1、第五章 吸收气液平衡1向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的 CO2 气体，经充分接触后，测得水中的 CO2平衡浓度为 2.875102 kmol/m3，鼓泡器内总压为 101.3kPa，水温 30，溶液密度为 1000 kg/m3。试求亨利系数 E、溶解度系数 H 及相平衡常数 m。解：查得 30，水的 kPa2.4spkPa1.972.4310* sA稀溶液：mol/56.8SMc42107.107xAkPa86.5954*pE)mol/(10.21.708234* AcH53.6pm2在压力为 101.3kPa 的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数） ，试
2、求所得氨水的最大物质的量浓度。已知操作温度 20下的相平衡关系为 xp0*A。解：混合气中氨的分压为 kPa03.2.10.Ayp与混合气体中氨相平衡的液相浓度为 3*.203.x 3Akmol/0564.18.c3在压力为 101.3kPa，温度 30下，含 CO220（体积分数）空气-CO 2 混合气与水充分接触，试求液相中 CO2 的物质的量浓度。解：查得 30下 CO2 在水中的亨利系数 E 为 1.88105kPaCO2 为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液kPa)mol/(1096.2810. 345 SEMHkPa3.2*Ayp334 l/96. c4含 CO230（体积分数）空气C
3、O 2 混合气，在压力为 505kPa，温度 25下，通入盛有 1m3 水的 2 m3 密闭贮槽，当混合气通入量为 1 m3 时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至 20kPa，设 CO2 大部分放出，求能最多获得 CO2 多少kg？。设操作温度为 25，CO 2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数 E 为 1.66105kPa。解： Exp*A（1）5106.气相失去的 CO2 物质的量液相获得的 CO2 物质的量xcVRTpLG)(*Ax18029314.850*p56.6*A4（2）（1）与（2）解得： x减压后： 83021.5pEm41.yx稀溶液： 8/04
4、WXx2kg2.15490.125用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨 6（体积） ，吸收后气体出口中含氨 0.4（体积） ，溶液出口浓度为 0.012（摩尔比） ，操作条件下相平衡关系为XY.2*。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。解：064.11 yY0324.1.52.1*1 XY2.22.2*塔顶： 04.*Y塔底： 36.0116在操作条件 25、101.3kPa 下，用 CO2 含量为 0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO210（体积分数）的 CO2空气混合气在一容器充分接触，试:（1）判断 CO2 的传质方向, 且用气相摩尔分数表示过程的推动力；（2
5、） ）设压力增加到 506.5kPa，CO 2 的传质方向如何，并用液相分数表示过程的推动力。解：（1）查得 25、101.3kPa 下 CO2水系统的 E166MPa16390.pm4.*xy*.所以 CO2 的传质方向由液相向气相传递，解吸过程。解吸过程的推动力为 064.1.64.0*y（2）压力增加到 506.5kPa 时，7.325.pEm4* 107.320yx41*所以 CO2 的传质方向由气相向液相传递，吸收过程。吸收过程的推动力为 444* 105.2105.3x由上述计算结果可以看出：当压力不太高时，提高操作压力，由于相平衡常数显著地提高，导致溶质在液相中的溶解度增加，故有
6、利于吸收。扩散与单相传质7某容器内装有 2mm 四氯化碳，在 20的恒定温度下逐渐蒸发，通过近似不变的 2mm静止空气层扩散到大气中，设静止的空气层以外的四氯化碳蒸气压为零，已知 20、大气压为 101.3kPa 下，四氯化碳通过空气层的扩散系数为 1.0105 m2/s。求容器内四氯化碳蒸干所需时间为多少小时？解：查得 20下四氯化碳饱和蒸气压为 32.1kPa；密度为 1540 kg/m3；四氯化碳分子量 MA154kg/kmol；气相主体中空气（惰性组分）的分压 kPa2.691.301B1 p气液界面上的空气（惰性组分）的分压 a.A2B2四氯化碳的气化速率为 hMA扩散速率为 B12
7、lnpRTzDN定态传质时，四氯化碳的气化速率等于其在空气中的扩散速率，即 B12Alz hMAh07.4.25.69310ln.1054293.8ln512 spDRTBA8在填料吸收塔内用水吸收混合于空气中的甲醇，已知某截面上的气、液两相组成为pA=5kPa，c A=2kmol/m3，设在一定的操作温度、压力下，甲醇在水中的溶解度系数 H 为0.5 kmol/(m3kPa)，液相传质分系数为 kL210 5 m/s，气相传质分系数为kG1.5510 5 kmol/(m2s kPa)。试求以分压表示吸收总推动力、总阻力、总传质速率、及液相阻力的分配。解：以分压表示吸收总推动力kPa45.02
8、A*Hcp1*总阻力kPa)/mols(1065.4.105.2.12545GLGkHK总传质速率s)kol/(m108.6105./)( 2* AGApKN液相阻力的分配 %6.0.1065.GLKHk由计算结果可以看出此吸收过程为液相传质阻力控制过程。9对习题 8 的过程，若吸收温度降低，甲醇在水中的溶解度系数 H 变为 5.8 kmol/(m3kPa)，设气、液相传质分系数与两相浓度近似不变，试求液相阻力分配为多少？并分析其结果。吸收温度降低时总传质阻力kPa)/mols(103.71045.682.511243 5GLGkHK液相阻力的分配%76.1.013.7684GLKHk由液相阻
9、力占吸收过程总阻力的 11.76%，可知此吸收过程为气相传质阻力控制过程。吸收过程设计型计算10 用 20的清水逆流吸收氨空气混合气中的氨，已知混合气体温度为 20，总压为101.3 kPa，其中氨的分压为 1.0133 kPa，要求混合气体处理量为 773m3/h，水吸收混合气中氨的吸收率为 99。在操作条件下物系的平衡关系为 XY75.0*，若吸收剂用量为最小用的 2 倍，试求（1）塔内每小时所需清水的量为多少 kg？（2）塔底液相浓度（用摩尔分数表示） 。解：（1） 01.3.101 BApY42 )9()( kmol/h8.1.4.937Vkol/h8.23075.)(2*1min X
10、YL实际吸收剂用量 L=2Lmin=223.8=47.6kmol/h856.8 kg/h（2） X1 = X2+V（Y 1-Y2）/ L=0+06.6.47)10(8.311在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收混合气体中的有害组分 A，已知进塔混合气体中组分 A 的浓度为 0.04（摩尔分数，下同） ，出塔尾气中 A 的浓度为 0.005，出塔水溶液中组分 A 的浓度为 0.012，操作条件下气液平衡关系为 XY5.2*。试求操作液气比是最小液气比的倍数？解：0417.11 yY5.22012.11 xX2. )0417.5(.2)(1122*1min YmYXYVL03.01.5.4721 YL
11、8.12./minV12用 SO2 含量为 1.110-3(摩尔分数)的水溶液吸收含 SO2 为 0.09（摩尔分数）的混合气中的 SO2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h，混合气流量为 100kmol/h，要求 SO2 的吸收率为 80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为 XY8.17*，求气相总传质单元数。解： 吸收剂流量kmol/h210837L9.1yY018.)(0)(2 惰性气体流量 kol/h9)(1yV 332121 105.4)018.210.)( YLX548709. 3* Y 422 .34421 10102.ln.lnYm .9.480931mOGN13用清水
12、逆流吸收混合气体中的 CO2，已知混合气体的流量为 300 标准 m3/h，进塔气体中 CO2 含量为 0.06（摩尔分数），操作液气比为最小液气比的 1.6 倍，传质单元高度为0.8m。操作条件下物系的平衡关系为 Y 1200X。要求 CO2 吸收率为 95，试求：（1）吸收液组成及吸收剂流量；（2）写出操作线方程；（3）填料层高度。解：（1）由已知可知惰性气体流量h12.59kmol/0.6)4.23（VX2=0， 1Y-最小液气比 mXVL/21*1min操作液气比 1824095.6.6.in 吸收剂流量 L182412.5922963kmol/h064.11yY吸收液组成512121
13、 103.1824/95.06.)( YLVXYLVX(2) 操作线方程 )3.8240.(84)(整理得 Y=1824X + 3.2610-3(3) 脱吸因数 65.01824LmVSSXYNOG22)(ln89.56.09.1658.0l.1 m74.9OGHZ14在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空气氨混合气中的氨，气相流率为 0.65kg/(m2S)。操作液气比为最小液气比的 1.6 倍，平衡关系为 XY92.0*，气相总传质系数 aKY为 0.043kmol/(m3S)。试求：(1)吸收率由 95提高到 99，填料层高度的变化。（2）吸收率由 95提高到 99，吸收剂用量之比为多少
14、？解：（1）吸收率为 95时：V0.65290.0224 kmol/(m 2S)m51.043.OGaKHy 874.095.2/21*12min YXVL38.74.06.inL0.02241.3980.0313 kmol/(m 2S)5.398.12VSSmXYSNOG221)(ln89.56.09.658.0l.1 139OGHZ吸收率为 99时：m521.043.OG aKVHY 91.0.9/21*12min XL457.06.)(in VL0.02241.4570.0326 kmol/(m 2S)31.457.92mS221 )(ln1SmXYSNOG 82.9631.09.63.
15、0l. 58.9OG HZ65.13.(2) L0.02241.398 0.0313 kmol/(m2S)L0.02241.4570.0326 kmol/(m 2S)04.13.26 15. 用纯溶剂在填料塔内逆流吸收混合气体中的某溶质组分，已知吸收操作液气比为最小液气比的倍数为 ，溶质 A 的吸收率为 ，气液相平衡常数 m。试推导出：（1）吸收操作液气比 VL与 、 及 m 之间的关系；（2）当传质单元高度 HOG 及吸收因数 A 一定时，填料层高度 Z 与吸收率 之间的关系?解：（1） 12YmVLin（2） OGHNZ2211221l)()(XYYXVL/21*12minAmYLVYX1
16、12121)(2112OGlnYmHZ 211lnYXLHOG1ln)1(l1AVALVOGOG吸收过程的操作型计算16用清水在一塔高为 13m 的填料塔内吸收空气中的丙酮蒸气，已知混合气体质量流速为0.668kg/(m2s)，混合气中含丙酮 0.02（摩尔分数），水的质量流速为 0.065kmol/(m2s)，在操作条件下，相平衡常数为 1.77，气相总体积吸收系数为 s)kmol/(031.3aKY 。问丙酮的吸收率为 98.8时，该塔是否合用？解：已知 02.11 yY4.)98.()(12kg/mol58.29)01(5021 BAMyyM6.6./7.LmVSSNOG1)(ln106.915.98.0)65.(l65.0maKVHY7.231./8OG85.960NZ因为实际吸收塔 Z， 所以该吸收塔合用，能够完成分离任务。17某逆流吸收塔，入塔混合气体中含溶质浓度为 0.05（摩尔比，下同），吸收剂进口浓度为 0.001，实际液气比为 4，此时出口气体中溶质为 0.005，操作条件下气液相平衡关系为 XY0.2*。若实际液气比下降为 2.5，其它条件不变，计算时忽略传质单元高度的变化，试求此时出塔气体溶质的浓度及出塔液体溶质的浓度各为多少？解：原工况 5.042LmVS
