第九章气体吸收

第九章 气体吸收

一、本章学习的目的、应掌握的内容和学习注意事项

1. 本章学习的目的

通过本章的学习，掌握气体吸收与解吸的基本概念和气体吸收过程的基本计算方法。 2. 本章重点掌握的内容

（1）气体吸收过程的平衡关系 （2）气体吸收过程的速率关系 （3）低浓度气体吸收过程的计算 本章应掌握的内容

（1）费克定律和分子传质问题的求解方法 （2）双膜模型

本章一般了解的内容

（1）溶质渗透模型和表面更新模型 （2）吸收系数

3. 本章学习应注意的问题

（1）表示吸收过程的平衡关系为亨利定律，亨利定律有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。

（2）表示吸收过程的速率关系为吸收速率方程，吸收速率方程有不同的表达形式，学习中应注意把握它们之间的联系。

（3）学习分子传质，不要机械地记忆各过程的求解结果，应注意把握求解的思路和应用背景。 （4）学习中应注意把握传质机理和吸收过程机理之间的联系，注意体会讲述传质机理和吸收过程机理的目的和意义。

二、例题解析

9-1 惰性气与CO 2的混合气中CO 2体积分数为30％，在表压1MPa 下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO 2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至表压20kPa ，放出大部分CO 2，然后再在解吸塔中吹气解吸。

设全部操作范围内水与CO 2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。求1kg 水在膨胀槽中最多能放出多少千克CO 2气体。

解：依题意，在全部操作范围内水与CO 2的平衡关系服从亨利定律，查附录二得25℃下CO 2溶于水时的亨力系数为

MPa 1066.12⨯=E 方法一：对膨胀槽作CO 2物料平衡(以1kg 水为衡算基准) 入膨胀槽吸收液中CO 2的组成

321110990.11066.1/3.01013.1/-⨯=⨯⨯==E p x

设此液1kg 水中溶解CO 2的kg 数为W 1，则有：

kg 10875.410990.118

/144/44

/313111--⨯=⇒⨯=+=

W W W x

出膨胀槽吸收液中CO 2的组成

422210307.71066.1/)020.01013.0(/-⨯=⨯+==E p x

设此液1kg 水中溶解CO 2的kg 数为W 2，则有：

kg 10788.110307.718

/144/44

/324

222--⨯=⇒⨯=+=

W W W x

故1kg 水在膨胀槽中最多能释放出CO 2的kg 数为

O /kgH kgCO 1009.310)788.1875.4(223321--⨯=⨯-=-=W W W

方法二：不考虑气流夹带走的水量，则膨胀槽内水的量恒定不变，于是1kg 水在膨胀槽中最多能放出CO 2气体的的千克数为

O

/kgH kgCO 00308.010*******)3.1213.03.1101(1/)()()(223

CO 21CO 21CO 21222=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=-≈-=E M p p L M x x L M X X L m s s s

9-2 某水杯中初始水面离杯上缘1cm ，水温30℃，水汽扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零，总压101.3kPa 。求水面下降4cm 需要多少天?

解：本题因水温、大气温度和大气压力恒定，故分子扩散的推动力)(2A 1A p p -恒定，但因停滞空气层厚度随杯中水面的下降而增厚，分子扩散阻力逐渐增大，传质速率逐渐下降，故此题为一维拟定态单向分子扩散问题，其传质速率仍可表示为

)(2A 1A Bm

t

p p p p RTz D N A -=

式中：D 为水气在空气中的扩散系数，查教材P11中表8-1得/s cm 260.02=D （25℃），需将其换算至30℃下的值为

/s m 1068.23.1013.10129830310260.02

581

.14

081

.100--⨯=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪

⎪⎭⎫

⎝⎛=p p T T D D 又查附录二、3.得30℃时水的饱和蒸汽压为4242P a ＝4.242kPa 。于是

kPa 164.99)]

242.43.101/()03.101ln[(0

242.4)]/()ln[()()(A1A2A1A2Bm =---=-----=

p p p p p p p p p t t t t

s)

kmol/(m 10

61.4)0242.4(164.993.101303314.81068.2)

(28

5

2A 1A Bm

t

⋅⨯=

-⨯⨯=

-=

--z

z p p p p RTz D N A

设水杯的截面积为A ，在任意时刻θ时，杯中水面距杯口的高度为z ，经过时段dθ后水面高度下降

了dz ，作时段dθ内的微分物料衡算有：

zdz

d dz d z M dz A d A N 9

8

A

A 1020.118/7.9951061.4/⨯==⨯=-θθρθ 积分得： 16.7d

s 1044.1)01.005.0(5.01020.11020.1622905.001

.09=⨯=-⨯⨯⨯=⨯=⎰

zdz

θ

9-3 采用图9-3所示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO 2，气体经两塔后SO 2总的回收率为0.91，两塔的用水量相等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度H OG 均为1.2m

。在操作范围内物