第五章 《吸收》.doc

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2.875×10－2kmol/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 稀溶液： 2．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℃下的相平衡关系为解：混合气中氨的分压为与混合气体中氨相平衡的液相浓度为3．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO220％（体积分数）空气-CO2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1.88×105kPaCO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 4．含CO230％（体积分数）空气－CO2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℃，CO2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E为1.66×105kPa解： （1）气相失去的CO2物质的量＝液相获得的CO2物质的量 （2）（1）与（2）解得：减压后： 稀溶液： 5．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试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力解： 塔顶： 塔底： 6．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））设压力增加到506.5kPa，CO2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E＝166MPa 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（2）压力增加到506.5kPa时， 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 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1.0×10－5m2/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MA＝154kg/kmol；气相主体中空气（惰性组分）的分压气液界面上的空气（惰性组分）的分压四氯化碳的气化速率为扩散速率为定态传质时，四氯化碳的气化速率等于其在空气中的扩散速率，即＝ 8．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，cA=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/(m3·kPa)，液相传质分系数为kL＝2×10－5m/s，气相传质分系数为kG＝1.55×10－5kmol/(m2·s ·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 总阻力 总传质速率 液相阻力的分配 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/(m3·kPa)，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 液相阻力的分配 由液相阻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，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） 实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h ＝856.8 kg/h（2） X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+11．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。

试求操作液气比是最小液气比的倍数？解： 12．用SO2含量为1.1×10-3(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，求气相总传质单元数解： 吸收剂流量 惰性气体流量13．用清水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X2=0， 最小液气比 操作液气比 吸收剂流量L＝＝1824×12.59＝22963kmol/h吸收液组成(2) 操作线方程 整理得 Y=1824X + 3.26×10-3(3) 脱吸因数 14．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/(m2·S)。

操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为 ，气相总传质系数为0.043kmol/(m3·S)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？解：（1）吸收率为95％时：V＝0.65／29＝0.0224 kmol/(m2·S)L＝0.0224×1.398＝0.0313 kmol/(m2·S)吸收率为99％时：L‘＝0.0224×1.457＝0.0326 kmol/(m2·S)(2) L＝0.0224×1.398＝0.0313 kmol/(m2·S)L‘＝0.0224×1.457＝0.0326 kmol/(m2·S)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β，溶质A的吸收率为η，气液相平衡常数m试推导出：（1）吸收操作液气比与η、β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η之间的关系?解：（1） （2） 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/(m2·s)，混合气中含丙酮0.02（摩尔分数），水的质量流速为0.065kmol/(m2·s)，在操作条件下，相平衡常数为1.77，气相总体积吸收系数为。

问丙酮的吸收率为98.8％时，该塔是否合用？解：已知 因为实际吸收塔， 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 新工况 因传质单元高度不变，即，又因 所以传质单元数不变，即解得 18．在一逆流操作的吸收塔中，如果脱吸因数为0.75，气液相平衡关系为，吸收剂进塔浓度为0.001（摩尔比，下同），入塔混合气体中溶质的浓度为0.05时，溶质的吸收率为90%试求入塔气体中溶质浓度为0.04时，其吸收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其它条件不变，则其吸收率又如何？此结果说明了什么？解： 时：原工况 新工况 解得时：原工况 新工况 解得 从计算结果看，塔高一定，当用纯溶剂吸收混合气体中的溶质时，入塔气体组成变化，其它条件不变，其吸收率不变。

19.在一逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气体中溶质组分，当液气比为1.5时，溶质的吸收率为90％，在操作条件下气液平衡关系为如果改换新的填料时，在相同的条件下，溶质的吸收率提高到98％，求新填料的气相总体积吸收系数为原填料的多少倍？解：原工况： 新工况： 20. 在一填料吸收塔内用洗油逆流吸收煤气中含苯蒸汽进塔煤气中苯的初始浓度为0.02（摩尔比，下同），操作条件下气液平衡关系为，操作液气比为0.18，进塔洗油中苯的浓度为0.003，出塔煤气中苯浓。