بخش ششم از مجموعه آزمونهای تخصصی مهندسان شیمی: جذب گازها
Thread Content
آخرین بار این پست توسط zhanghp30 در تاریخ ۲۰۱۸-۱۰-۱۳ ساعت ۲۳:۰۲ ویرایش شد. ۱. با فرض اینکه نسبت عملکردی فرآیند جذب، دمای ورودی جذبکننده، غلظت گاز در خروجی، غلظت جذبکننده در ورودی برج و فشار عملیاتی همگی ثابت باقی میمانند و گاز مخلوط دوجزئی با غلظت پایین جذب میشود، اگر در طراحی از پرکنندهای با عملکرد بهتر استفاده شود، کدام گزینهها نادرست هستند (BCD) الف. تعداد واحدهای انتقال جرم لازم تغییر نمیکند، ارتفاع لایه پرکننده کاهش مییابد； تعداد واحدهای انتقال جرم مورد نیاز در B تغییری نمیکند، ارتفاع لایه پرکننده نیز تغییری نمیکند ； تعداد واحدهای انتقال جرم مورد نیاز در C کاهش مییابد و ارتفاع لایه پرکننده کمتر میشود ； تعداد واحدهای انتقال جرم مورد نیاز در D تغییر نمیکند، ارتفاع لایه پرکننده نیز تغییر نمیکند ； تعداد واحدهای انتقال جرم BCD به تعادل فازها و غلظتهای ورودی و خروجی بستگی دارد؛ با تغییر نکردن این موارد، تعداد واحدهای انتقال جرم نیز تغییر نمیکند ； با استفاده از پرکنندههای مناسب، ارتفاع واحدهای انتقال جرم کاهش مییابد؛ در حالی که تعداد این واحدها تغییری نمیکند. بنابراین ارتفاع لایه پرکننده نیز کاهش مییابد. توجه داشته باشید که باید گزینه نادرست را انتخاب کنید! ۲. در برج پرکننده، از آب تمیز برای جذب گاز آمونیاک موجود در گاز مخلوط استفاده میشود؛ هنگامی که میزان آبی که پمپ آب میتواند جذب کند کاهش مییابد، تعداد واحدهای انتقال ماده در فاز گازی (A) خواهد شد: الف) افزایش، ب) کاهش، ج) بدون تغییر، د) قابل تعیین نیست. A: S=m*G/L؛ با کاهش L، S افزایش مییابد؛ بنابراین نیروی محرکه جذب کاهش و نیروی محرکه انتقال ماده افزایش مییابد. ۳. در برج پرکننده، جزء محلولشونده A از مخلوط، با استفاده از حلال خالص و به صورت جریان معکوس جذب میشود. مشخص است که ترکیب اولیه گاز A در مخلوط، ۰٫۰۶ است (به صورت درصد مولی، همانند بقیه). با توجه به اینکه ترکیب گاز پس از جذب برابر با ۰٫۰۰۵ و ترکیب محلول پس از جذب برابر با ۰٫۰۹۵ است، در شرایط عملیاتی تعادل فاز گازی-مایعی برابر با y=0.6x است. ضرایب انتقال جرم در فاز مایع و گازی متناسب با جریانهای فاز مایع و گازی هستند؛ به طوری که Ky*a متناسب با G^0.7 و Kx*a متناسب با L^0.7 است. همچنین فرآیند جذب تحت کنترل لایه گازی است و HOG برابر با ۱ متر است. لطفاً مقدار زیر را محاسبه کنید: (۱) ترکیب فاز گازی در مقطع برج، هنگامی که ارتفاع لایه پرکننده نصف شود ； (۲) هنگامی که جریان فاز مایع افزایش مییابد و جریان فاز گاز و ترکیب ورودی گاز-مایع ثابت باقی میماند، تغییر مقدار جذب ماده حلشونده A به شکل زیر است: ( ) الف افزایش، ب ریزش، ج ثابت، د غیرقابل تعیین. ۴. یک شرکت معتبر در زمینه پروژههای زیستمحیطی در شانگهای، بر اساس درخواست یک شرکت خارجی معتبر، مأموریت تصفیه اجزای حلشونده A در مخلوط گازها را بر عهده گرفته است. پس از بررسی اولیه توسط مهندسان فرآیند، ترکیب اولیه گاز A برابر با ۰٫۰۴۵ بود؛ اکنون از برج پرکننده برای جذب معکوس با حلال خالص استفاده میشود. ترکیب گاز خروجی ۰٫۰۱۸ و ترکیب محلول خروجی ۰٫۰۸۸ است. تحت شرایط عملیاتی، رابطه تعادل فاز گاز-مایع برابر با y=0٫5x است. با توجه به اینکه این فرآیند جذب تحت کنترل لایه گازی است، لطفاً محاسبه کنید: (۱) تعداد واحدهای انتقال جرم در فاز گاز، NOG ； (۲) پیمانکار خواستار است که در شرایطی که ترکیب ورودی فاز گازی و گاز-مایع ثابت باقی بماند، هنگامی که جریان فاز مایع دو برابر شود، غلظت خروجی پس از جذب گاز نباید از ۰٫۰۰۶ فراتر رود. مهندسان فرآیند، محاسبات لازم را انجام داده و در نهایت شاخصهای مورد نیاز ( ) را به دست میآورند. الف: قابل دستیابی است، ب: قابل دستیابی نیست، ج: شرایط لازم وجود ندارد، د: نمیتوان تشخیص داد. ۵. در نقطهای از برج جذب، غلظت محتوای گازی y=0.025، غلظت محتوای مایعی x=0.01، ضریب انتقال جرم در فاز گازی ky=2kmol/m2·h، ضریب انتقال جرم کلی در فاز گازی Ky=1.5kmol/m2·h و رابطه تعادل y=0.5x است. پس غلظت گاز در سطح مرز گاز-مایع در آن نقطه چقدر است؟ ye=0.5*0.01=0.005، NA=Ky(y-ye)=ky(y-yi)، بنابراین 1.5*(0.025-0.005)=2*(0.025-yi)، yi=0.01. ۶. ارتفاع پرکنندههای برج جذب ۴.۵ متر است؛ برای جذب اجزای مضر A موجود در گازهای خروجی، از آب تمیز با جریان مخالف استفاده میشود. رابطه تعادل y=1.5x، غلظت مایع در خروجی ۰.۰۰۸ است و غلظتهای گاز در ورودی و خروجی به ترتیب ۰.۰۲ و ۰.۰۰۴ هستند. (۱) NOG؛ (۲) نسبت مایع به گاز در عملیات، چند برابر کمترین نسبت مایع به گاز است؟ (۳) مقدار مجاز تخلیه طبق مقررات سازمان حفاظت از محیط زیست، کمتر از ۰.۰۰۳ است؛ چگونه میتوان اقدام کرد تا این استانداردها محقق شوند؟ (۱) V/L=0.0008/(0.02-0.004)=0.5، S=mV/L=1.5*0.5=0.75. NOG=1/(1-S)*Ln=2.77. (۲) (L/V)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=1.2، (L/V)/(L/V)min=2/1.2=1.667. (۳) معمولاً این مشکل با حفظ ثابت نسبت مایع به گاز و افزایش ارتفاع پرکنندهها حل میشود. بنابراین، NOG'=1/(1-S)*Ln؛ در اینجا y2'=0.003، پس NOG'=3.53. افزایش ارتفاع پرکنندهها: detaH=HOG(NOG'-NOG)=(4.5/2.77)*(3.53-2.77)=1.23 متر
۷. در یک عملیات جریان معکوس، بنزن موجود در گاز مخلوط جذب میشود. مشخص است که گاز مخلوط حاوی ۵٪ بنزن (به صورت حجمی) است؛ بقیه اجزای گاز نیز غیرفعال هستند. نرخ بازیابی بنزن ۹۵٪ است. دبی گاز ورودی به برج ۴۲.۴ کیلومول بر ساعت است. ماده جاذب، نفت سفید بدون بنزن است؛ مقدار مصرف نفت سفید، ۱.۵ برابر حداقل مقدار لازم است. قطر برج ۰.۶ متر است. در شرایط عملیاتی، رابطه تعادلی بین فازهای گازی و مایعی به صورت ye=0.14x است. ضریب انتقال جرم کلی در فاز گازی، Kya=125 کیلومول بر متر مکعب در ساعت است. وزن مولی متوسط نفت سفید، ۱۷۰ کیلوگرم بر کیلومول است.
(۱) مقدار مصرف نفت سفید (کیلوگرم بر ساعت)؛
(۲) غلظت نفت سفید در خروجی از برج؛
(۳) ارتفاع پرکننده برج؛
(۴) مقدار بنزنی که در هر ساعت از برج بازیابی میشود؛
(۵) چه اقداماتی میتوان برای افزایش نرخ بازیابی انجام داد؟
پاسخها:
(۱) مقدار مصرف نفت سفید: ۱۴۳۸ کیلوگرم بر ساعت؛
(۲) غلظت نفت سفید در خروجی: ۰.۰۰۲۵؛
(۳) ارتفاع پرکننده برج: ۸.۱ متر؛
(۴) مقدار بنزن بازیابی شده: ۱۵۷ کیلوگرم بر ساعت؛
(۵) برای افزایش نرخ بازیابی، میتوان از افزایش فشار و کاهش دما استفاده کرد.
(۱) مقدار مصرف نفت سفید (کیلوگرم بر ساعت)؛
(۲) غلظت نفت سفید در خروجی از برج؛
(۳) ارتفاع پرکننده برج؛
(۴) مقدار بنزنی که در هر ساعت از برج بازیابی میشود؛
(۵) چه اقداماتی میتوان برای افزایش نرخ بازیابی انجام داد؟
پاسخها:
(۱) مقدار مصرف نفت سفید: ۱۴۳۸ کیلوگرم بر ساعت؛
(۲) غلظت نفت سفید در خروجی: ۰.۰۰۲۵؛
(۳) ارتفاع پرکننده برج: ۸.۱ متر؛
(۴) مقدار بنزن بازیابی شده: ۱۵۷ کیلوگرم بر ساعت؛
(۵) برای افزایش نرخ بازیابی، میتوان از افزایش فشار و کاهش دما استفاده کرد.
۱۲. در برج پرکننده، از یک حلال خالص برای جذب مؤلفهی محلول A از یک مخلوط گازی به صورت عکس جریان استفاده میشود. ترکیب اولیهی گاز A برابر با ۰٫۰۶ (به صورت درصد مولی) است. پس از جذب، ترکیب گاز در خروجی برابر با ۰٫۰۰۵ و ترکیب محلول حاصل برابر با ۰٫۰۹۵ میباشد. در شرایط عملیاتی، رابطهی تعادل گاز-مایع برابر است با y=0٫6x. ضرایب انتقال ماده در فاز مایع و گاز، به ترتیب متناسب با جریان مایع و جریان گاز هستند؛ یعنی Kya متناسب با G^0٫7 و Kxa متناسب با L^0٫7 است. همچنین، این فرآیند جذب تحت کنترل لایهی گازی است و HOG برابر با ۱ متر است. لطفاً موارد زیر را محاسبه کنید:
(۱) ارتفاع لایهی پرکننده و ترکیب گاز در مقطع عرضی برج در نیمهی ارتفاع لایهی پرکننده؛
(۲) هنگامی که جریان مایع افزایش یابد و جریان گاز و ترکیب گاز و مایع در ورودی ثابت بماند، چگونه مقدار مادهی محلول A جذب میشود؟ دلیل آن را توضیح دهید.
پاسخ:
(۱) L/V = y1 – y2 / x1 – x2؛ L/V = ۰٫۵۷۹، S = m·L/V = ۱٫۰۳۶. NOG = (1/1 – S)·ln = ۱۴؛ بنابراین H = NOG·HOG = ۱۴ متر. در نیمهی ارتفاع لایهی پرکننده، NOG’ = ۷، S ثابت میماند؛ با جایگذاری در فرمول، y’ = ۰٫۰۳۶.
(۲) هنگامی که جریان مایع افزایش یابد و جریان گاز و ترکیب گاز و مایع در ورودی ثابت بماند، مقدار مادهی محلول A جذب شده افزایش مییابد. دلیل آن این است که فرآیند جذب تحت کنترل لایهی گازی است؛ با افزایش L، V ثابت میماند، Kya و HOG نیز ثابت میمانند. بنابراین NOG ثابت میماند، اما S = m·V/L کاهش مییابد. از رابطهی NOG = (1/1 – S)·ln مشخص میشود که y2 کاهش مییابد و در نتیجه مقدار جذب شده = V·(y1 – y2) افزایش مییابد.
۱۳. در برج پرکننده، از آب تمیز برای جذب آمونیاک از یک مخلوط گازی استفاده میشود. هنگامی که پمپ آب دچار اختلال شده و جریان آب کاهش یابد، تعداد واحدهای انتقال ماده در فاز گازی (A) چه میشود؟
الف) افزایش مییابد؛ ب) کاهش مییابد؛ ج) ثابت میماند.
L کاهش مییابد، S افزایش مییابد؛ در نتیجه نیروی محرکهی جذب کاهش مییابد و NOG حتماً افزایش مییابد.
۱۴. مفاهیم پایه: در فرآیند جذب گاز، HOG یک پارامتر برای سنجش کارایی تجهیزات انتقال ماده است؛ NOG نیز یک پارامتر برای سنجش میزان دشواری جذب است.
۱۵. فرمولهای پایه: m = E/P، E = ps/HMs، y = mx، C* = H·P.
(۱) ارتفاع لایهی پرکننده و ترکیب گاز در مقطع عرضی برج در نیمهی ارتفاع لایهی پرکننده؛
(۲) هنگامی که جریان مایع افزایش یابد و جریان گاز و ترکیب گاز و مایع در ورودی ثابت بماند، چگونه مقدار مادهی محلول A جذب میشود؟ دلیل آن را توضیح دهید.
پاسخ:
(۱) L/V = y1 – y2 / x1 – x2؛ L/V = ۰٫۵۷۹، S = m·L/V = ۱٫۰۳۶. NOG = (1/1 – S)·ln = ۱۴؛ بنابراین H = NOG·HOG = ۱۴ متر. در نیمهی ارتفاع لایهی پرکننده، NOG’ = ۷، S ثابت میماند؛ با جایگذاری در فرمول، y’ = ۰٫۰۳۶.
(۲) هنگامی که جریان مایع افزایش یابد و جریان گاز و ترکیب گاز و مایع در ورودی ثابت بماند، مقدار مادهی محلول A جذب شده افزایش مییابد. دلیل آن این است که فرآیند جذب تحت کنترل لایهی گازی است؛ با افزایش L، V ثابت میماند، Kya و HOG نیز ثابت میمانند. بنابراین NOG ثابت میماند، اما S = m·V/L کاهش مییابد. از رابطهی NOG = (1/1 – S)·ln مشخص میشود که y2 کاهش مییابد و در نتیجه مقدار جذب شده = V·(y1 – y2) افزایش مییابد.
۱۳. در برج پرکننده، از آب تمیز برای جذب آمونیاک از یک مخلوط گازی استفاده میشود. هنگامی که پمپ آب دچار اختلال شده و جریان آب کاهش یابد، تعداد واحدهای انتقال ماده در فاز گازی (A) چه میشود؟
الف) افزایش مییابد؛ ب) کاهش مییابد؛ ج) ثابت میماند.
L کاهش مییابد، S افزایش مییابد؛ در نتیجه نیروی محرکهی جذب کاهش مییابد و NOG حتماً افزایش مییابد.
۱۴. مفاهیم پایه: در فرآیند جذب گاز، HOG یک پارامتر برای سنجش کارایی تجهیزات انتقال ماده است؛ NOG نیز یک پارامتر برای سنجش میزان دشواری جذب است.
۱۵. فرمولهای پایه: m = E/P، E = ps/HMs، y = mx، C* = H·P.