1、1第七章 吸 收7-1 总压 101.3 kPa，温度 25时，1000 克水中含二氧化硫 50 克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数 E 为 4.13 MPa， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m。 （溶液密度近似取为 1000kg/m3）解：溶质在液相中的摩尔分数：5064.13918x二氧化硫的平衡分压： *3.0.kPa=57.4pE相平衡常数：634.1Pa4.70m7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为 5%（质量分数） ，求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。已知塔内温度为 20，压强为 1.52105 Pa，
2、亨利系数 E 为 48.9MPa。解：相平衡常数为：6548.91032.7mP硫化氢的混合气进口摩尔浓度： 1.40932y若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即： 41max0.43.1027y7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在 x - y 图上表示。 （1）含NO2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含 NO2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa，T=15，已知 15 时，NO 2 水溶液的亨利系数 E=1.68102 kPa；（2）气液组成及温度同（1） ，总压达 200kPa（绝对压强） 。解：（1）相
3、平衡常数为：513.6810Pa.68Em*1.6580.3.49yx2由于 ，所以该过程是吸收过程。*y气相推动力为： 0.64980.5液相推动力为： *13.2yxxm（2）相平衡常数为：5231.680Pa.84Em*10.84.2yx由于 ，所以该过程仍是吸收过程。*y气相推动力为： 0.650.7液相推动力为： *23.68484yxxm0. 0.10.20.30.4.0.20.40.60.8y=0.50yxx=0.32y*=1.658x0. 0.20.40.60.8.0.20.40.60.8y=0.57x=0.684y*=0.84xyx37-4 在某操作条件下用填料塔清水逆流洗涤
4、混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某截面上该组分在气、液相中的浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02。在该吸收系统中，平衡关系为 y = 0.5x ，气膜吸收分系数 ky = 1.810-4 kmol / (m2s)，液膜吸收分系数 kx = 2.110-5 kmol / (m2.s)，试求：（1）界面浓度 yi、x i 分别为多少？（ 2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数。解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有：ii()()yxkk（1）4 5i i.810.2.10(.2)yx在界面处气液两相达平衡，有：（2）i
5、i.5yx联立方程（1） 、 （2）得，i0.6i0.13y（2）气相传质阻力： 3245.610sm/kol.8yk以气相为基准的液相传质阻力： 4258s/l2x因此，吸收过程为液膜扩散控制。总气相传质推动力为： 0.14.0.4ym气相推动力： i.328气相推动力在总推动力中所占比例： i.0.24yx7-5 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为 25，压力为 105kPa（绝对压力） 。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为 7.5 kPa，液相中甲醇浓度为 2.85kmol / m3。甲醇在水中的溶解度系数 H = 2.162 kmol / (m3kPa)，液
6、膜吸收分系数 kL = 2.010-5 m / s，气膜吸收分系数 kG = 1.210-5 kmol / (m2skPa.)。试求：（ 1）气液界面处气相侧甲醇浓度yi；（2）计算该截面上的吸收速率。4解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有：ii()()GLkpkc（1）55i i.2107.2.10(2.8)pc在界面处气液两相达平衡，有：iipcH（2）ii12.6联立方程（1） 、 （2）得， 3i5.4kmol/ci2.61kPap气液界面处气相侧甲醇浓度： ii.0.2495y（2）该截面上的吸收速率：5 52Ai()1.20(7.61).87kmol/(s)G
7、Nkp A7-6 在 101.3kPa 及 25的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的 SO2 混合气体。进塔气中含SO2 分别为 0.04（体积分数） ，其余为惰性气体。水的用量为最小用量的 1.5 倍。要求每小时从混合气体中吸收 2000 kg 的 SO2，操作条件下亨利系数 4.13 MPa，计算每小时用水量为多少（m 3）和出塔液中 SO2 的浓度（体积分数）？ 此题的第二问修改成“出塔气中 SO2 的浓度（体积分数）？”因条件不够计算不出来，原题第二问是计算出塔液中 SO2 的浓度（摩尔分数）。解： ，20X10.4.17yY相平衡常数为：63.0.0EmP由于是低浓度吸收，有：
8、4.7M由物料衡算得： 120()=31.25kol/h64VYmin120.31ml/.7LX5min1.5482.97kol/hL每小时用水量： 35182.49m/h0Q由物料衡算得： 121()7.5kol/XX10.68X出塔液中 SO2 的浓度： 10.682.07xX7-7 用清水在吸收塔中吸收 NH3-空气混合气体中的 NH3，操作条件是：总压 101.3kPa，温度为20。入塔时 NH3 的分压为 1333.2Pa，要求回收率为 98%。在 101.3kPa 和 20时，平衡关系可近似写为 Y* =2.74 X。试问：（1） 逆流操作和并流操作时最小液气比 (L / V)mi
9、n 各为多少？由此可得出什么结论？（2）若操作总压增为 303.9 kPa 时，采用逆流操作，其最小液气比为多少？并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。解： ，11.320.130pYP21(.98)26X（1）逆流操作时最小液气比： 12min0.3.26() .85174.74YLVX并流操作时最小液气比： 12in() 3由此可知：若完成相同的吸收任务，并流操作时的用水量比逆流操作时用水量大。（2）由于亨利常数仅是温度的函数，若总压增加，相平衡常数会发生变化，又因为，该吸收为低浓度吸收，有： Mm12.7401.327.56kPaEP256.9.加压后，逆流操作时的最小液气比：612m
10、in0.3.26() 0.89519YLVXM由此可知，完成相同的吸收任务，加压后，逆流操作的用水量小于常压的用水量，但是加压会增加能耗，这是以增大能耗为代价来减少吸收操作的用水量。7-8 在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分。已知操作条件下该系统的平衡关系为 Y=1.15X，入塔气体可溶组分含量为 9%（体积） ，吸收剂入塔浓度为 1%（体积） ；试求液体出口的最大浓度为多少？解： 10.9.8y由题可得，液体出口的最大浓度是与入塔气体浓度相平衡的液体浓度：11,max.0.65YXM液体出口的最大浓度： 11,max0.86.792X7-9 在填料塔内用清水逆流吸收某工业废气
11、中所含的二氧化硫气体，SO 2 浓度为 0.08（体积分数） ，其余可视为空气。冷却后送入吸收塔用水吸收，要求处理后的气体中 SO2 浓度不超过0.004（体积分数） 。在操作条件下的平衡关系为 Y* = 48X，所用液气比为最小液气比的 1.6 倍。求实际操作液气比和出塔溶液的浓度。并在 Y-X 图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关系。解： ， ，10.8.70yY20.4.021yX逆流操作的最小液气比： 2min1.87.() 5.784YLVM实际操作液气比： in1.6().53.21由操作线方程可得：12()0.87.402.135VYXL7出塔溶液的浓度： 10.3.01Xx
12、7-10 常压（101.325kPa）用水吸收丙酮空气混合物中的丙酮（逆流操作） ，入塔混合气中含丙酮 7%（体积） ，混合气体流量为 1500 m3 / h（标准状态） ，要求吸收率为 97%，已知亨利系数为 200kPa（低浓度吸收，可视 Mm） 。试计算：（1）每小时被吸收的丙酮量为多少；（ 2）若用水量为 3200kg/h，求溶液的出口浓度？在此情况下，塔进出口处的推动力 Y 各为多少？（3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，求所需用水量，此用水量为最小用水量的多少倍？解： ， ，10.7.53yY21(0.97).53026Y2X混合气体的摩尔流率： 506.94kmol/h2
13、.V相平衡常数为： 173EMmP所以，操作条件下的平衡关系为： *.YX（1）每小时被吸收的丙酮量为： 12()6.94(0.753.26)4.891kmol/hVY（2）吸收剂的摩尔流率： 1l/8L0.00.40.80.120.160.20.40.60.80.1 X2Y2YXY1 Y*=48X8由操作线方程可得： 12()4.8910.2757VYXL溶液的出口浓度： 10.5.6x塔进口处的推动力： 11.73.940.275.10YM塔出口处的推动力： 22066X（3）若溶液的出口浓度 x1= 0.0305，有： 135由操作线方程可得：12()4.895.70kmol/h03VY
14、LX最小用水量： 12min()4.8912.8kol/h37YMmin15.470.328L7-11 在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分，若系统的平衡关系为 Y = 0.3X。试求：（1）已知最小液气比为 0.24，求其回收率；（2）当液气比为最小液气比的 1.2倍，塔高不受限制时该系统的最大回收率；（3）如果吸收因子 A = 1.25，回收率为 90%，并已知该系统的气、液相传质单元高度 HL 和 HG 都是 2 m， 其填料层高度为多少？解：(1) 当最小液气比 时min0.24LV回收率为： 112iaxYXMmin/0.24/3.80%（2）L / V = 1
15、.2（L /V） min= 1.2 0.24= 0.288 2，所以，在塔顶达到平衡，最大吸收率为 100。7-16 在装填有 50mm 拉西环的填料塔中用清水吸收空气中的甲醇，直径为 880mm，填料层高6m， ，每小时处理 2000m3 甲醇-空气混合气，其中含甲醇 5%（体积分数） ；操作条件为 298.15 K，101.3 kPa。塔顶放出废气中含甲醇 0.263%（体积分数） ，塔底排出的溶液每 kg 含甲醇61.2g；在此操作条件下，平衡关系 Y = 2.0X。根据上述测得数据试计算：（1）气相体积总传质系数 KYa；（2）每小时回收多少甲醇；（3）若保持气液流量 V、L 不变，将
16、填料层高度加高 3m，可以多回收多少甲醇。解：（1） ； ；10.5/9.02620.63Yy202/4(73815)()71kmol/hV160.2(0)/6X；112.51Y220.63YXm1201230.6ln(/)ln(./.)则 m568.5.OGYNaOG/()/.0.74mHVKZN23YaOG7.1(58)1.59kol/(h)（2） 12().6.38（3） V、 L 不变，则12/()3.8/0192.4kmol/hX7.94.5A即 不变，则OGH/.7.08OGNZH15又 121ln(/)/OGYmXNAA20.56l(.8).812.00.85262.31ln.9
17、.Y2./.74.85Y20./0.1Y12()7(.560.1)4.kmol/hGV4.382kol/h7-17 现需用纯溶剂除去混合气中的某组分，所用的填料塔的高度为 6m，在操作条件下的平衡关系为 Y = 0.8X ，当 L / V = 1.2 时， 溶质回收率可达 90%。在相同条件下，若改用另一种性能较好的填料，则其吸收率可提高到 95%，请问第二种填料的体积传质系数是第一种填料的多少倍？解： 在同一吸收塔中操作，则有：OGOGZNH1/0.8/12/3AmVL1OG211ln()ln(/)/ /YNAA1l/34.62/3(0.9)1OG211ln/ln(/)/ /YNAA1l/3
18、5.982/3(0.9) .1.4/() 6OGYYHVKaN()1.4Ya167-18 用填料塔解吸某含有二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，已知进、出解吸塔的液相组成分别为0.0085 和 0.0016（摩尔分数） 。解吸所用载气为含二氧化碳 0.0005（摩尔分数）的空气，解吸的操作条件为 35、101.3kPa，此时平衡关系为 Y = 106.03X。操作气液比为最小气液比的 1.45倍。若取 HOL=0.82m，求所需填料层的高度？解： ，10.85.06X20.16.0X2.Y由平衡关系 Y = 106.03X 可得：，*106.380.912*06.310.69Y25/.X最小气液比为：
19、 12*min.8.0.7095XVLY，/1.4507.V 4/.1/6.31LVAM* 4412OL 40.86lnln.5.510.68.05XNA G0.86.38mZH7-19 某合成氨厂在逆流填料塔中，用 NaOH 溶液吸收变换气中的 CO2。已知进塔混合气流量为113514kg/h，密度为 12.8kg/m3；进塔的液体流量为 1019850kg/h，密度为 1217kg/m3，粘度为0.52mPa.s。拟采用乱堆 50mm50mm0.9mm 的钢制鲍尔环。试估算填料塔的塔径。解：0.5 0.51985291347mLGaqXx在乱堆填料泛点线上读出相应的纵坐标值为 0.023，
20、即20.2fGLuYg对于 50mm50mm0.9mm 的钢制鲍尔环， ， ，代入上式得：610.827泛点气速： 0.2 0.2.3.39.86m/s25LfGgu17取空塔气速为： 0.5.0672.39m/sfu31348.1/h2.mGvq塔径：3.702.9143.469vDu取塔径为 3.0m。7-20 在某逆流操作的填料塔内，用清水回收混合气体中的可溶组分 A，混合气体中 A 的初始浓度为 0.02 （摩尔分数） 。为了节约成本，吸收剂为解吸之后的循环水，液气比为 1.5，在操作条件下，气液平衡关系为 Y* = 1.2X。当解吸塔操作正常时，解吸后水中 A 的浓度为 0.001（
21、摩尔分数） ，吸收塔气体残余 A 的浓度为 0.002（摩尔分数） ；若解吸操作不正常，解吸后水中 A 的浓度为 0.005（摩尔分数） ，其他操作条件不变，气体残余 A 的浓度为多少？ 解：（1）解吸塔操作正常时，吸收塔液体出口浓度为： 0.2.4Y2y0.1Xx由操作线方程可得： 120.4.20.1.315VYXL12m2. 0.21.0.214lnln 8M 1OG0.4.8.6791mYN（2）解吸塔操作不正常时， 不变，由于 变为 ，则 变为 ， 变为OGN2X2Y21X0.5Xx由吸收因子法得：12OG1ln/YMXVVNMLL1821.041.051.2ln 8.679.25Y 得： 20.6Y由操作线方程可得：1120.24.60.5.14215VXXLmOG.98679YN当吸收剂初始浓度升高时，塔内平均传质推动力减小，气体残余浓度升高。
