1、吸收剂部分再循环对塔高的影响 常压逆流连续操作的吸收塔，用清水吸收空气-氨混合气中的氨，混合气的流率为0.02kmol/（m 2.s ），入塔时氨的浓度为0.05（摩尔分率，下同），要求吸收率不低于95%，出塔氨水的浓度为0.05。

已知在操作条件下气液平衡关系为y *=0.95x ，，气相体积传质总系数K y a=0.04kmol/（m 3.s ），且K y a ∝G 0.8 。

（1）所需填料层高度为多少？（2）采用部分吸收剂再循环流程，新鲜吸收剂与循环量之比L/L R =20，气体流率及新鲜吸收剂用量不变，为达到分离要求，所需填料层的高度为多少？（3）示意绘出带部分循环与不带循环两种情况下的操作线与平衡线。

（4）求最大循环量L R(max) 。

解：(1) 低浓气体吸收，y Y x X ≈≈,()()y y a b =-=-⨯=1109500500025η...液气比：L G y y x x =--=-=b a b a 00500025005095....而 m LG ==095.，所以S =1∆∆y y y m a a ===00025.N y yy OG b a m =-=-=∆00500025002519...又 H GK a y OG m ===00200405...∴==⨯=h H N 0051995OG OG m ..(2) 吸收剂再循环此时吸收剂入口浓度：00238.012005.0R bR a a =+=++='L L xL Lx x塔'=+=+=L L L L L L R 120105.95.005.11'==='L mGS因为为易溶气体，且K a G y ∝08.所以L 再循环后，K a y 不变，即H G K ay OG m ==05.不变 ()()'=-'-'-'-'+'⎡⎣⎢⎤⎦⎥=---⨯-⨯+⎡⎣⎢⎤⎦⎥=N S S y mx y mx S OG b a a a 111110951095005095000238000250950002380954784ln .ln ......... ∴'='=⨯=h H N 00547842392OG OG m ... （3）见上图。

（4）当循环量加大，↑'a x ，当my x x a a =='*a 时，气液两相在塔顶平衡，0=∆a y ，达到分离要求，塔高无限，此时，循环量为最大循环量。

'(max)(max))(a R b R a x L L x L Lx +=+，00263.095.00025.0*a===='m y x x a a s)kmol/(m 10055.100263.005.000263.095.002.023''(max)⋅⨯=-⨯⨯=-=-a b aR x x Lx L 从计算结果可以看出，吸收剂部分再循环，吸收塔进口液体溶质浓度增加，平均传质推动力减小，若过程为气膜控制，循环吸收剂流量增加，传质系数a K y 不变，所以导致吸收塔塔高增加。

问题：从上述结果看吸收剂部分循环对吸收是不利的，但工业上为什么有时还采用这种操作呢？在下列情况下采用循环总的看来是有利的：（1）若吸收过程的热效应很大，以至吸收剂进吸收塔前需要塔外冷却来降低吸收温度，这样相平衡常数m 降低，全塔平均推动力提高，祢补了因部分再循环吸收塔进口液体溶质浓度增加导致的平均传质推动力减小。

（2）若吸收工艺要求较小的新鲜吸收剂用量，以至不能保证填料被很好的润湿，致使单位体积填料有效传质面积降低，此时采用吸收剂部分再循环，提高单位体积填料有效传质面积，即提高体积传质系数，补偿了因循环而降低吸收推动力，如果总体上仍使塔高降低，使用再循环是有意义的。

2、提高吸收率的具体措施在填料高度为4m 的常压填料塔中，用清水吸收尾气中的可溶组分。

已测得如下数据：尾气入塔组成为0.02，吸收液排出的浓度为0.008（以上均为摩尔分率），吸收率为0.8，并已知此吸收过程为气膜控制，气液平衡关系为y *=1.5x 。

（1）计算该塔的H OG 和N OG ； （2）操作液气比为最小液气比的倍数； （3）若法定的气体排放浓度必须 ≤0.002，可采取哪些可行的措施？并任选其中之一进行计算，求出需改变参数的具体数值；（4）定性画出改动前后的平衡线和操作线。

解：(1) y b =<0025%10%.~可当作低浓气体吸收，y Y x X ≈≈,()()y y a b =-=-⨯=11080020004η...L G y y x x =--=-=b a b a 002000400082... S mG L ===152075.. ()()N S S y mx y mx S OG b a a a =----+⎡⎣⎢⎤⎦⎥=--+⎡⎣⎢⎤⎦⎥=11111075107500200040752773ln .ln .....∴===H h N OG OG m 0427731443..(2) L G y y x x y y y m x ⎛⎝ ⎫⎭⎪=--=--=⨯=*min ...ba b a b a b a150812 ∴⎛⎝ ⎫⎭⎪⎛⎝ ⎫⎭⎪==L G L G min ..2121667(3) 可采取的措施：a.增加填料层高度H G K a y OG =不变（G 不变，气膜控制K a y 不变） S mG L==075.不变 ()()'=---'-+⎡⎣⎢⎤⎦⎥=--+⎡⎣⎢⎤⎦⎥=N S S y mx y mx S OG b a a a 11111075107500200020754715ln .ln .....∴'='=⨯=h H N 014434715680OG OG m ...∴'==∆h h 0028470%. b.增大用水量因为G 不变，气膜控制，所以K a y 不变，H OG 不变又h 0不变，所以N OG 也不变 即 ()'=-'-'-'-+'⎡⎣⎢⎤⎦⎥N S S y mx y mx S OG b a a a 111ln()27731110020002.ln ..=-'-'+'⎡⎣⎢⎤⎦⎥S S S试差'=S 027.或由N S y mx y mx OG b a a a ~~--图，查得'=S 027. '='==L L S S 075027278... c.其它操作条件不变，降低操作温度，m 变小，↓=L mG S ，而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mx y mx y S S N a a a b OG 1ln 11的关系图可知，↑⎥⎦⎤⎢⎣⎡a b y y ，y b 不变，故气体出口浓度y a 降低。

d.其它操作条件不变，增大操作压力，由p E m =，m 变小，↓=LmG S ，而塔高、气相总传质单元高度、气相总传质单元数不变，根据()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mx y mx y S S N a a a b OG 1ln 11的关系图可知，↑⎥⎦⎤⎢⎣⎡a b y y ，y b 不变，故气体出口浓度y a 降低。

e.其它条件不变，选用对溶质溶解度大的吸收剂，即m 小。

与c 、d 分析相同，得到y a 降低。

f. 其它条件不变，改用另一种吸收性能较好的填料，提高吸收总传质系数及单位体积填料的有效传质面积增大，即↑a K Y ，气相总传质单元高度变小，塔高不变，气相总传质单元数变大，又因S 也不变，故根据()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+----=S mx y mx y S S N a a a b OG 1ln 11的关系图可知，↑⎥⎦⎤⎢⎣⎡a b y y ，y b 不变，故气体出口浓度y a 降低。

从本题的结果看：工业上提高吸收率，降低出口气体浓度的具体措施可以从吸收过程的设计方面入手，如增加塔高、改换吸收剂及改用性能良好的填料。

另外一方面从吸收操作方面入手降低气体出口浓度更为方便，如降低吸收温度、提高吸收压力、适度增大吸收剂用量，若非清水为吸收剂，还可降低吸收剂入口浓度。

3、气液流动方式对吸收过程的影响 用吸收操作除去某气体混合物中的可溶有害组分，在操作条件下的相平衡关系为Y *=1.5X ，混合气体的初始浓度为0.1（摩尔比，下同），吸收剂的入塔浓度为0.001，液气比为2.0。

已知在逆流操作时，气体出口浓度为0.005，试计算在操作条件不变的情况下改为并流操作，气体的出口浓度为多少？逆流操作时所吸收的可溶组分是并流操作的多少倍？计算时近似认为K Y a 与流动方式无关。

解：原工况：逆流操作时()()X G L Y Y X b B S b a a =-+=-+=12010005000100485....∆Y Y mX a a a =-=-⨯=000515000100035....∆Y Y mX b b b =-=-⨯=010048515002725.... ()∆∆∆∆∆Y Y Y Y Y m b a b a ln =-⎛⎝ ⎫⎭⎪=-=0027250003500272500035001157..ln ...∴=-=-=N Y Y Y OG b a m ∆010005001157821....新工况：并流操作时h H N H N 0==OG OG OG OG 逆逆并并H G K a y OG =不变，所以N OG 不变即并流后'=N OG 821.物料衡算：()()L X X G Y Y S b a B a b '-=-' ()()∴'=-'+=-'+=-'X G L Y Y X Y Y b B S a b a b b 12010001005105....（1）∆'=-Y Y mX a a a∆'='-'Y Y mX b b b ()()()()∆∆∆∆∆'='-'''⎛⎝ ⎫⎭⎪=--'-'-'-'⎛⎝ ⎫⎭⎪=-'+'--'-'⎛⎝ ⎫⎭⎪Y Y Y Y Y Y mX Y mX Y mX Y mX Y Y m X X Y mX Y mX m a b a b a a b b a a b b a b b a a a b bln ln ln()()()()∴=-''=-'-'+'--'-'=-'-'+-'-'-'=+-'-'N Y Y Y Y Y Y Y m X X Y mX Y mX Y Y Y Y mG LY Y Y mX Y mX mG L Y mX Y mX OG a b m a b a b b a a a b b a b a b a b a a b b a a b b ∆ln ln ln 11∴=+-⨯'-'821111520115000115..ln ....Y X b b'-'=⨯-Y X b b 1556717108.. (2)式(1)和(2)联立：'=Y b 00437.，'=X b 00292.逆流与并流所吸收溶质量之比： ()()m m G Y Y G Y Y 逆并=--'=--=B b aB a b 01000501004371687..... 从本题的结果可以看出，在同一吸收塔，若操作条件完全相同，逆流操作的吸收效果好于并流操作，吸收液从塔底流出之前与入塔气接触，可得到浓度较高的吸收液。