吸收:例1、在 20℃,1atm下,用清水分离氨-空气的混合气体,混合气体中氨的分压为 1330Pa,经吸收后氨的分压降为 7 Pa,混合气体的处理量为 1020 kg/h,操作条件下平衡关系为 Y = 0.755X。若适宜的吸收剂用量为最小用量的2倍,求所需吸收剂用量及离塔氨水的浓度。_(2)=0, . =1.013times (10)^5Pa,-|||-_(1)=1330Pa , _(2)=7P(a)_(2),-|||-_(m)=1020kg/(h)_(2) , _(e)=0.755X,-|||-dfrac ({q)_(nl)}({q)_(nG)}=2(dfrac ({q)_(nt)}({q)_(n)G})_(min)-|||-therefore (y)_(1)=dfrac ({P)_(1)}(P)=dfrac (1330)(1.013times {10)^5}=0.01313-|||-_(2)=dfrac ({P)_(2)}(P)=dfrac (7)(1.013times {10)^5}=6.910times (10)^-5-|||-_(1)=dfrac ({y)_(1)}(1-{y)_(1)}=0.0133-|||-_(2)=dfrac ({y)_(2)}(1-{y)_(2)}=6.910times (10)^-5-|||-_(n)c=dfrac ({Q)_(m)v}(M)=dfrac ({Q)_(mn)}(Mg{y)_(1)+(M)_(min)}(1-(y)_(1)) _(n)((X)_(1)-(Y)_(2))=(a)_(n)((X)_(1)-(X)_(2))-|||-Itdan+24+100301 _(1)=dfrac ({G)_(mG)}({G)_(m)}((X)_(1)-(X)_(2))+(X)_(2)-|||-Itdan+24+100301-|||-(qnL )min=2·(1-√2)/(n-2)=2 Y1-Y2-,Y1-Y2 =dfrac (0.0133-6.910times {10)^-5}(1.502)+0-|||-m =8.809times (10)^-3-|||-m-|||-=2cdot dfrac (0.0133-6.910times {10)^-5}(0.0133/0.755-0)=1.502-|||-_(1)=(C)_(M)cdot (x)_(1)=dfrac ({P)_(s)}(M,)cdot dfrac ({X)_(1)}(1+{X)_(1)}-|||-_(n)=1.502(a)_(n6)=1.502times G(1-(y)_(1))-|||-=dfrac (998.2)(18)cdot dfrac (8.809times {10)^-3}(1+8.809times {10)^-3}-|||-=51.72kmol/h=930.96kg/h-|||-=0.4842kmol(m)^3_(2)=0, . =1.013times (10)^5Pa,-|||-_(1)=1330Pa , _(2)=7P(a)_(2),-|||-_(m)=1020kg/(h)_(2) , _(e)=0.755X,-|||-dfrac ({q)_(nl)}({q)_(nG)}=2(dfrac ({q)_(nt)}({q)_(n)G})_(min)-|||-therefore (y)_(1)=dfrac ({P)_(1)}(P)=dfrac (1330)(1.013times {10)^5}=0.01313-|||-_(2)=dfrac ({P)_(2)}(P)=dfrac (7)(1.013times {10)^5}=6.910times (10)^-5-|||-_(1)=dfrac ({y)_(1)}(1-{y)_(1)}=0.0133-|||-_(2)=dfrac ({y)_(2)}(1-{y)_(2)}=6.910times (10)^-5-|||-_(n)c=dfrac ({Q)_(m)v}(M)=dfrac ({Q)_(mn)}(Mg{y)_(1)+(M)_(min)}(1-(y)_(1)) _(n)((X)_(1)-(Y)_(2))=(a)_(n)((X)_(1)-(X)_(2))-|||-Itdan+24+100301 _(1)=dfrac ({G)_(mG)}({G)_(m)}((X)_(1)-(X)_(2))+(X)_(2)-|||-Itdan+24+100301-|||-(qnL )min=2·(1-√2)/(n-2)=2 Y1-Y2-,Y1-Y2 =dfrac (0.0133-6.910times {10)^-5}(1.502)+0-|||-m =8.809times (10)^-3-|||-m-|||-=2cdot dfrac (0.0133-6.910times {10)^-5}(0.0133/0.755-0)=1.502-|||-_(1)=(C)_(M)cdot (x)_(1)=dfrac ({P)_(s)}(M,)cdot dfrac ({X)_(1)}(1+{X)_(1)}-|||-_(n)=1.502(a)_(n6)=1.502times G(1-(y)_(1))-|||-=dfrac (998.2)(18)cdot dfrac (8.809times {10)^-3}(1+8.809times {10)^-3}-|||-=51.72kmol/h=930.96kg/h-|||-=0.4842kmol(m)^3

解:

例2、含苯2%(摩尔分率,下同)的煤气用平均分子量为260的洗油在一填料塔中做逆流吸收以回收其中的苯,要求苯的回收率达到95%,煤气的流率为1200kmol/h。塔顶进入的洗油中含苯0.5%,洗油的流率为最少用量的1.3倍。吸收塔在1atm、27℃下操作,此时的气液平衡关系为y=0.125x。富油由吸收塔底出口经加热后送入解吸塔塔顶,在解吸塔中送入过热水蒸气使富油脱苯,脱苯后的贫油由解吸塔塔底排出冷却后再进入吸收塔使用,水蒸气的用量为最少用量的1.2倍。解吸塔在1atm、120℃下操作,此时的气液平衡关系为y=3.16x。

求:洗油的循环流率和过热蒸汽耗量

解:(1)

例3、在填料吸收塔中,用清水吸收甲醇 - 空气混合气体中的甲醇蒸汽,在 1 atm,27℃下进行操作,混合气体流量为1200m3/h,塔底处空塔气速为0.4m/s,混合气体中甲醇的浓度为 100g甲醇/m3空气,甲醇回收率为95%,水的用量为1215kg/h,体积吸收总系数KG·α = 0.987 kmol /(m3·h·kPa),操作条件下气液平衡关系为Y = 1.1X。试计算所需的填料层高度。

解:

例4、含苯2%(体积),流量为 0.012 kmol/s的混合气体在直径为 1m,填料层高度为 6m 的填料吸收塔中,用煤油吸收其中的苯,逆流操作。入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分数),流量为 0.02 kmol /s,操作温度为30℃,压力为 1 atm,平衡关系为ye = 0.36x,体积总传质系数 Ky·α = 54 kmol/m3·h。

求:苯的回收率及煤油的出塔浓度x1。

解:

例5、在常压逆流吸收塔中,用纯溶剂回收混合气中的A组份,入塔气体流量为1120m3/h(标准状态),入塔y1=5%(v%),吸收率为90%,吸收因数L/mV=2,亨利系数E=1.5atm,该塔塔径为0.8m,体积吸收系数Kya=100kmol/m3.h。试求:

(1) 出塔液体组成xb;

(2) 填料层高度Z;

若操作中入塔浓度y′b=10%(体积),其它条件不变,则出塔液体浓度x′b为多少?

解:(1) m=E/P=1.5/1=1.5 吸收因数A=qnL/mqnG=2

∴qnL/qnG=3

据全塔物料衡算: qnL(x1-x2)=qnG(y1-y2) ,x2=0 , y1=0.05

∴x1= (qnG/qnL)×(y1-y2)=(G/L)×y1η=1/3×0.05×0.9 = 0.015

(2)HOG=qnG/Kya=(1120/22.4)/(100×0.785×0.82)=0.995m

S=1/A=1/2=0.5 y1/y2=1/(1 - η )=10

代入得NOG=3.41 H= HOG ×NOG=3.4 m

(3)∵x2=0 HOG不变,H不变,∴NOG不变

由N OG计算公式知,NOG不变,S=1/A不变, ∴ η不变

∴y2′= y1′×(1- η)=0.1×(1-0.9)=0.01

x1′=(G/L)×y1′η =1/3×0.1×0.9=0.03

例6.某逆流吸收塔,用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组份,气体入塔浓度y1=0.01, 吸收率η为90%,平衡关系为y=2x,且知qnL/qnG=1.2(qnL/qnG)min,HOG=0.9m,试求:

(1) 塔的填料层高度?

(2)若该塔操作时,因解吸不良,导致入塔x2′=0.0005,其它入塔条件不变时,回收率η′又为多少?

解(1)x2=0 ,y1=0.01 η=0.9

∴y2= y1×(1- η)=0.001

(qnL/qnG)min=(y1-y2)/(x1e-x2)

=(0.01-0.001)/(0.01/2-0)=1.8=mη qnL/qnG=1.2(qnL/qnG)min=2.16

吸收因数A=1/S=2.16/2=1.08

S=0.926 y2*=0 y1/y2=1/(1- η)=10

代入

得NOG=6.90

HOG=0.9 m ∴H= HOG ×NOG= 6.21 m

(3) HOG不变,H不变,∴NOG不变

由N OG计算公式知,NOG不变,S=1/A不变

例7已知:H=4m, x2=0, y1=5%, y2=0.5%, qnL/qnG=0.98, y=mx, 且当y=1.77%时x′=18.89g/1000g水,求:(1)NOG、HOG,(2)水温↑,x1、y2如何变化?]

解:当x′=18.89gNH3/1000gH20时,x=0.0196→m=0.9,

y=0.9x, S=1/A=mqnG/qnL=0.92

∴ NOG=[1/(1-1/A)]Ln[(1-1/A)(y1-mx2)/ (y2-mx2) +1/A] =6.8

∴ HOG=H/NOG=0.588m

当水温升高时,m↑,1/A↓,由图知NOG不变时, (y1-mx2)/ (y2-mx2) ↑→y2↓

又 x1=x2+(y1-y2)qnG/qnL↑

∴ NOG=6.8, HOG=0.588m;T↑时x1↑y2↓

习题课:

例1 常压下,用煤油从苯蒸汽和空气混合物中吸收苯,吸收率为99%,混合气量为53kmol/h。入塔气中含苯2%(体积 %),入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分率)。溶剂用量为最小用量的1.5倍,在操作温度50℃下,相平衡关系为y* = 0.36x,总传质系数Kya=0.015kmol/(m3s),塔径为1.1米。试求所需填料层高度。

例2 某吸收塔在101.3kPa、293K下用清水逆流吸收丙酮空气混合气体(可视为低浓气体)中的丙酮。当操作液气比为2.1时,丙酮回收率可达95%。已知物系平衡关系为y=1.18x,吸收过程大致为气膜控制,气相总传质系数Kya V0.8。今气体流量增加20%,而液量及气液进口浓度不变,试求:

(1)回收率变为多少?

(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少?

解: (1)回收率变为多少?

原工况下: 新工况下:

(2)单位时间内被吸收的丙酮量增加多少?

间歇与半间歇反应器

[例题13.1.1]间歇反应器中发生一级反应A → B (恒容反应),反应速率常数k为0.35 h-1,要使A的去除率达到90%,则A在反应器中需反应多少小时?

解:设xA为转化率,则cA的值为

cA=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0

根据设计方程:cA/cA0=e-kt

有0.10cA0/cA0=e-0.35t

解得t=6.58h

例题:在一个间歇理想釜式反应器中,用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯。其反应式为:

CH3COOH+C4H9OH。。。CH3COOC4H9+H2O

在100 oC下进行等温反应。进料配比为乙酸/丁醇=1/4.97(摩尔比),以少量硫酸作为催化剂。当使用过量丁醇时,其反应速度式为 (-rA)=kCA2(下标A表示乙酸)。在上述条件下,反应速度常数为 k=17.4 L/(kmol.min)。假设反应前后物料密度不变为750 kg/m3。每天生产2400kg乙酸丁酯(不考虑分离过程的损失),每批辅助时间为0.5小时。要求乙酸转化率为80%,试计算反应器的有效容积和总容积(装料系数取0.75)

解:已知每天生产任务2400Kg乙酸丁酯

根据反应方程式可以得到平均每小时的乙酸用量

平均每小时处理的原料总量为

平均每小时处理的原理体积为:

则乙酸初始浓度为:

则每批次所需反应时间:

反应器的有效体积:

反应器的总体积:

全混流反应器

[例题13.2.1]完全混合流反应器中发生一级反应A → B,反应速率常数k为0.35 h-1,要使A的去除率达到90%,则A需在反应器中停留多少小时?

解:设xA为转化率,则cA的值为

cA=cA0(1-xA)= cA0(1-0.90)=0.10cA0

根据反应平衡方程:τ=(cA0-cA)/kcA

有τ=(cA0-0.10cA0)/(0.35×0.10cA0)=25.7h

理想反应器习题: