第六章吸收化工原理

化工原理

【例6-1】 总压为101.325kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kg NH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。

解：首先将此气液相组成换算为y与x。

NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kg NH3与1000kg水之和。故

x

nAn

*A

nAnA nB

15/1715/17 1000/18

0.0156

y m

*

py

*

P

2.266101.325

0.0224

0.0224

x0.0156

由式（6-11） E=P·m=101.325×1.436=145.5kPa

E

pAx

*

1.436

或者由式（6-1）

s

EM

s

2.2660.0156

145.3

kPa

溶剂水的密度ρs=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol，由式（6-10）计算H

H

1000145.3 18

0.382

kmol/（m3·kPa）

15/17

H值也可直接由式6-2算出，溶液中NH3的浓度为 所以

【例6-2】 在20℃及101.325kPa下CO2与空气的混合物缓慢地沿Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过厚1mm的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中。气体中CO2的摩尔分数为0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的浓度极小，可忽略不计。CO2在空气中20℃时的扩散系数D为0.18cm2/s。问CO2的扩散速率是多少？

解：此题属单方向扩散，可用式6-17计算。 扩散系数 D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s

扩散距离 Z=1mm=0.001m，气相总压力P=101.325kPa 气相主体中CO2的分压力pA1=PyA1=101.325×0.2=20.27kPa 气液界面上CO2的分压力pA2=0

气相主体中空气（惰性气体）的分压力pB1为 pB1 P pA1 101.325 20.27 81.06kPa

气液界面上空气的分压力 pB2=101.325kPa 空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为

pBm

pB2 pB1lnpB2pB1

101.325 81.06ln101.32581.06

90.8

cA H

nAVcApA

*

mA/M

A

mA ms / s

15 /1000 1000

0.869

kmol/m

3

0.8692.266

0.383

kmol/（m3·kPa）

kPa

代入式（6-17），得

化工原理

NA

DRTZ

ppBm

pA1 pA2

5

20.27 0

1.8 10

90.8 8.314 293 0.001

42

1.67 10kmol/（m·s）

101.325

【例6-3】 含氨极少的空气于101.33kPa，20℃被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.15×10-6kmol/（m2·s·kPa），液膜传质系数kL=1.81×10-4kmol/（m2·s·kmol/m3），溶解度系数H=1.5kmol/（m·kPa）。气液平衡关系服从亨利定律。求：气相总传质系数KG、KY；液相总传质系数KL、KX。

解：因为物系的气液平衡关系服从亨利定律，故可由式（6-37）求KG

1

kGHkL3.15 101.5 1.81 10 KG

-62

KG=3.089×10kmol/（m·s·kPa）

1

1

1

6

3

1

4

3.24 10

5

由计算结果可见 KG≈kG

此物系中氨极易溶于水，溶解度甚大，属“气膜控制”系统，吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。

依题意此系统为低浓度气体的吸收，KY可按式（6-36）来计算。

根据式（6-37）求KL

1

KY PKG 101.33 3.089 10

6

3.13 10

4

kmol

m s

5

KL

1kL

HkG

11.81 10

4

1.53.15 10

kmolm

3

6

4.815 10

KL 2.08 10 KX=KL·c

6

kmol/（m·s·

2

）

同理，对于低浓度气体的吸收，可用式（6-36）求KX

由于溶液浓度极稀，c可按纯溶剂——水来计算。

c

s

M

s

100018

55.6

kmol/m3

KX=KL·c=2.08×10-6×55.6=1.16×10-4kmol/（m2·s）

【例6-4】 由矿石焙烧炉出来的气体进入填料吸收塔中用水洗涤以除去其中的SO2。炉气量为1000m3/h，炉气温度为20℃。炉气中含9%（体积分数）SO2，其余可视为惰性气体（其性质认为与空气相同）。要求SO2的回收率为90%。吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作压力为101.33kPa，温度为20℃。在此条件下SO2在水中的溶解度如附图所示。试求： （1）当吸收剂入塔组成X2=0.0003时，吸收剂的用量（kg/h）及离塔溶液组成X1。

（2）吸收剂若为清水，即X2=0，回收率不变。出塔溶液组成X1为多少？此时吸收剂用量比（1）项中的用量大还是小？

解：将气体入塔组成（体积分数）9%换算为摩尔比

化工原理

1 y1 0.09

=0.099kmol（二氧化硫）/kmol（惰性气体）

Y1

y

0.09

根据回收率计算出塔气体浓度Y2

Y1 Y2

Y1

90%

回收率所以

Y2=Y1（1－η）=0.099（1－0.9） =0.0099kmol（二氧化硫）/kmol（惰性气体）

惰性气体流量V

性气体）/h

=0.0105kmol（惰性气体）/s

从例6-4附图查得与Y1相平衡的液体组成 X1=0.0032kmol（SO2）/kmol（H2O） （1）（1）X2=0.0003时，吸收剂用量L

L

根据式（6-44）可求得 V min

*

V

1000273

22.4273 20

1 0.09

37.85

kmol（惰

Y1 Y20.099 0.0099 L

30.7 *

VX X0.0032 0.000312 min L L 1.3 1.3 30.7 39.91VV min

L

L V 1.3 37.85 39.91 18 27155

V min kg/h

L

因为 所以

V

Y1 Y2X1 X2

X2

0.099 0.0099

39.91

0.0003

X1

Y1 Y2L/V

=0.00253kmol（二氧化硫）/kmol（水） （2）X2=0，回收率η不变时

回收率不变，即出塔炉气中二氧化硫的组成Y2不变，仍为 Y2=0.0099kmol（二氧化硫）/kmol（惰性气体）

吸收剂用量L

Y Y0.099 0.0099 L

1*2 27.84

X1 00.0032 V min

L

L 1.3 V 1.3 37.85 27.84 18 24630

V min

kg/h

出塔溶液组成X1

X

1

Y1 Y2L/V

X2

0.099 0.0099

36.2

0

化工原理

=0.00246kmol（SO2）/kmol（H2O）

由（1）、（2）计算结果可以看到，在维持相同回收率的情况下，吸收剂所含溶质浓度降低，溶剂用量减少，出口溶液浓度降低。所以吸收剂再生时应尽可能完善，但还应兼顾解吸过程的经济性。

【例6-5】 用SO2含量为0.4g/100gH2O的水吸收混合气中的SO2。进塔吸收剂流量为37800kgH2O/h， …… 此处隐藏：5953字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……