化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析

6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。

试求：
(1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ；
(4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。

（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000
3/m kg ）
解：（1）根据已知条件
Pa p NH 987*3=
3/5824.01000
/10117
/13m kmol c NH ==
定义
333*NH NH NH H c p =
()Pa m kmol p c H NH NH NH ∙⨯==-34/109.5333
（2）根据已知条件可知
0105.018
/10017/117
/13=+=
NH x
根据定义式
333*NH NH NH x E p =
可得
Pa E NH 41042.93⨯=
（3）根据已知条件可知
00974.0101325/987/*
*33===p p y NH NH
于是得到
928.0333*==NH NH NH x y m
（4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而
p E px Ex px p x y m ====**
，与T 和p 相关，故309.0928.03
1'
3
=⨯=NH m 。

分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。

（2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。

6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：
(1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。

试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。

解： 由亨利定律得到
*
2
250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出
()kPa E CO 51066.1252⨯=℃ 所以可以得到
4
*1001.32
-⨯=CO x 又因为
()()3
45
25/10347.318
1066.1100022
2m kPa kmol EM H O
H O
H CO ∙⨯=⨯⨯=
≈
-ρ℃ 所以得
3
4*/0167.05010347.32
22m kmol p H c CO CO CO =⨯⨯==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =∆。

（2）为解吸过程，3/0333.0m kmol c =∆。

分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时： ① kPa H c p
CO CO CO 9.2910347.301
.04
*
2
22
=⨯=
=
-
推动力 kPa p 1.20=∆（吸收）
② kPa H c p CO CO CO 4.14910
347.305
.04
*
2
22
=⨯=
=- 推动力 kPa p 4.99=∆（解吸） 或者 , 用摩尔分数差表示时 ① 由4108.118
100001
.02-⨯==
CO x ，判断出将发生吸收过程，推动力410201.1-⨯=∆x ；
②由 41092-⨯=CO x ，判断出将发生解吸过程，推动力41099.5-⨯=∆x （2）推动力均用正值表示。

6-3 指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y 图上表示。

(1) 含SO 2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO 2为0.03(摩尔分数)的混合气接触，总压为101.3 kPa ，t=35℃； (2) 气液组成及总压同(1) ，t=15℃；
(3) 气液组成及温度同(1) ，总压为300 kPa(绝对压力)。

解 (1) 根据《化工原理》教材中表 8-1 知T = 35℃时，SO 2 的
kPa E 410567.0⨯=, 故
563
.10110567.04
=⨯==P E m
根据相平衡关系 , 得
056.0001.056*=⨯==A A mx y
由于A A y y >*，所以将发生解吸过程。

传质推动力为
026.003.0056.0=-=∆y
(2 ) T = 15℃时 , SO 2的 kPa E 410294.0⨯=，故
293
.10110294.04
=⨯==P E m
根据相平衡关系 , 得
029.0001.029*=⨯==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。

传质推动力为
001.0029.003.0=-=∆y
(3)同理可知 , 当 T = 35℃，p = 300 kPa 时 ,kPa E 410567.0⨯=，故9.18==
P
E
m 0189.0001.09.18*=⨯==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。

推动力为
0111.00189.003.0=-=∆y
示意图见题6-3 图。

题6-3 图
分析 体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变 ,即吸收和解吸。

6-4 氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25℃下用水吸收，过程中
不断移走热量以使吸收在等温下进行。

进气量为1000 m 3 ，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。

试求被吸收的氨量(kg )和出口气体的体积(m 3) 。

解 惰性气体量 388088.01000m V =⨯=，进口中 NH 3 之量为3120m ,出口中NH 3 之量为3988
.12.099
.001.0120m =⨯
,于是总出气量= 880 + 9 =3889m ,被吸收的NH 3量为
mol 4544298
8.314101325
8890.01-298314.8101325100012.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯
,为 77.3kg 。

分析 (1) 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。

此
处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。

(2) 本题是并流还是逆流? 有区别吗 ?
(3) 如何才能不断移走热量? 该用填料塔还是板式塔 ? (4) 不移走热量对吸收有什么影响 ?
6-5 一浅盘内存有2mm 厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。

假定扩散始终是通过一层厚度为5mm 的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。

扩散系数为2.6×10-5m 2/s ，大气压强为1.013×105Pa 。

求蒸干水层所需时间。

解：本题中水层Z 的变化是时间θ的函数，且与扩散速率有关。

1
2
2121ln B B B B A A A p p p p p p RTZ DP N --=
查教材附录水的物理性质得，20℃时水的蒸汽压为2.3346kPa 。

已知条件为：
,3.101,97.983346.23.101,3.101,0,3.101221221kPa p p P kPa p kPa p kPa p kPa p B A B B A A =+==-====
代入上式得：
()
s
m kmol p p p p p p RTZ DP N B B B B A A A ∙⨯=--⨯⨯⨯⨯⨯=--=26-5-122121/1003.597.983
.101ln
97.983.10103.101005.0293314.83.1011060.2ln 水的摩尔质量kmol kg M /18=，设垂直管截面积为A ，在θd 时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即
AdZ M
Ad N A ρ
θ= 则s m M N d dZ A /10054.91000181003.586--⨯=⨯⨯==ρθ
在0=θ，0=Z 到0=θ，m Z 3102-⨯=之间积分，得
s 48
-3
-1021.210
054.9102⨯=⨯⨯=θ 6-6 含组分A 为0.1的混合气，用含A 为0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的A 。

已知A 在气、液两相中的平衡关系为y x =，液气比为0.8，求： (1)
逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若5
.1=G L
，
各量又是多少？分别在y-x 图上表示；
(2) 若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？ 解 (1) 逆流操作(题6-6 图(a))时，已知
题6-6 图
01.001.0101.02≈-=
X ，11.01
.011
.01=-=Y
① 当18.0=<=m V L ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),
11.01*1max 1===m Y X X 。

根据物料衡算可知
()
()03.001.011.08.011.02*
112=-⨯-=--
=X X V
L Y Y 此时 , 吸收率为
%7.7211
.003
.011.0=-=
E
② 当15.1=>=m V L ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9图(b))，
01.02*2min 2===mX Y Y 。

仍可以根据物料衡算 ()()min 2121Y Y V X X L -=-，求出
077.01=X
%9.9011
.001
.011.0=-=
E
(2) 并流操作且8.0=V L 时(题8-9 图(c))，因为∞=H ，所以有
11mX Y =
根据操作线关系,有
V
L
X X Y Y -=--1212
式①，②联立，求得:
0655.011==Y X
于是
%5.4011
.00655
.011.0=-=
E
分析 逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。

操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。

6-7 用水吸收气体中的SO 2 ，气体中SO 2 的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO 2 的平均浓度为1g/1000g 。

塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数G k =0.3×10-2kmol/（m 2·h·kPa ），液相传质分系数L k = 0.4 m/h 。

操作条件下平衡关系50y x =。

求总传质系数K Y （kmol/（m 2·h ））。

解 根据
()()()()()()()()*********
11111111y y p p p K y y y y p p K y y y y K y y y y K Y Y K N A A Y Y Y Y Y A ---=---=---=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛---=-=
和
()
*A A G A p p K N -=
得
()()
*11y y pK K G Y --=
现已知kPa p 4.111=，02.0=y ，4*1081.218
100064164
150-⨯=+⨯==A mx y ，因此
要先根据下式求出G K 才能求出Y K :
L
G G Hk k K 111+= 因此还要求出 H ：
()
kPa m kmol pmx c x p c H A A A A ∙=⨯≈==
3*
/01.050
4.111181000 于是便可求出
()
kPa h m kmol K G ∙∙=2/0017.0
和
()
h m kmol K Y ∙=2/187.0
分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。

6-8 在1.013×105Pa 、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。

甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。

已知H=0.511 kPa ·m 3/kmol ，气膜吸收分系数k G =1.55×105kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收分系数k L =2.08×105 (m/s)。

试求
吸收总系数K G 并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。

解 根据定义式()()A A
L A
A G A c c K p p K N -=-=**和H
c p A A
*
*=，可知
G L K H
K 1
=
所以只要求出G K 即可。

又
24371673417637075
.01098.111067.511113-5-=+=⨯⨯+⨯=+=L G G Hk k K 所以
()
Pa h m kmol K G ∙∙⨯=25-/101.4
h m K L /02.0=
因为
G k 1为气相阻力，G
K 1为总阻力，故 %4.722437117637==总阻力气相阻力
分析 此题应和题6-9一起综合考虑。

6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压强为1.013×105Pa 。

稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg ，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m 3。

试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。

解 吸收速率可以用公式 ()*p p K N G A -=求出。

其中
kPa p 07.5=
kPa H c p 33
*
10023.1955
.1102--⨯=⨯==
()
kPa s m kmol Hk k K L
G G ∙∙⨯=⨯⨯+
⨯=
+=
---255
5/1012.11008.2955.11
1055.111
111
于是可得
()()
s m kmol N A ∙⨯=⨯-⨯⨯=---2535/1068.510023.107.51012.1
分析 (1) 此时，根据()()55-1068.5-07.51055.1-⨯=⨯=-=i i G A p p p K N , 还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（kPa p i 405.1=）以及液相侧中的甲醇浓度 （3/748.2m kmol Hp c i i ==），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。

(2) 是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此3/2m mol 应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了 (质量分数仅为0.0064%)，这些水又有何用呢？
(3) 若将题目中 甲醇浓度改为3/2m kmol ，则质量分数为6.4 %，便可以用精馏法回收其中的甲醇。

6-10 附图为几种双塔吸收流程，试在y-x 图上定性画出每种吸收流程中A 、B 两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。

题6-10附图
(c)
（d ）
6-11 在某逆流吸收塔内，于101.3kPa 、24℃下用清水吸收混合气体中的H 2S ，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。

系统符合亨利定律，E =545×101.3kPa 。

11
(a)
(b)
(c)
(d)
1
1
1
1
a
3
x
y 3
y
1
231
y 2x
y 2
y 3
2
13
y 1
若吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。

解：已知 y 1=0.02 y 2=0.001 KPa 1052.5E 4⨯= P =101.33KPa 则 0204.002.0-102.01Y ==
001.0001
.0-1001
.0Y2==
75.54433
.1011025.5P E m 4=⨯==
5.51775
.5440204.0001.00204.0m Y1Y2-Y1V L min
=-==
⎪⎭⎫
⎝⎛ 25.7665.1755.1V L 5.1V L min
=⨯=⎪⎭⎫
⎝⎛= 又据全塔物料衡算()()2121Y -Y V X -X L =
=1X ()()5
-105.2001.00204.025.77612X Y 2-Y 1L V 1X ⨯=-⎪⎭
⎫ ⎝⎛=+⎪⎭⎫ ⎝⎛=
即操作液气比
V
L
为776.25 出口液相组成X 1为5105.2-⨯ 6-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO 2，SO 2的初始浓度为5％（体积分数），操作条件下的相平衡关系为y ＝5.0x ，分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。

解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。

对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m 的相对大小。

当4=L ，0.5=<m G L 时，操作线与与平衡线交于塔底，由相平衡关系可以计算液体出口的最大浓度为
01.05
05.01max ,1===
m y x 由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为：
()()01.0001.0405.0211min ,2=-⨯-=--
=x x G
L
y y 当6=L ，0.5=>m G L ，操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为：
02min ,2==mx y
由物料衡算关系可求得液体出口浓度为：
()00833.06
05.0min ,2121==-+
=y y L G
x x 从以上计算结果可知，当m L <时，气体的极限残余浓度随G L 增大而减小；当m G L >时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。

6-13 在某填料吸收塔中，用清水处理含SO 2的混合气体。

逆流操作，进塔气体中含SO 2为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。

混合气的平均相对分子质量取28。

水的用量比最小用量大65%，要求每小时从混合气中吸收2000kg 的SO 2。

已知操作条件下气、液平衡关系为x y 7.26=。

计算每小时用水量为多少立方米。

解：根据题意得
087.008
.0108
.01111=-=-=
y y Y 根据吸收的SO 2质量求得混合气中惰性气体的流量
h kmol V /375.35992.008
.0642000
=⨯⨯=
根据物料衡算
()()221087.0375.35964
2000
Y Y Y V -⨯==
- 解得521035.4-⨯=Y
又 67.267.26/087.01035.4087.052
121min =⨯-=--=⎪⎭⎫
⎝⎛-X X Y Y V L e
则 h k m o l L L /1058.1375.3597.2665.165.14min ⨯=⨯⨯== 则每小时的用水量为
h m LM V /1085.21000181058.1354⨯=⨯⨯⨯==ρ水
6-14 用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，采用的液气比是最小液气比的β倍。

物系平衡关系服从亨利定律。

试以η、β两个参数列出计算N OG 的表达式。

解：令进塔气体浓度为y1，则出塔气体浓度为()η-=1y y 12 x 2=0
m 1x 2y -1y G L G L min
βηββ==⎪⎭⎫
⎝⎛=）（ ()()
2121G L x x y y --=
()[]β
ηβηm y x x y y 111m 1
11=
⇒--=
∴ 由上题证明的结果： L G m
-1y y ln
N 2
1OG
∆∆=
又
β
1
1111y y y mx y -
=-=∆
()
η-=-=∆10122y y y
()()[]
ηββ--=
∆∆∴1121
y y
()()()
111ln NOG -⎥⎦⎤⎢
⎣⎡--=βηηβββη
6-15 在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091，操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为x y 86.0=，假设总体积传质系数与流动方式无关。

试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力之比。

解：逆流吸收时，已知y 1=0.091，x 2=0.0099
所以 ()()01365.085.01091.0-11y 2y =-==η
()()09584
.09
.001365.0091.00099.0L
212x 1x =-+=-+=y y V
0824.009584.086.0X 86.0Y 1*
1=⨯=⨯= 008514.00099.086.02X 86.0Y *
2=⨯=⨯= 0086.00824.0091.0Y Y Y *
111=-=-=∆ 005136.0008514.001365.0Y -Y Y *
222=-==∆
()()⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆-∆=
∆005136.00086.0ln 005136.00086.0Y Y ln Y Y Ym 2121
()()51
.1100672
.001365.0091.0Y Y2Y1N OG =-=∆-=
m
改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为’
1Y 、’
1X ，进塔气。

物料衡算：
()(
)
’
’
121
Y -Y V L X -X
2=
将物料衡算式代入N OG 中整理得：
()()()
'1'122ln /)//(1/1mX Y mX Y V L m N OG --+=
逆流改为并流后，因K Ya 不变，即传质单元高度H OG 不变，故N OG 不变 所以
(
)
()’
’1
186.00099.086.091.0ln 9.086
.01151.11x y -⨯-+=
由物料衡算式得：
0999.0X 9.0Y 11=+’
’
将此两式联立得：
0568.0X 1=’
0488.0Y 1=’
()84.100366
.000672.0N Y -Y Y OG
1
2
m
===
∆’
84.100366.000672
.0Y Y m
m ==∆∆’
由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同
的
情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。

6-16 今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。

已知处理气量为1000m 3/h （标准状况），原料气中含甲醇100g/m 3，吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时组成的67%。

设在标准状况下操作，吸收平衡关系为x y 15.1=，甲醇的回收率为98%，K y = 0.5 kmol/（m 2·h ），塔内填料的有效比表面积为190 m 2/m 3，塔内气体的空塔流速为0.5 m/s 。

试求： (1) 水的用量；
(2) 塔径； (3) 填料层高度。

解 下面计算中下标1表示塔底，2表示塔顶。

根据已知操作条件，有
h kmol V /52.41125.364.441032100
10004.2210003
=-=⨯⨯-=
0753.052
.41125.31==Y ()00151
.0%98112=-=Y Y 02=X
0609.015
.11
115.1111*1
=⨯+==Y Y y x %671=x 0408.0*
1
=x ，0425.011
1
1=-=x x X （1）根据全塔的甲醇物料衡算式 ()()2121Y Y V X X L -=-可以得出用水量
()()h kmol X X Y Y V L /04.720
0425.000151.00753.052.412121=--⨯=--=
（2）塔径m u V D s T 814.05
.03600
100044=⨯⨯==
ππ，可圆整到0.84m 。

（3）由于是低浓度吸收，故可以将x y 15.1=近似为X Y 15.1=,并存在Y y K K ≈，则可进行以下计算： 填料层高度
OG OG H N H =
先计算气相总传质单元数：
m
OG Y Y Y N ∆-=
21 2
12
1ln Y Y Y Y Y m ∆∆∆-∆=∆
0264.00425.015.10753.0*111=⨯-=-=∆Y Y Y
00151.0*222=-=∆Y Y Y
49.8=OG N
再计算气相总传质单元高度
m a K V a K V H y Y OG 79.084.04
1905.052
.412=⨯⨯⨯=Ω≈Ω=
π
最终解得m H 7.6=
分析 (1)这是一个典型的设计型问题，即已知工艺要求，希望设计出用水量、塔径和塔高。

(2)若不进行以上近似，则可按下述方法求解:
()*'-y y dH a K dy V y -Ω=
式中：'V -气体总流量。

于是
()
*
'y y a K dy
V dH y -Ω-=
对上式进行积分得
()
⎰
-Ω=1
2
*
'y y y y
y a K dy
V H （当然此时y K 也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似） （3）或者做以下近似处理
()()()()**
***
*
1111Y Y Y Y K Y Y Y Y K y y K Y Y K N y y y Y A ++-=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-+=-=-=
得
()()
*
111
Y
Y K K y
Y ++= 其中，Y 可取1Y 和2Y 的平均值；*Y 可取*1Y 和*2Y 的平均值。

取
0384.02
2
1=+=
Y Y Y 0213.02
0425.0221=+=+=
X X X 0244.00213.015.1*=⨯==mX Y
则
()()
()
h m kmol K Y ∙=++=
2/0471.00213.010384.015
.0
m H OG 835.0841.04
190471.025
.412
=⨯⨯
⨯=
π
481.806.7225.4115.100151.00753.006.7225.4115.11ln 06.7225.4115.111
1ln 11
2221=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯-
=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
L mV mX Y mX Y L mV L mV N OG
m H N H OG OG 1.7481.8835.0=⨯==
以上两种方法的计算结果具有可比性。

6-17 在一填料吸收塔内，用清水逆流吸收空气中的NH 3，入塔混合气中NH 3的含量为0.01（摩尔分率，下同），吸收在常压、温度为10℃的条件下进行，吸收率达95%，吸收液中NH 3含量为0.01。

操作条件下的平衡关系为x y 5.0=，试计算清水流量增加1倍时，吸收率、吸收推动力和阻力如何变化，并定性画出吸收操作线的变化。

解：吸收率增加，吸收推动力增加
2是清水增加一倍时的操作线，斜率增加，推动力增大。

6-18 某吸收塔用25mm×25mm 的瓷环作填料，充填高度5m ，塔径1m ，用清水逆流吸收流量为2250m 3/h 的混合气。

混合其中含有丙酮体积分数为5%，塔顶逸出废气含丙酮体积分数将为0.26%，塔底液体中每千克水带有60g 丙酮。

操作在101.3kPa 、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x 。

试求（1）该塔的传质单元高数H OG 及体积吸收系数K y a ；（2）每小时回收的丙酮量，kg/h 。

y
0.5x
11
解：（1）M 丙酮=58
∴
由全塔物料衡算：
∴
∵
（2）每小时回收的丙酮量为：
()()h kg M y y G /9.252580026.005.00.9221'=⨯-⨯=-
6-19 在一填料层高度为5m 的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分。

当液气比为1.0时，溶质回收率可达90%。

在操作条件下气液平衡关系为y =0.5x 。

现改用另一种性能较好的填料，在相同的操作条件下，溶质回收率可提高到95%，试问此填料的体积吸收总系数为原填料的多少倍？ 解：本题为操作型计算，NOG 宜用脱吸因数法求算。

01828
.018/100058/6058
/60x 1=+=
59.20
01828.00026
.005.0y 2121=--=--=x x y G L 772.059.22
/m ===G L A I 19
.7]772.00026.005
.0)772.01ln[(772.011]1)11ln[(/1-112221=+--=
+---=A
mx y mx y A A N OG 695.019
.75
===
OG OG N H H a
K G H OG y =
h T T V G /mol 0.92298273×4.222250.4.220===
原工况下：
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=S mX -Y X -Y ln S -11NOG 2221m 5.0L
mV S == 因X2=0，则：
109
.011-11Y Y X -Y X -Y 212221=-===ϕm m 703.45.095.0115.0ln 5.011NOG =⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+-⨯-= 466.141
.35N Z K V
H OG Y OG ===Ω=’a 新工况（即新型填料）下：
703.45.095.0115.0ln 5.01N OG =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯=
’ 063.1703.45N Z K V
H OG Ya OG ===Ω
=’’’ 则 38.1063
.1466.1H H K K OG OG
Ya Ya ===’’ 即新型填料的体积传质系数为原填料的1.38倍。

讨论：对一定高度的填料塔。

在其他条件不变下，采用新型填料，即可提高K Ya ，减小传质阻力，从而提高分离效果
6-20某填料吸收塔高2.7m ，在常压下用清水逆流吸收混合气中的氮。

混合气入塔的摩尔流率为0.03kmol/(m 2·s),清水的喷淋密度0.018 kmol/(m 2·s)。

进口气体中含氮体积分数为2%，已知气相总体积吸收系数K y a=0.1 kmol/(m 3·s),操作条件下亨利系数为60kPa 。

试求排出气体中氮的浓度。

解：6.03.10160===p E m m G L ===6.003.0/018.0
即操作线与平衡线平行，此时
2221mx y y y y m -=== m a K G H y OG 3.01
.003.0=== OG OG N H H = 故 0.93
.07.2==OG N 22121
y y y y y y N m OG -=-= 所以2202.00.9y y -=
解得002.02=y
6-21 某填料吸收塔用含溶质x 2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是3，气体入口摩尔分数y 1=0.001，回收率可达90%.已知物系的平衡关系为y=2x 。

今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数x 2升至0.00035，试求：（1）可溶组分的回收率下降至多少？（2）液相出塔摩尔分数升高至多少？
解：（1）
当2x 上升时，由于H 不变，OG H 不变
∴ OG OG H H N =也不变，即
（3）物料衡算
6-22用一填料塔逆流吸收空气中的氨。

单位塔截面上的混合气体流率为0.036 kmol/m 2·s ，含氨2％（摩尔分率，下同），新鲜吸收剂为含氨0.0003的水溶液，从塔顶加入。

要求氨的回收率不低于91％，设计采用液气比为最小液气比的1.3倍。

氨-水-空气物系的相平衡关系为y=1.2x 。

已知气相总传系数 Kya 为0.0483 kmol/ m 3·s ，过程为气膜控制。

试求：
0.0010.9-0.01x (1η)1(12==-=）
y y 38.5]667.00.0002Χ.-0.001Χ20002.001.0)667.01ln[(667.011]1)11ln[(111667.03
2/m 2211=+---=+----====A mx y mx y A A
N V L A I OG 87.001.00013.001.0y η 0013.0]667.02
00035.0200035.001.0)667.01[(ln 667.0-1138.51212
2=-='-='='+---=y y y X y X 00325.000035.0)0013.001.0(31)()()(2211
212
1=+-='+'-=''-'='-X x y y L V x x x L y y V
(1)所需塔高.
(2)若采用部分吸收剂再循环从塔顶加入，新鲜吸收剂用量不变，循环量与新鲜吸收剂量之比为1:10，为达到同样的回收率，所需塔高为多少?
解：（1）对吸收塔作物料衡算
112.10003.02.1/02.
002
.009.002.021212121min =-⨯-=--=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛x m y y y x x y y G L e
吸收塔内液气比为
446.11112.13.13.1min
=⨯=⎪⎭⎫
⎝⎛=G L G L
全塔物料衡算
()()2121y y G x x L -=-
其中
()()0018.002.091.0-1112=⨯=-=y y η
全塔的传质单元数
所需塔高为
（2）当有部分吸收剂再循环后，吸收剂的入塔含量为
吸收塔内液气比
全塔物料衡算
()
()21'2'1y y G x x L -=-
联立 ① 、②两式可解得
0129.0'1=x 001445
.0
'2=x 全塔的传质单元数
所需塔高
6-23 为测定填料层的体积吸收系数K y a ，在填料塔内以清水为溶剂，吸收空气中低浓度的溶质组分A 。

试画出流程示意图，指出需要知道哪些条件和测取哪些参数；写出计算K y a 的步骤；在液体流量和入塔气体中组分A 浓度不变的情况下，加大气体流量，试问尾气中组分A 的浓度是增大还是减小？
题6-23图
解 流程如图（a ）所示，由于
()m
Y Y H Y Y V a K ∆Ω-=21 所以，为了测出a K Y ，需要知道物系的平衡关系，因而需要测定温度，以便于从手册中查找有关数据，还需测量进、出口的气、液流量及组成、塔径和填料层的高度。

求 的步骤如下：
（1） 在稳定操作条件下测出L ，V ， ， ， 以及温度；
（2） 依据平衡关系求出平均推动力 ；
（3） 量出塔径 及填料层高度H ； （4） 将以上各量代入式，及求得 。

若加入大气体流量，尾气中组分A 的浓度将增高。

其分析如图b 所示。

分析（1）实验时要多测一些L 和V 条件下的数据以便总结出规律。

（2）试分析增大气体流量后 X 1 会如何改变 ?
（3）测水流量 L 有何用途 ?
6-24 某逆流操作的填料吸收塔，塔截面积1m 2，用清水吸收混合气中的氨气，混合气量为0.06kmol/s ，其中氨的浓度为0.01（摩尔分率），要求氨的回收率至少为95%。

已知吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总体积吸收系数为0.06kmol/(m 3·s)，且a y K ∝G 0.8。

操作压力101.33kPa ，操作温度30℃，在此条件下，气液平衡关系为x y 2.1=，试求：
（1）填料层高度（m ）；
（2）若混合气体量增大，则按比例增大吸收剂的流量，能否保证溶质吸收率不下降？简述其原因；
（3）若混合气体量增大，且保证溶质吸收率不下降，可采取哪些措施？ 解：（1）根据题意得
0101.011
11=-=y y Y ()()4121005.595.010101.01-⨯=-⨯=-=ηY Y ()()s kmol y G V /0594.001.0106.011=-⨯=-=
71.195.02.15.15.15.1min
=⨯⨯==⎪⎭⎫ ⎝⎛=ηm V L V L 全塔的传质单元数
36.671.12.101005.50-0101.071.12.11ln 71.12.1111ln 1142221=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
-L mV mX Y mX Y L mV L
mV N OG 全塔的传质单元高度
m a K V H Y OG 99.006
.00594.0==Ω=
m N H H OG OG 3.636.699.0=⨯==
（2）假设能保证吸收率不下降，则有95.0'=η
又因为L 与V 按比例增大，所以⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛V L V L '，则702.01'==L mV A ∴2'2Y Y =，则OG N 不变
又因为 Ω=Ω=Ω=2
.0''''''8.0V V V a K V H Y OG
（3）在H 不变时，'OG H ↑，则'OG N ↓，又因为'η与m 均不变，∴需要L↑或者换
用更加高效的填料
思考题
6-1吸收的目的和基本依据是什么？吸收的主要操作费用花费在哪里？
答：目的是分离气体混合物，依据是气体混合物中各组分在溶剂中的溶解度不同；操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。

6-2 选择吸收剂的主要依据是什么？什么是溶剂的选择性？
答：溶解度大，选择性高，再生方便，蒸气压低，损失小。

溶剂对溶质溶解度大，对其他组分溶解度小。

6-3 E 、m 、H 三者各自与温度、总压有何关系？
答：m 、E 、H 均随温度上升而增大，E 、H 基本上与总压无关，m 反比于总压。

6-4 扩散流JA ，净物流N ，传质速率NA 相互之间有什么联系和区别？ 答：B A M J J N N ++=，M A M A A C C N J N +=。

B A J J ,浓度梯度引起，M N 微压力差引起，A N 溶质传递。

6-5 漂流因子有什么含义？等分子反向扩散时有无漂流因子？为什么？
答：表示了主体流动对传质的贡献 无漂流因子，因为没有主体流动
6-6 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系？液体分子扩散系数与温度、黏度有何关系？
答：气体分子扩散系数与温度的1.5次方成正比，总压力成反比；液体扩散系数与温度成正比，与粘度成反比。

6-7 传质过程中，何种情况是气相阻力控制？何种情况是液相阻力控制？ 答：当x y K m K >>1时，此时传质阻力主要集中于气相，称为气相阻力控制过程； 当()x y K mK 11<<时，此时传质阻力主要集中于液相，称为液相阻力控制过程。

6-8 低含量气体吸收有哪些特点
答：①G 、L 为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变
6-9 吸收塔高度计算中，将N OG 与H OG 分开有什么优点？
答：分离任务难易与设备效能高低相对分开，便于分析。

6-10 建立操作线方程的依据是什么？
答：塔段的物料衡算。

6-11 什么是返混？返混对塔的分离结果有什么影响？
答：在有降液管的塔板上，液体横流过塔板与气体呈错流状态，液体中易挥发组分的浓度将沿着流动的方向逐渐下降，但是当上升气体在塔板上使液体形成涡流时，浓度高的液体和浓度低的液体就混在一起，破坏了液体沿流动方向的浓度变化，这种现象叫返混现象。

6-12 何谓最小液气比
答：操作先于平衡线相交或者相切时对应的L/V 称为最小液气比。

6-13 x 2,max 与（L/G ）min 是如何受到技术上的限制的？ 答：通常，m y x 2max ,2=，()()()2121min x x y y G L e --=。

因此，技术上的限制主要是指相平衡和物料衡算。

6-14 有哪几种N OG 的计算方法？用对数平均推动力法和吸收因数求NOG 的条件各是什么？
答：对数平均推动力法，吸收因数法，数值积分法。

相平衡分别为直线和过原点直线。

6-15 H OG 的物理含义是什么？常用吸收设备的HOG 约为多少？
答：气体流经这一单元高度塔段的浓度变化等于该单元内的平均推动力。

0.15～
1.5 m 。

6-16 吸收剂的进塔条件有哪三个要素？操作中调节这三要素，分别对吸收结果有何影响？
答：t 、x 2、L 。

t↓，x 2↓，L↑均有利于吸收。