第五章 吸收作业

第五章 吸收作业

2012-11-26

【5-10】 如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气（温度25℃，总压101.325kPa）流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率[kmol/(m2?s]。

习题5-10附图

解: 查表得: 25℃时，水的饱和蒸汽压p?A?3.2895kPa 水在空气中的分子扩散系数

D?0.256cm2?s??0.256?10?4m2/s

扩散距离为Z?100mm?0.1m

NA?Dp?(pA1?pA2) RTZpBm? ∵ pA1?p?A ； pA1?pA

pB1?p?p?A?101.325?3.2895?98.036(kPa)

pB2?p?101.325(kPa)

∴ pBm?pB2?pB1plnB2pB1p?(p?p?A)lnp

?p?p?A101.325?(101.325?3.2895)?ln101.325101.325?3.2895?99.68(kPa)NA?pD?(pA1?pA2)RTZpBm0.256?10?4101.325??(3.2895?0) 8.315?298.15?0.199.68?3.45?10?7(kmol.(m2?s)

【5-15】 在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%(摩尔分数)。20℃时CO2水溶液的亨利系数E=144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比LG及溶液出口组成X1；(2)总压改为1MPa时的LG及X1。 解：(1) 依题意得：

总压P=0.1MPa, y1=2%, y2=0.1%, X2=0 摩尔比Y1=

y10.02==0.02041，Y2?1?y11?0.020.001

m=EP=144/0.1=1440

Y?Y0.02041?0.001?L? 最小液气比??=12==1369

0.02041Y?G?min1?X?014402m?L??L? ??=1.2??=1.2?1369=1643

?G?min?G? X1= X2+

0.02041?0.001G?5( Y1 -Y2)=0+=1.18?10

1643L (2)当总压P=1MPa时，m，=EP=144/1=144

Y?Y20.02041?0.001?L? ??=1＝=136.9

0.02041YG??min1?0/?X2144m?L??L? ??=1.2??=1.2?136.9=164.3

?G?min?G?G0.02041?0.001?4( Y1 -Y2)=0+=1.18?10 L164.3从上述结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa，溶液出口组成从

X1= X2+

1.18?10?5增加到1.18?10

?4【5-18】 气体混合物中溶质的组成 Y1?0.02(摩尔比)，要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y??1.0X。试求：

（1）下列3种情况下的液相出口组成X1与气相总传质单元数NOG（利用图

5-23）并进行比较，用推动力分析NOG的改变(3种情况的溶质回收率均为99％)。

①入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G?2；

②入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G?1.2；

③入塔液体中含溶质的组成X2?0.0001（摩尔比)，液-气比L/G?1.2。 (2) 入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G?0.8，溶质的回收率最大可达多少？ 解：依题意得

（1）求液相出口组成X1与气相总传质单元数NOG

①X2?0,m?1

Y1?0.02Y2?Y1(1??)?0.02?(1?0.99)?0.0002

∵

Y?Y2L ?1GX1?X2Y1?Y20.02?0.0002??9.9?10?3 LG2

∴X1?

Y1?mX2Y0.02?1??100Y2?mX2Y20.0002?Ym??Y1??Y2??Y1ln?Y2mG1 L?2?0.5

?1mGY1?mX2mG?NOG?ln?(1?)()??mG?LY2?mX2L?1?L1?ln?(1?0.5)?100?0.5?1?0.5?7.84②X2?0,m?1

Y1?0.02Y2?Y1(1??)?0.02?(1?0.99)?0.0002

X1?Y1?Y20.02?0.0002??0.0165 L/G1.2 ?Ym??Y1??Y20.0035?0.0002??0.00019 ?Y10.0035lnln0.0002?Y2Y1?mX2Y10.02???100Y2?mX2Y20.0002mG1??0.833L1.2NOG??1mGY1?mX2mG? ln?(1?)()??mG?LY2?mX2L?1?L1?ln?(1?0.833)?100?0.833?1?0.833?17.14③X2?0.0001,m?1

Y1?0.02Y2?Y1(1??)?0.02?(1?0.99)?0.0002

X1?Y1?Y20.02?0.0002??0.0238 GL11.2

Y1?mX20.02?0.0001??199Y2?mX20.0002?0.0001mG1??0.833L1.2NOG??1mGY1?mX2mG? ln?(1?)()??mG?LY2?mX2L?1?L1?ln?(1?0.833)?199?0.833?1?0.833?21.13所以三种情况下的推动力与液相出口组成X1和气相总传质单元数NOG的关系如下表所示。

序液-气比 气相推动力

NOG 入塔液体 X1

L/G 号 ?Ym

1 X2?0 2 0.0396 7.84 2 3

X2?0 X2?0.0001

1.2 1.2

0.0238 17.14 0.0238 21.13

（2）求溶质的最大回收率

X2?0

气体达到平衡时：X1?

Y1 mY?Y2Y?Y2LL ?1?1?GY1m?X2Y1mGY1?Y2L??0.8?100%?80% Y1mG ??

【5-19】 某厂有一填料塔，直径880mm，填料层高6m，所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理2000m3混合气(体积按25℃与101.325kPa计)，其中含丙酮摩尔分数为5%。用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263％。塔底送出来的溶液，每千克含丙酮61.2g。根据上述测试数据，计算气相体积总传质系数KYa。操作条件下的平衡关系为Y??2.0X。

上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮，若把填料层加高3m，可以多回收

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