第六章吸收化工原理

【例6-1】 总压为101.325kPa 、温度为20℃时，1000kg 水中溶解15kg NH 3，此时溶液上方气相中NH 3的平衡分压为2.266kPa 。试求此时之溶解度系数H 、亨利系数E 、相平衡常数m 。

解：首先将此气液相组成换算为y 与x 。

NH 3的摩尔质量为17kg/kmol ，溶液的量为15kg NH 3与1000kg 水之和。故

0156

.018

/100017/1517/15=+=

+=

=

B

A A A n n n n n x

0224

0325

1012662...P

p y *A

*

===

436

.10156.00224

.0*

==

=

x y

m

由式（6-11） E =P ·m =101.325×1.436=145.5kPa

或者由式（6-1）

3

.1450156

.0266.2*

==

=

x

p E A kPa

溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3，摩尔质量M s =18kg/kmol ，由式（6-10）计算H

382

.018

3.1451000=⨯=

≈

s

s

EM

H ρkmol/（m 3·kPa ）

H 值也可直接由式6-2算出，溶液中NH 3的浓度为 ()()869

.01000/1000

1517

/15//=+=

+=

=s

s A A

A A A m m M

m V n c ρkmol/m 3

所以 383

.0266

.2869.0*

==

=

A

A p c H kmol/（m 3·kPa ）

【例6-2】 在20℃及101.325kPa 下CO 2与空气的混合物缓慢地沿Na 2CO 3溶液液面流过，空气不溶于Na 2CO 3溶液。CO 2透过厚1mm 的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中。气体中CO 2的摩尔分数为0.2。在Na 2CO 3溶液面上，CO 2被迅速吸收，故相界面上CO 2的浓度极小，可忽略不计。CO 2在空气中20℃时的扩散系数D 为0.18cm 2/s 。问CO 2的扩散速率是多少？

解：此题属单方向扩散，可用式6-17计算。 扩散系数 D =0.18cm 2/s=1.8×10-5m 2/s

扩散距离 Z=1mm=0.001m ，气相总压力P =101.325kPa 气相主体中CO 2的分压力p A1=P y A1=101.325×0.2=20.27kPa 气液界面上CO 2的分压力p A2=0

气相主体中空气（惰性气体）的分压力p B1为 06.8127.20325.10111=-=-=A B p P p kPa

气液界面上空气的分压力 p B2=101.325kPa 空气在气相主体和界面上分压力的对数平均值为

8

.9006

.81325.101ln 06.81325.101ln 1

212=-=

-=

B B B B Bm p p p p p kPa

代入式（6-17），得

()

21A A Bm

A p p p p RTZ

D N -⋅⋅

=

()

027.208.90325

.101001

.0293314.810

8.15

-⋅⋅

⨯⨯⨯=

-

41067.1-⨯=kmol/（m 2

·s ）

【例6-3】 含氨极少的空气于101.33kPa ，20℃被水吸收。已知气膜传质系数k G =3.15×10-6kmol/（m 2·s ·kPa ），液膜传质系数k L =1.81×10-4kmol/（m 2·s ·kmol/m 3），溶解度系数H =1.5kmol/（m 3

·kPa ）。气液平衡关系服从亨利定律。求：气相总传质系数K G 、K Y ；液相总传质系数K L 、K X 。

解：因为物系的气液平衡关系服从亨利定律，故可由式（6-37）求K G

5

4

6

10

24.31081.15.11

1015.31

1

11

⨯=⨯⨯+

⨯=

+

=--L G G

Hk k K

K G =3.089×10-6kmol/（m 2

·s ·kPa ）

由计算结果可见 K G ≈k G

此物系中氨极易溶于水，溶解度甚大，属“气膜控制”系统，吸收总阻力几乎全部集中于气膜，所以吸收总系数与气膜吸收分系数极为接近。

依题意此系统为低浓度气体的吸收，K Y 可按式（6-36）来计算。

()s m k m o l

10

13310

0893331014

6

⋅⨯=⨯⨯==--...PK K G Y

根据式（6-37）求K L

5

6

4

10

815.410

15.35.110

81.1111

⨯=⨯+

⨯=

+

=

--G

L

L

k H k K

6

L 1008.2K -⨯=kmol/（m 2

·s ·

3

m

kmol ）

同理，对于低浓度气体的吸收，可用式（6-36）求K X

K X =K L ·c

由于溶液浓度极稀，c 可按纯溶剂——水来计算。

6

.5518

1000==

=

s

s

M

c ρkmol/m 3

K X =K L ·c =2.08×10-6×55.6=1.16×10-4kmol/（m 2·s ）

【例6-4】 由矿石焙烧炉出来的气体进入填料吸收塔中用水洗涤以除去其中的SO 2。炉气量为1000m 3/h ，炉气温度为20℃。炉气中含9%（体积分数）SO 2，其余可视为惰性气体（其性质认为与空气相同）。要求SO 2的回收率为90%。吸收剂用量为最小用量的1.3倍。已知操作压力为101.33kPa ，温度为20℃。在此条件下SO 2在水中的溶解度如附图所示。试求： （1）当吸收剂入塔组成X 2=0.0003时，吸收剂的用量（kg/h ）及离塔溶液组成X 1。

（2）吸收剂若为清水，即X 2=0，回收率不变。出塔溶液组成X 1为多少？此时吸收剂用量比（1）项中的用量大还是小？

解：将气体入塔组成（体积分数）9%换算为摩尔比