不到要求的吸收分离效果 。3若吸收剂入塔浓度X2降低,其它操作条件不变,吸收结果将使吸收率 增大。 4若吸收剂入塔浓度X2降低,其它操作条件不变,则出口气体浓度 降低 。 5含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c为0.02 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62c (大气压),则SO2将从 气相 向 液相 转移。 6含SO2为10%(体积)的气体混合物与浓度c

2、为0.02 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为p*=1.62c (大气压),以气相组成表示的传质总推动力为 0.0676 atm 大气压。 7总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+H/kG,其中l/kL为 液膜阻力 。8总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+H/kG, 当气膜阻力H/kG 项可忽略时,表示该吸收过程为液膜控制。 9亨利定律的表达式之一为p*=Ex,若某气体在水中的亨利系数E值很大,说明该气体为 难溶 气体。 10亨利定律的表达式之一为p*=Ex,若某气体在水中的亨利系数E值很小,说明该气体为 易溶 气体。

3、 11低浓度气体吸收中,已知平衡关系y*=2x,kxa=0.2 kmol/m3.s,kya =2l0-4 kmol/m3.s,则此体系属 气膜 控制。 12压力 增高 ,温度 降低 ,将有利于吸收的进行。 13某操作中的吸收塔,用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若y1下降,L、V、P、T等不变,则回收率 减小 。 14某操作中的吸收塔,用清水逆流吸收气体混合物中A组分。若L增加,其余操作条件不变,则出塔液体浓度 降低 。 15吸收因数A在Y-X图上的几何意义是 操作线斜率与平衡线斜率之比 。 16脱吸因数S可表示为mV / L,吸收因数A可表示为 L/ mV 。 17脱吸因数S在Y-X图上的几

4、何意义是 平衡线斜率与操作线斜率之比 。 18在逆流解吸塔操作时,若气液入口组成及温度、压力均不变,而气量与液量同比例减少,对液膜控制系统,气体出口组成将 增加 。 19在逆流解吸塔操作时,若气液入口组成及温度、压力均不变,而气量与液量同比例减少,对液膜控制系统,液体出口组成将 减少 。 20吸收过程物料衡算时的基本假定是:(1) 气相中惰性气体不溶于液相;(2) 吸收剂不挥发 。 21在气体流量、气体进出口压力和组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力将 减小 。 22在气体流量、气体进出口压力和组成不变时,若减少吸收剂用量,则操作线将 靠近 平衡线。 23在气体流量、气体进出口压力和组成

5、不变时,若减少吸收剂用量,则设备费用将 增加 。 24对一定操作条件下的填料塔,如将填料层增高一些,则塔的HOG将 不变 。 25对一定操作条件下的填料塔,如将填料层增高一些,则塔的NOG将 增加 。 26如果一个低浓度气体吸收塔的气相总传质单元数NOG=1,则此塔的进出口浓度差(Y1-Y2)将等于 塔内按气相组成表示的平均推动力 。 27.气体吸收计算中,表示设备(填料)效能高低的一个量是 传质单元高度 ,而表示传质任务难易程度的一个量是 传质单元数 。28.单向扩散中飘流因A 1。漂流因数可表示为,它反映 由于总体流动使传质速率比单纯分子扩散增加的比率。29.一般来说,两组份的等分子反相扩

6、散体现在精馏单元操作中,而A组份通过B组份的单相扩散体现在 吸收 操作中。30.板式塔的类型有 泡罩塔 、 浮阀塔 、 筛板塔 (说出三种);板式塔从总体上看汽液两相呈 逆流 接触,在板上汽液两相呈 错流 接触。30.分子扩散中菲克定律的表达式为_ ,气相中的分子扩散系数D随温度升高而_增大_(增大、减小),随压力增加而_减小_(增大、减小)。31.易溶气体溶液上方的分压 小 ,难溶气体溶液上方的分压 大 ,只要组份在气相中的分压 大于 液相中该组分的平衡分压,吸收就会继续进行。32.根据双膜理论,两相间的传质阻力主要集中在 相界面两侧的液膜和气膜处,增加气液两相主体的湍动程度,传质速率将_增

7、大_ 。33.吸收的逆过程称为 解吸 。34.对于低浓度气体吸收,其气、液相平衡关系服 亨利定律 。35根据气体混合物中各组分在液体溶剂中溶解度的不同,从而使气体混合物得以分离的操作称为 吸收 。36、当物系一定时,亨利系数E随系统的温度而变化,通常温度升高,E值 增大 。37、吸收塔的操作线斜率为 液气比LSVB ,斜率越大,操作线 平衡线,则各截面上吸收推动力 增大 。38.在低浓度的难容气体的逆流吸收塔中,若其他条件不变而入塔液体量增加,则此塔的液相传质单元数NOL将 减小 ,而气相总传质单元数NOG将 不变 ,气体出口浓度ya将 降低 。39.在逆流吸收塔中,用清水吸收混合气中的溶质组

8、分,其液气比L/G为2.7,平衡关系为Y=1.5X,若溶质的吸收率为90 % ,则操作液气比与最小液气比之比值为 2 。40.含低浓度的难容气体的混合气体,在逆流填料吸收塔内进行吸收操作,传质阻力主要存在于 液相 中;若增大液相湍动程度,则气相总体积吸收系数Kya值将 增大;若增加吸收剂的用量,其他操作条件不变,则气体出塔浓度Y2将 减小 ;溶质A的吸收率将 增大 ;若系统的总压强升高,则亨利系数将 不变 ,相平衡常数将 减小 。41.若某气体在水中的恒里面系数E值很大,说明该气体为。 难溶 气体,该吸收过程为 液膜控制 过程。42.用逆流操作的吸收塔处理低浓度易溶溶质的气体混合物,其他条件均

9、不变,而入口气体浓度增加,则此塔的液相总传质单元数 不变 ,出口气体组成 增加 ,出口液相组成 增加 。43.在吸收操作过程中,保持气液相流量、气相进口组成不变,若液相进口浓度降低,则塔内平均传质推动力将 增大 ,气相出口浓度将 减小 。44.对填料塔期末控制的逆流吸收过程,若其他操作条件不变,将气液流量同比例减小,则气体出塔组成y2将 减小 ,液体出塔组成X1将 增大 。二、选择题1用纯溶剂吸收混合气中的溶质。逆流操作,平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y1上升,而其它入塔条件不变,则气体出塔浓度y2和吸收率j的变化为:( C )。 A y2上升,j下降 B y2下降,j上升 C )y2上

10、升,j不变 D )y2上升,j变化不确定 2在填料塔中,低浓度难溶气体逆流吸收时,若其它条件不变,但入口气量增加,则气相总传质单元数( B )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 3在填料塔中,低浓度难溶气体逆流吸收时,若其它条件不变,但入口气量增加,则出口气体组成将( A )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 4在填料塔中,低浓度难溶气体逆流吸收时,若其它条件不变,但入口气量增加,则出口液体组成( A )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 5低浓度的气膜控制系统,在逆流吸收操作中,若其它条件不变,但入口液体组成增高时,则气相总传质单元数将( C )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 6

11、低浓度的气膜控制系统,在逆流吸收操作中,若其它条件不变,但入口液体组成增高时,则气相总传质单元高度将( C )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 7低浓度的气膜控制系统,在逆流吸收操作中,若其它条件不变,但入口液体组成增高时,则气相出口组成将( A )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 8低浓度的气膜控制系统,在逆流吸收操作中,若其它条件不变,但入口液体组成增高时,则液相出口组成将( A )。 A 增加 B减少 C不变 D不定 9正常操作下的逆流吸收塔,若因某种原因使液体量减少以至液气比小于原定的最小液气比时,下列哪些情况将发生?( C )(A)出塔液体浓度增加,回收率增加 (B)出塔气体

12、浓度增加,但出塔液体浓度不变 (C)出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加 (D)在塔下部将发生解吸现象 10最大吸收率与( D )无关。 A 液气比 B液体入塔浓度 C相平衡常数 D吸收塔型式 11逆流填料吸收塔,当吸收因数A pA* B:pA= pA* C:pA1 B 1 C =1 D 不一定33、已知SO2水溶液在三种温度t1、t2、t3下的亨利系数分别为E1=0.0035atm、E2=0.011atm、E3=0.00625atm,则_A_。A t1t2 C t1t2 D t3t134、逆流操作的吸收塔,当吸收因素A),发生吸收过程,反之,当时,发生解吸过程。显示在相图中,操作线在平衡线上方,

13、为吸收。操作线在平衡线下方,为解吸。12、何谓气膜控制吸收?如何提高吸收总系数?答:当溶质气体A为易溶气体时,值较小,1/K1/km/k,1/K1/k,此时为气膜控制吸收。 因为Kk, 所以关键是提高气相传质分系数。增大湍动程度,提高气液接触面积,可提高k。13、何谓液膜控制吸收?如何提高吸收总系数?答:当气体为难溶气体时,m值较大,1/K1/k1/k,1/K1/k,此时为液膜控制吸收。因为Kk,所以关键是提高液相传质分系数k。降低液膜厚度是提高k的有效方法。14、试说明填料吸收塔由哪几个主要部分组成?并指出气、液的流向。答:组成:由塔体、填料、液体喷淋装置、填料的支承栅板和气液进出口装置流向

14、:混合气由塔底进入与塔顶喷淋而下的吸收剂逆流接触,后分别排出塔外。15、欲提高填料吸收塔的回收率,你认为应从哪些方面着手?答:(1)、降低操作温度或增大压力,可使吸收速率提高,使回收率提高;(2)、在保证不发生“液泛”在前提下,适当增大气速;(3)、适当增大吸收剂的用量(增大喷淋密度),可使回收率提高(但会导致操作费增大,溶液浓度X下降);(4)、喷淋液体应均匀,并保证填料被充分润湿;(5)、可适当增加填料层高度。图10-29 例10-21附图五、计算题1 某填料塔用水吸收混合气中丙酮蒸汽。混合气流速为V=16kol/,操作压力P=101.3kPa。已知容积传质系数,相平衡关系为(式中气相分压

15、的单位是kPa,平衡浓度单位是)。求:容积总传质系数及传质单元高度;解:由亨利定律 =(1) 液相阻力占总阻力的百分数为: 2、 低含量气体逆流吸收,试证: 式中为塔底的吸收推动力;为塔顶的吸收推动力。证明:由物料衡算得: 低浓度吸收 得 3、 某填料吸收塔用含溶质的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分,采用液气比L/V=3,气体入口质量分数回收率可达。已知物系的平衡关系为y=2x。今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数升至,试求:(1) 可溶组分的回收率下降至多少?(2) 液相出塔摩尔分数升高至多少?解: (1) = 当上升时,由于不变,不变 也不变,即(3) 物料衡算 =4、 有一填料吸收塔,在28及

16、101.3kPa,用清水吸收200m3/h氨-空气混合气中的氨,使其含量由5%降低到0.04%(均为摩尔%)。填料塔直径为0.8m,填料层体积为3 m3,平衡关系为Y=1.4X,已知Kya=38.5kmol/h。问(1)出塔氨水浓度为出口最大浓度的80%时,该塔能否使用?(2)若在上述操作条件下,将吸收剂用量增大10%,该塔能否使用?(注:在此条件下不会发生液泛)解:(1) 惰性气体流量 该塔现有填料层高度 因为 所以该塔不适合。(2)吸收剂用量增大10%时 因为 所以该塔适合。5、 一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m,进塔混合气组成为0.0

17、4(A的摩尔分率,下同),出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0128,操作条件下平衡关系为Y=2.5X。试求:(1)液气比为最小液气比的多少倍?(2)所需填料层高度?(3)若气液流量和初始组成不变,要求尾气浓度降至0.0033,求此时填料层高度为若干米?解:(1)液气比为最小液气比的多少倍? 则 (2)所需填料层高度? 故 (3) 此条件下的填料层高度。 6、某逆流操作的吸收塔,用清水洗去气体中的有害组分。已知该塔填料层总高度为9m,平衡关系Y=1.4X,测得气体进、出口浓度Y1=0.03,Y2=0.002,液体出口浓度X1=0.015(均为摩尔比)。试求:(1)操作液气比L/V

18、;(2)气相总传质单元高度HOG,(3)如果限定气体出口浓度Y2=0.0015,为此拟增加填料层高度,在保持液气比不变的条件下应增加多少?解:(1)操作液气比L/V; (2)气相总传质单元高度HOG, 因 故 (3)? 由题意知 =0.0015 其它条件不变,则 不变新情况下的传质单元数为: 故 /7、某厂吸收塔填料层高度为4m,用水吸收尾气中的有害组分A,已知平衡关系为Y=1.5X,塔顶X2=0,Y2=0.004,塔底X1=0.008,Y1=0.02,求:(1) 气相总传质单元高度;(2) 操作液气比为最小液气比的多少倍;(3) 由于法定排放浓度Y2必须小于0.002,所以拟将填料层加高,若

19、液气流量不变,传质单元高度的变化亦可忽略不计,问填料层应加高多少?解:(1)气相总传质单元高度 (2)操作液气比为最小液气比的多少倍因为X2=0,故 则 (3)? 则 所以 所以 8、在总压P=500kN/m2、温度t=27下使含CO23.0%(体积分率)的气体与含CO2370g/m3的水相接触,试判断是发生吸收还是解吸?并计算以CO2的分压差表示的总传质推动力。已知:在操作条件下,亨利系数E=1.73105 kN/m2,水溶液的密度可取1000kg/ m3,CO2的相对分子质量为44.【解】 此题是考查对亨利定律是否能灵活应用。主要是应用亨利定律,计算出与溶液相平衡的气相分压PA*,再与气相

20、主体中CO2的分压PA进行比较。若PA*PA,则发生解吸现象。 由题意可知, 对稀水溶液, 于是 而气相主体中CO2的分压 可见,故将发生解吸现象。 以分压表示的总传质推动力 9、一逆流操作的常压填料吸收塔,拟用清水吸收混合气所含的少量溶质。入塔气体中含溶质1%(体积分率),经吸收后要求溶质被回收80%,此时水的用量为最小用量的1.5倍,平衡线的关系为y=x,气相总传质单元高度为1.2m,试求所需填料层高度。【解】 此题为典型的吸收设计型问题,涉及有关吸收计算的最基本的解题方法。由最小液气比入手,通过计算出实际的液气比,找到脱吸因数,计算出传质单元数,最后确定整个塔高。属于低浓气体吸收。 (1

21、)平均推动力法首先需要求出吸收剂出塔时的浓度xb,由全塔物料衡算得由 塔高 (2)吸收因数法 此时塔高 10、在常压逆流操作的填料吸收塔中用清水吸收空气中某溶质,进塔气体中溶质的含量为8%(体积分率),吸收率为98%,操作条件下的平衡关系为y=2.5x,取吸收剂用量为最小用量的1.2倍,试求: (1)水溶液的出塔浓度; (2)若气体总传质单元高度为0.8m,现有一填料层高度为9m的塔,问该塔是否合用?【解】 (1)属于低浓度气体吸收 水溶液出塔浓度 (2)要核算一个塔是否合用,较简单的方法是采用设计型的解题思路。即求出完成吸收任务所需要的填料层高度h需,若h需小于等于现有的填料层高度h,则可以

22、完成吸收任务,塔合用;否则,就不能完成吸收任务,塔不合用。 仍可采用平均推动力法和吸收因数法。 平均推动力法由于水溶液的出塔浓度已经算数,即气液两相的4个浓度都已得到,则塔高 吸收因数法 此时 即所需填料层高度11.4m,大于9m,故该塔不合用。11、某填料吸收塔,用清水除去气体混合物中有害物质,若进塔气中含有害物质5%(体积分率),要求吸收率为90%,气体流率32kmol/(m2h),液体流率为24 kmol/(m2h),此液体流率为最小流率的1.5倍。如果物系服从亨利定律,并已知液相传质单元高度HL为0.44m,气相体积分传质系数kya=0.06kmol/(m3sy),该塔在常温下逆流等温

23、操作。试求: (1)塔底排出液的组成;(2)所需填料层高度。【解】 属于低浓气体吸收。(1) 出塔液相组成 (2) 即 所以 有 由于题中并未给出气相总体积传质系数kYa,而是给出了气相分体积传质系数kya,所以不能直接求出总传质单元高度HOG,要先求出分传质单元高度HG。 则 12、已知某填料吸收塔直径为1m,填料层高度4m。用清水逆流吸收空气混合物中某可溶组分,该组分进口浓度为8%,出口为1%(均为摩尔分率),混合气流率30kmol/h,操作液气比为2,相平衡关系为y=2x。试求: (1)气相总体积传质系数Kya; (2) 塔高为2m处气相浓度; (3) 若塔高不受限制,最大吸收率为多少?

24、【解】 (1)先求出单位塔截面积上混合气体的流率 根据例题9-4的结论,有 则传质单元高度为 气相总体积传质系数 (2)2m塔高所对应的传质单元数为 设2m处气液相浓度分别为y、x,则 即 (1) 又由物料衡算可知 (2) 联合求解方程(1)、(2)得 (3) 若塔高不受限制,又S=1,则操作线落在平衡线上,当xa=0时,ya必等于0。故吸收率 13、拟在常压吸收塔中用清水吸收空气中的氨,已知入塔空气中氨气含量1.3%(体积分数),要求氨的回收率为99%,已知塔内操作气流密度为180kmol/(m2h),实际用量为最小用水量的1.5倍,操作条件下的气液平衡关系为y=1.2x,气体体积总传质系数

25、Kya为360 kmol/(m3h)。因为气液相浓度都很小,可近似认为气液流密度均为常数,且X=x ,Y=y,计算填料层高度。【解】由题知,最小液气比:实际液气比: 解吸因素:14、在填料层高度为4m的常压逆流吸收塔内。用清水吸收空气中的氨,已知入塔空气含氨5%(体积分数),要求按回收率为90%,实际液气比为0.98,又已知在该塔操作条件下,氨水系统的平衡关系为y=mx(m为常数;x,y分别为液气相中的摩尔分数)且测得与含氨1.77%(体积分数)的混合气充分接触后的水中氨的浓度为18.89g氨/1000g水。求:(1)该填料塔的气相总传质单元高度,m。(2)先水温上升,其他操作条件不变,试分析

26、气、液相出塔浓度如何变化?(1)y=0.0177时,使其平衡的液相浓度为 由y=mx得: 所以 (2)水温上升时,m增大,即平衡线斜率增大,由于气液流量不变,所以L/G不变,即操作线斜率不变,那么相平衡线与操作线的间距减小,传质推动力减小,而由于其他条件不变,所以HOG不变,则NOG也不变,而A减小,所以使得全塔的传质效果变差,因此出塔气体浓度ya增大。有根据物料衡算,Xb=Xa+G(Yb-Ya)/L,所以xb减小。 因此,水温上升时,ya增大,xb减小。15、现有一逆流操作的填料吸收塔,塔径为1.2m,用清水脱除原料气中的甲醇,已知原料气处理量为2000m3/h,(标准状态下),原料气中含甲

27、醇的摩尔分数为0.08,现在塔A、B两点分别采出气液两相的进样分析得:A点:xA=0.0216 yA=0.05 B点:xB=0.0104 yB=0.02484取样点AB间填料层高度z=1.14m,并已知z填料层高度相当一块理论板,若果全塔性能近似相同。试求:(1)塔操作气液比及水的用量;(2)塔内气液间总的体积传质系数Kya;(3)如现在操作条件下,使甲醇脱除率达98%【解】(1)在A、B两截面间做物料衡算得(2)设NOG为AB间传质单元数,有 利用平均推动力法求NOG,低浓度气体吸收过程,所以可认为满足Y=mX,已知z填料层高度相当于一块理论塔板,所以 所以 所以 (3) 要使回收率达98%,有所需填料高度h=HOGNOG=0.8166.462=5.273m16、在逆流调料吸收塔中,用清水吸收含氨5%(体积分数)的空气-氨混合气中的氨,已知混合气量为2826m3/h(标准状态),气体空塔速度为1m/s(标准状态),平衡关系y=1.2x,气相总体积传质系数Kya为180.0kmol/(m3h),吸收剂用量为最小用量的1.5倍,要求吸收率为98%。试求:(1)溶液出口的浓度;(2)若吸收剂改为含氨0.0015的水溶液,问能否达到吸收率98%的要求?为什么(可改变填料层的高度)?【解

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