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/m3）

5064解：溶质在液相中的摩尔分数：x??0.0139 100050?1864 二氧化硫的平衡分压：p?Ex?4.13?10?0.0139kPa=57.41kPa

*3E4.13?106Pa?40.77 相平衡常数：m??P101.3?103Pa

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。

E48.9?106?321.71 解：相平衡常数为：m??5P1.52?10硫化氢的混合气进口摩尔浓度：y1?595?3429534?0.0430

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：

xmax?

y10.0430??1.34?10?4 m321.717-3 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

NO2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含NO2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa，T=15℃，已知15℃时，NO2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）。

E1.68?105Pa解：（1）相平衡常数为：m1???1.658 3P101.3?10Pa1*?0.00?3 y?m1x?1.6580. 004981

由于 y?y，所以该过程是吸收过程。 气相推动力为：y?y?0.06?0.00498?0.0550 液相推动力为：x?x?

0.000.000.06?x=0.0332***y0.06?x??0.003?0.0332 m11.6580.08y0.04?y=0.0550y*=1.658x0.020.010.02x0.030.04E1.68?105Pa（2）相平衡常数为：m2???0.84 3P2200?10Pa* y?m1x?0.84?0.003?0.00252

由于 y?y，所以该过程仍是吸收过程。

气相推动力为：y?y?0.06?0.00252?0.0575

液相推动力为：x?x?

0.060.08?x=0.0684***y0.06?x??0.003?0.0684 m20.84

y0.04?y=0.0575y*=0.84x0.020.000.000.020.04x2

0.060.08

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ky = 1.8×10-4 kmol / (m2·s)，液膜吸收分系数kx = 2.1×10-5 kmol / (m2.s)，试求：（1）界面浓度yi、xi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： ky(y?yi)?kx(xi?x)

?4?5 1.8?10?(0.014?yi)?2.1?10?(xi?0.02) （1）

在界面处气液两相达平衡，有：

yi?0.5xi （2）

联立方程（1）、（2）得 xi?0.0265，yi?0.0132

（2）气相传质阻力：

1132??5.556?10s?m/kmol ?4ky1.8?10m0.5??2.381?104s?m2/kmol ?5kx2.1?10 以气相为基准的液相传质阻力：

因此，吸收过程为液膜扩散控制。

总气相传质推动力为：y?mx?0.014?0.5?0.02?0.004 气相推动力：y?yi?0.014?0.0132?0.0008 气相推动力在总推动力中所占比例：

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 / m3。甲醇在水中的溶解度系数H = 2.162 kmol / (m3·kPa)，液膜吸收分系数kL = 2.0×10-5 m / s，气膜吸收分系数kG = 1.2×10-5 kmol / (m2·s·kPa.)。试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度yi；（2）计算该截面上的吸收速率。

3

y?yi0.0008??0.2

y?mx0.004解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： kG(p?pi)?kL(ci?c)

?5?5 1.2?10?(7.5?pi)?2.1?10?(ci?2.85) （1）

在界面处气液两相达平衡，有： pi?1ci H1 pi?ci （2）

2.162联立方程（1）、（2）得

3 ci?5.644kmol/m，pi?2.611kPa

气液界面处气相侧甲醇浓度：yi? （2）该截面上的吸收速率：

pi2.611??0.0249 P105?5?52 NA?kG(p?pi)?1.2?10?(7.5?2.611)?5.87?10kmol/(ms)

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SO2混合气体。进塔气中含SO2

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SO2，操作条件下亨利系数4.13 MPa，计算每小时用水量为多少（m3）和出塔液中SO2的浓度（体积分数）？ 此题的第二问修改成“出塔气中SO2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SO2的浓度（摩尔分数）。 解：X2?0，Y1?y10.04??0.417 1?y11?0.04E4.13?106?40.77 相平衡常数为：m??P101.3?103由于是低浓度吸收，有：M?m?40.77 由物料衡算得：

V(Y1?Y2)?Lmin2000=31.25kmol/h 64V(Y1?Y2)31.25???3055.31kmol/h Y10.417?X240.77ML?1.5Lmin?4582.97kmol/h

4

每小时用水量：Q?4582.97?18?82.494m3/h

1000由物料衡算得：L(X1?X2)?4582.97X1?31.25kmol/h

X1?0.00682

出塔液中SO2的浓度：x1?

7-7 用清水在吸收塔中吸收NH3-空气混合气体中的NH3，操作条件是：总压101.3kPa，温度为20℃。

入塔时NH3的分压为1333.2Pa，要求回收率为98%。在 101.3kPa和20℃时，平衡关系可近似写为 Y* =2.74 X。试问：（1） 逆流操作和并流操作时最小液气比 (L / V)min各为多少？由此可得出什么结论？（2）若操作总压增为303.9 kPa时，采用逆流操作，其最小液气比为多少？并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。 解：Y1?X10.00682??0.00677

1?X11?0.00682p1.3332??0.0133， P?p101.3?1.3332Y2?(1?0.98)Y1?0.02?0.0133?0.000266 X2?0

（1）逆流操作时最小液气比：(L)min?V并流操作时最小液气比：(L)minVY1?Y20.0133?0.000266??2.685

Y10.0133?X22.742.74Y?Y0.0133?0.000266?12??134.26

Y20.0002662.742.74 由此可知：若完成相同的吸收任务，并流操作时的用水量比逆流操作时用水量大。 （2）由于亨利常数仅是温度的函数，若总压增加，相平衡常数会发生变化，又因为，该吸收为

低浓度吸收，有：M?m

E?M1P1?2.74?101.3?277.562kPa M2?E277.562??0.913 P2303.9加压后，逆流操作时的最小液气比：

5