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1、0 第八章 气体吸收 1. 在温度为 40 、压力为 101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解 度为 76.6 g (NH 3 )/1 000 g(H 2 O)。试求在此温度和压力下的亨利系数 E、相平衡常数 m 及溶解度系数 H。 解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6 17 0.075 76.6 1000 17 18 x 由 * p Ex 亨利系数为 kPa * 15.0 kPa 200.0 0.075 p E x 相平衡常数为 t 200.0 1.974 101.3 E m p 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 时水的
2、密度为kg/m 3 992.2 溶解度系数为kPa) kmol/(m 276 . 0 kPa) kmol/(m 18 0 . 200 2 . 992 3 3 S EM H 2. 在温度为 25 及总压为 101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为 3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化 碳为 350 g/m 3 的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知 操作条件下，亨利系数 kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m 3 。 5 10 66 . 1 E 解：水溶液中 CO 2 的浓度为 3 3 350 /1000 kmol/m 0.008kmo
3、l/m 44 c 对于稀水溶液，总浓度为kmol/m 3 3 t 997.8 kmol/m 55.43 18 c 水溶液中 CO 2 的摩尔分数为 4 t 0.008 1.443 10 55.43 c x c 由 kPa 5 4 * 1.66 10 1.443 10 kPa 23.954 p Ex 气相中 CO 2 的分压为kPa t 101.3 0.03kPa 3.039 p p y * p 故 CO 2 必由液相传递到气相，进行解吸。以 CO 2 的分压表示的总传质推动力为kPa * (23.954 3.039)kPa 20.915 p p p 3. 在总压为 110.5 kPa 的条件下
4、，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上， 氨1 的气、液相组成分别为 、 。气膜吸收系数k G =5.210 -6kmol/(m 2 skPa)，液膜吸收系数 0.032 y 3 1.06koml/m c k L =1.5510 -4 m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数 H0.725 kmol/(m 3 kPa)。（1）试计算以 、 表示的总推动力和相应的总吸收系数；p c （2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为kPa t 1.06 * (110.5 0.032 )kPa 2.074 0.725 c p p p p
5、 y H 其对应的总吸收系数为2 4 6 G L G 1 1 1 1 1 ( )(m s kPa)/kmol 0.725 1.55 10 5.2 10 K Hk k 3 5 2 5 2 (8.899 10 1.923 10 )(m s Pa)/kmol 2.012 10 (m s Pa)/kmol kmol/(m 2 skPa) 6 G 10 97 . 4 K以液相组成差表示的总推动力为3 3 * (110.5 0.032 0.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c 其对应的总吸收系数为m/s 10 855 . 6 m/s 10 2 . 5 725 . 0
6、 10 55 . 1 1 1 1 1 6 6 4 G L L k H k K（2）吸收过程的控制因素 气膜阻力占总阻力的百分数为 % 58 . 95 % 100 10 2 . 5 10 97 . 4 / 1 / 1 6 6 G G G G k K K k 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。 4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为 105.0 kPa，操作温度为 25 。在操 作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为 2.126 kmol/(m 3 kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 7.5 kPa，液相组成为 2.85 kmol
7、/m 3 ，液膜吸收系数 k L =2.1210 -5 m/s，气相总吸收系数 K G 1.20610 -5 kmol/(m 2 skPa)。求该截面处（1）膜吸收系数 k G 、k x 及 k y ；（2）总吸收系数 K L 、K X 及 K Y ；（3）吸收速率。 解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 时水的密度为kg/m 3 0 . 997 溶液的总浓度为 kmol/m 3 3 t 997.0 kmol/m 55.39 18 c 5 2 3 2 x t L 55.39 2.12 10 kmol/(m s) 1.174 10 kmol/(m s) k c k 原 2 5 5
8、 G G L 1 1 1 1 1 ( )(m s kPa)/ kmol 1.206 10 2.126 2.12 10 k K Hk 4 2 6.073 10 (m s kPa)/ kmol 5 2 G 1.647 10 kmol (m s kPa) k 5 2 3 2 y t G 105.0 1.647 10 kmol/(m s) 1.729 10 kmol/(m s) k p k 2（2）由 m/s 6 5 G L 10 673 . 5 m/s 126 . 2 10 206 . 1 H K K248 . 0 18 0 . 105 126 . 2 0 . 997 S M Hp m 总 2 2
9、2 3 3 y y x 1 1 1 0.248 ( )(m s)/kmol 7.896 10 (m s)/kmol 1.729 10 1.174 10 m K k k 3 2 y 1.266 10 kmol (m s) K 3 2 4 2 x y 0.248 1.266 10 kmol/(m s) 3.140 10 kmol/(m s) K mK 因溶质组成很低，故有 6 2 4 2 X t L 55.39 5.673 10 kmol/(m s) 3.142 10 kmol/(m s) K c K 5 2 3 2 Y t G 105.0 1.206 10 kmol/(m s) 1.266 10
10、 kmol/(m s) K p K （3）吸收速率为 6 2 A L * 5.673 10 2.126 7.5 2.85 kmol/(m s) N K c c 5 2 1.310 10 kmol/(m s) 5. 在 101.3 kPa 及 25 的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已 知混合气进塔和出 塔的组成分别为 y 1 =0.04、y 2 =0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为 4.1310 3 kPa，吸收 剂用量为最小用量的 1.45倍。 （1） 试计算吸收液的组成；（2） 若操作压力提高到 1013 kPa 而其他条件不变，再求吸收液的组
11、成。解：（1） 1 1 1 0.04 0.0417 1 1 0.04 y Y y 2 2 2 0.002 0.002 1 1 0.002 y Y y 3 t 4.13 10 40.77 101.3 E m p 吸收剂为清水，所以 0 2 Xn,L 1 2 n,V 1 2 min 0.0417 0.002 38.81 / 0.0417 / 40.77 0 q Y Y q Y m X 所以操作时的液气比为n,L n,L n,V n,V min 1.45 1.45 38.81 56.27 q q q q 吸收液的组成为 n,V 4 1 1 2 2 n,L 1 0.0417 0.002 0 7.054
12、 10 56.27 q X Y Y X q （2） 3 t 4.13 10 4.077 1013 E m p n,L 1 2 n,V 1 2 min 0.0417 0.002 3.881 0.0417 / 0 4.077 q Y Y q Y m X 3n,L n,L n,V n,V min 1.45 1.45 3.881 5.627 q q q q n,V 3 1 1 2 2 n,L 1 0.0417 0.002 0 7.055 10 5.627 q X Y Y X q 6. 在一直径为 0.8 m 的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合 气的流量为45 kmol/h，
13、二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为 ，气相总体积吸收系数为 0.056 2 34.5 Y X kmol/(m 3 s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的 76%，要求回收率为 98%。求水的用量（kg/h） 及所需的填料层高度。 解： 1 1 1 0.032 0.0331 1 1 0.032 y Y y 2 1 A 1 0.0331 1 0.98 0.000662 Y Y 4 1 1 0.0331 * 9.594 10 34.5 Y X m 4 4 1 1 0.76 * 0.76 9.594 10 7.291 10 X X 惰性气体的流量为 n,V 45 (1 0.032)kmol/h 43.56kmol/h q 水的用量为 n,V 1 2 3 n,L 4 1 2 ( ) 43.56 0.0331 0.000662 kmol/h 1.938 10 kmol/h 7.291 10 0 q Y Y q X X 3 4 m,L 1.938 10 18kg/h 3.488 10 kg/h q 求填料层高度m 429 . 0 m 8 . 0 785 . 0 0562 . 0 3600 / 56 . 43 2 Y V n, OG a
