PDF《第六章 吸收》

第六章 吸收 【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0156 .

0 18 /

1000 17 /

15 17 /

15 ? ? ? ? ? ? B A A A n n n n n x

0224 0

325 101

266 2 . . . P p y * A * ? ? ?

436 .

1 0156 .

0 0224 .

0 * ? ? ? x y m 由式(6-11) E=P・m=101.325*1.436=145.5kPa 或者由式(6-1) kPa

3 .

145 0156 .

0 266 .

2 * ? ? ? x p E A 溶剂水的密度ρs=1000kg/m3,摩尔质量 Ms=18kg/kmol,由式(6-10)计算 H kmol/(m3・kPa)

382 .

0 18

3 .

145 1000 ? ? ? ? s s EM H ? H 值也可直接由式 6-2 算出,溶液中 NH3 的浓度为 kmol/m3 ? ? ? ?

869 .

0 1000 /

1000 15

17 /

15 / / ? ? ? ? ? ? s s A A A A A m m M m V n c ? 所以 kmol/(m3・kPa)

383 .

0 266 .

2 869 .

0 * ? ? ? A A p c H 【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kPa

06 .

81 27 .

20 325 .

101 1

1 ? ? ? ? ? A B p P p 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 kPa

8 .

90 06 .

81 325 .

101 ln

06 .

81 325 .

101 ln

1 2

1 2 ? ? ? ? ? B B B B Bm p p p p p 代入式(6-17) ,得??21AABm A p p p p RTZ D N ? ? ? ? ? ?

0 27 .

20 8 .

90 325 .

101 001 .

0 293

314 .

8 10

8 .

1 5 ? ? ? ? ? ? ? ? kmol/(m2・s)

4 10

67 .

1 ? ? ? 【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/(m3・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

5 4

6 10

24 .

3 10

81 .

1 5 .

1 1

10 15 .

3 1

1 1

1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? L G G Hk k K KG=3.089*10-6kmol/(m2・s・kPa) 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. ? ? s m kmol

10 13

3 10

089 3

33 101

4 6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? . . . PK K G Y 根据式(6-37)求KL

5 6

4 10

815 .

4 10

15 .

3 5 .

1 10

81 .

1 1

1 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? G L L k H k K kmol/(m2・s・ )

6 L

10 08 .

2 K ? ? ?

3 m kmol 同理,对于低浓度气体的吸收,可用式(6-36)求KX KX=KL・c 由于溶液浓度极稀,c 可按纯溶剂――水来计算. kmol/m3

6 .

55 18

1000 ? ? ? s s M c ? 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