第七章吸收习题解答

第七章 吸 收

7-1 总压101.3 kPa ，温度25℃时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，

通过实验测定其亨利系数E 为4.13 MPa ， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m 。（溶液密度近似取为1000kg/m 3）

解：溶质在液相中的摩尔分数：50

640.0139100050

1864

x ==+ 二氧化硫的平衡分压：*

3

4.13100.0139kPa=57.41kPa p Ex ==⨯⨯

相平衡常数：634.1310Pa

40.77101.310Pa

E m P ⨯==

=⨯

7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），

求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。已知塔内温度为20℃，压强为1.52×105 Pa ，亨利系数E 为48.9MPa 。

解：相平衡常数为：6

5

48.910321.711.5210

E m P ⨯===⨯ 硫化氢的混合气进口摩尔浓度：1534

0.04305953429

y =

=+

若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：

41max 0.0430 1.3410321.71

y x m -=

==⨯

7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x - y 图上表示。 （1）含

NO 2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含NO 2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa ，T=15℃，已知15℃时，NO 2水溶液的亨利系数E =1.68×102 kPa ；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa （绝对压强）。

解：（1）相平衡常数为：513

1

1.6810Pa 1.658101.310Pa E m P ⨯===⨯ *

1 1.658

0.0030.00498

y m x ==⨯=

由于 *

y y >，所以该过程是吸收过程。 气相推动力为：*

0.060.004980.0550y y -=-= 液相推动力为：*

10.060.0030.03321.658

y x x x m -=-=-=

（2）相平衡常数为：523

2 1.6810Pa

0.8420010Pa

E m P ⨯===⨯ *

10.840.0030.00252y m x ==⨯=

由于 *

y y >，所以该过程仍是吸收过程。

气相推动力为：*

0.060.002520.0575y y -=-=

液相推动力为：*

20.060.0030.06840.84

y x x x m -=-=-=

y

x

0.00

0.02

0.04

0.060.08

y

x

7-4 在某操作条件下用填料塔清水逆流洗涤混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某

截面上该组分在气、液相中的浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02。在该吸收系统中，平衡关系为y = 0.5x ，气膜吸收分系数k y = 1.8×10-4 kmol / (m 2·s)，液膜吸收分系数k x = 2.1×10-5 kmol / (m 2.s)，试求：（1）界面浓度y i 、x i 分别为多少？（2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数。

解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： i i ()()y x k y y k x x -=-

45

i i 1.810(0.014) 2.110(0.02)y x --⨯⨯-=⨯⨯- （1）

在界面处气液两相达平衡，有：

i i 0.5y x = （2）

联立方程（1）、（2）得 i 0.0265x =，i 0.0132y =

（2）气相传质阻力：

32

411 5.55610s m /kmol 1.810

y k -==⨯⋅⨯ 以气相为基准的液相传质阻力：

4250.5 2.38110s m /kmol 2.110

x m k -==⨯⋅⨯ 因此，吸收过程为液膜扩散控制。

总气相传质推动力为：0.0140.50.020.004y mx -=-⨯= 气相推动力：i 0.0140.01320.0008y y -=-= 气相推动力在总推动力中所占比例：i 0.0008

0.20.004

y y y mx -==-

7-5 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为25℃，压力为105kPa （绝对压力）。

稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为7.5 kPa ，液相中甲醇浓度为2.85kmol / m 3。甲醇在水中的溶解度系数H = 2.162 kmol / (m 3·kPa)，液膜吸收分系数k L = 2.0×10-5 m / s ，气膜吸收分系数k G = 1.2×10-5 kmol / (m 2·s·kPa.)。试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度y i ；（2）计算该截面上的吸收速率。

解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： i i ()()G L k p p k c c -=-

55

i i 1.210(7.5) 2.110( 2.85)p c --⨯⨯-=⨯⨯- （1）

在界面处气液两相达平衡，有： i i 1p c H =

i i 1

2.162

p c = （2）

联立方程（1）、（2）得

3

i 5.644kmol/m c =，i 2.611kPa p =

气液界面处气相侧甲醇浓度：i i 2.6110.0249105

p y P === （2）该截面上的吸收速率：

552

A i () 1.210(7.5 2.611) 5.8710kmol/(m s)G N k p p --=-=⨯⨯-=⨯

7-6 在101.3kPa 及25℃的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的SO 2混合气体。进塔气中含SO 2

分别为 0.04（体积分数），其余为惰性气体。水的用量为最小用量的1.5倍。要求每小时从混合气体中吸收2000 kg 的SO 2，操作条件下亨利系数4.13 MPa ，计算每小时用水量为多少（m 3）和出塔液中SO 2的浓度（体积分数）？ 此题的第二问修改成“出塔气中SO 2的浓度（体积分数）？”因条件不够计算不出来，原题第二问是计算出塔液中SO 2的浓度（摩尔分数）。 解：20X =，1110.04

0.417110.04

y Y y =

==-- 相平衡常数为：6

3

4.131040.77101.310E m P ⨯==

=⨯ 由于是低浓度吸收，有：40.77M m ≈= 由物料衡算得：

122000

()=31.25kmol/h 64

V Y Y -=

12min

12

()31.253055.31kmol/h 0.41740.77V Y Y L Y X M

-===- min 1.54582.97kmol/h L L ==