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1、第九章气体吸收一、本章学习的目的、应掌握的内容和学习注意事项1. 本章学习的目的通过本章的学习，掌握气体吸收与解吸的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。2. 本章重点掌握的内容（1）气体吸收过程的平衡关系（2）气体吸收过程的速率关系（3）低浓度气体吸收过程的计算本章应掌握的内容（1）费克定律和分子传质问题的求解方法（2）双膜模型本章一般了解的内容（1）溶质渗透模型和表面更新模型（2）吸收系数3. 本章学习应注意的问题（1）表示吸收过程的平衡关系为亨利定律，亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之 间的联系。（2）表示吸收过程的速率关系为吸收速率方程，吸收速率方程有不同的表达形式，学习
2、中应注意把 握它们之间的联系。（3）学习分子传质，不要机械地记忆各过程的求解结果，应注意把握求解的思路和应用背景。（4）学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系，注意体会讲述传质机理和吸收过程机 理的目的和意义。二、例题解析9-1惰性气与CO2的混合气中CO2体积分数为30%，在表压1MPa下用水吸收。设吸收塔底水中溶 解的CO2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至表压20kPa，放出大部分CO2,然后再在解吸塔中吹气 解吸。设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25C。求1kg水在膨胀槽中最多 能放出多少千克CO2气体。解：依题意，在全部操作范围内水与CO2的平衡
3、关系服从亨利定律，查附录二得25C下CO2溶于水 时的亨力系数为E = 1.66 x 102MPa方法一：对膨胀槽作co2物料平衡（以1kg水为衡算基准）nl*入膨胀槽吸收液中co2的组成i气=pj E = 1.1013 x 0.3/1.66 x 102 = 1.990 x 10-3吸解设此液1kg水中溶解CO2的kg数为W，则有：| I IX |x =一也44一 = 1.990x 10-3 n W = 4.875x 10-3kg1 WJ44 +1/181混护1JBS9-1 附图出膨胀槽吸收液中CO2的组成七=p2 /E = （0.1013 + 0.020）/1.66 x 102 = 7.30
4、7 x 10-4设此液1kg水中溶解CO2的kg数为W2，则有：x =一性44 = 7.307 x 10-4 n W = 1.788 x 10-3kg2 W2/44 +1/182&故1kg水在膨胀槽中最多能释放出CO2的kg数为w = W W = (4.875-1.788) x 10-3 = 3.09 x 10-3kgCO /kgH O方法二：不考虑气流夹带走的水量，则膨胀槽内水的量恒定不变，于是1kg水在膨胀槽中最多能放出CO2气体的的千克数为m = L (X - X ) Mr L 3 - x ) M= L (p - p ) M / Es 12CO2s 12CO2s，&2CO218 x 16
5、6 x 1031X (1101.3 x 0.3 -121.3) x 44 = 0.00308kgCO2/kgH2O92某水杯中初始水面离杯上缘1cm，水温30，水汽扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压 可设为零，总压101.3kPa。求水面下降4cm需要多少天？解：本题因水温、大气温度和大气压力恒定，故分子扩散的推动力(PA1 - PA2)恒定，但因停滞空气层厚度随杯中水面的下降而增厚，分子扩散阻力逐渐土&，传质速 率逐渐下降，故此题为一维拟定态单向分子扩散问题，其传质速率仍可表示为N =D二(p - p )习题小2附图a RTz p A1 A2Bm式中：D为水气在空气中的扩散系数，查教材P
6、11中表8-1得D = 0.260cm2/s (25C)，需将其换算至30C 下的值为=0.260 x 10-4 x2.68 x 10 -5m2/s1.81D = D I 01 k 0又查附录二、3.得30C时水的饱和蒸汽压为4242Pa=4.242kPa。于是4.242 0(p p ) (p p ).Jn= Jt*A2 -t*A1 99 164kPap. aBm in( p p )/(p p ) ln(101.3 0)/(101.3 4.242) t A2 t A1N - J(p - p )A RTz p A1 A2 Bm2.68 x 10-5 101.34.61 x 10-81 i/z 、
7、=(4.242 - 0) kmol/(m2 - s)8.314 x 303z 99.164z设水杯的截面积为A，在任意时刻0时，杯中水面距杯口的高度为z，经过时段曲后水面高度下降 了 dz，作时段d0内的微分物料衡算有：N Ad9 p Adz/M aA4.61x10-8 d9 995.7dz/18积分得:zd9 1.20 x 109 zdz9 = 1.20 x 109 j 0.05 zdz0.01=1.20 x 109 x 0.5 x (0.052 - 0.012)=1.44x 106s = 1 6. 7 d93采用图9-3所示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO2,气体经两塔后SO2总的回收率
8、为0.91， 两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度Hog均为1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。试求两塔的塔高。解：因是低浓度气体吸收，故两塔气相摩尔流率相可视为近似相等，又二塔液相摩尔流率也相等， 故两塔操作的液气比相等，于是有P (y y ) P (y y ) y y=1 = 1 = p m 2-x * x 2yj m 0y1=P (，2一，3)= P (，2 一 即=P my 2 y 3/ m 0y2IL 1们A1L 1B=Pl G lG 7A,min=Pl G lGB ,mlnx *B n 44y1x B2y2y2 y323n*y3 =(1一
9、门)y1 =。.。9 y1 y2 = 2* y3 = 0.3 y1因门=(y 一 y )/y = 0.7,门=(y y )/y = 0.7，即 A 121B 232门a =B =门，又 PA = PB =143。于是SA = SB = p7= 1.43 x 0.7 =1,0即A、B二塔的操作线与平衡线平行，于是有(Ay ), = y(N ) = y1y 2 = y1 3 y1 = 7og A(Ay )0.3y3(n ) =y2y3 = 03y0.09y=7OG B(Ay )B0.09y137 (N OG) A = ( N OG) B = 3(可参考图示)，故有,(心)=JHa = Hb = H
10、og - Nog = 1.2 x7/3 = 2.8m说明：关于操作线与平衡线平行的问题对吸收而言，当S = 1时，无论采用何种方法计算Nog，都会出现一个0/0型的不定式，此时应牢记Ay =Ay =Ay = Ay，因为此时在塔的任何截面上，传质的对数平均推动力都相等，现证明如下： m i 12不妨设 Ay1 = a + x, Ay2 = a x，当 x T 0 时，则有 Ay1 = Ay2 = a。而Ay = Ay1 Ay2 = (a + x) - (a - x)mln(Ay Ay2) ln(a + x)/(a 一 x)ln(a + x)/(a 一 x)(2x)2(a + x)(a x) _当
11、 m弋 a - x (a + x)(a x) (a + x)(a x)牛(a x) + (a + x) xT0xT0xT0a+xAy = Ay = Ay(x T 0)m12(a 一 x)2此结论不仅适用于传质，同样也适用于传热的计算。9-4 一逆流操作吸收塔如图所示.混合气体由塔底引入，其中可溶组分的浓度y1 = 0.05 (摩尔分率， 下同)，单位塔截面上的气相流率G = 0.014km)l/(m 2 s)，吸收剂分两处加入。由塔顶加入的为纯溶剂， 单位塔截面上的流率 匕=0.0112km)l/(m2 s)。从塔顶往下，经2米填料层高度后，又加入一股 x2 = 0.01的吸收剂，单位塔截面上
12、的流率L2 = 00112km)l/(m2 s)，再经6m填料层高度后，液体由 塔底引出。全塔各处的K a均为0.028kmol/(m2 s)，物系平衡关系为y = 0.8x，试求：(1)第二股吸收剂L2加入后，塔内该截面上的液相浓度x:22塔底排出的液相浓度气（3）为使出塔气相浓度y2降低，第二股吸收剂的加入口是向上移还是向下移？为什么？解：依题意，塔上下两段的传质单元高度相同，且有:H =G =也=0.5mOG K a 0.028全塔物料衡算:G (y - y ) = (L + L ) x - L x - L x121211 22 2n 0.05 - y2 = 1.6气-0.008（1）设
13、第二股吸收液与上塔段流下来的液相流混合后的浓度为x的气相组成为y3，对上下两塔段作物料衡算有：上塔:G(y - y ) = (L + L )(x - x ) - L x3212八 322 2ny3 - y2 = 1.6x3 - 0.0083，与之对应下塔:G(y - y ) = (L + L )(x - x )1 r 12八 13n y3 = 0.05-1.6(x -x3)两塔段的传质单元数因上塔段的操作线与平衡线平行（L/G = m = 0.8），塔上段:n= yA=y =4OG1A y 1y 2H OG0.5塔下段:Nog 2 = m21 了 - mih21 - S y 3 - mx3 H og（2）（3）A y 1 = A y 2 = y 2 - mx 2 = y 2，故有* =12（4）Inmx = 6 n y -mx = 403.43（y -mx ）（5）y 3 - mx 31133式中 S = mG /（L1 + L2） = 0.5（1）联立求解方程组，将式（4）代入式（2）可得：x3 = 2.5y2 + 0.005，由式（1）得气=0.05- 06 y2，再利用式（5），将x ,x , y均表示成y的等式，即可求解出y，所得结果如下：13322y2 = 0.001351，x3 = 0.008378，气=0.035405，y
