化工原理 第8章 气体吸收 典型例题题解
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pC2O 125 0.0% 06k 0Pa
pCO2,e pCO2 解吸
p C2,e O p C2O 7.3 7 6 0 1.3 7 kPa
.
例2：惰性气体与CO2的混合气体中，CO2的体积分数为30% ，在表 压1 Mpa下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此吸 收液在膨胀槽中减压（表压）至20kPa ，放出大部分CO2 ，然后再 在解吸塔中吹气解吸。设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从 亨利关系，操作温度为20oC ，求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少 kg的CO2气体？
p C 2 O 1.3 2 1 3 1 0 3 .2 1 3 0 1.1 1 1 3 8 P 0a
液相中的CO2浓度
xC2O p E C2O 1 1.6.1 1 6 1 8 18 3 0 0 7.1 1 15 0
膨胀之前水中的CO2含量
X1
x1 1x1
1 0.00.000220.00m 210.0 10 1 4 2 84 0.00k4/gk 9g
ks
0 9.34 24.9 46.7 74.8 109.0
z mm 气流B
10 20 30 40
z
液 体
A
50
在101.3kPa , 48oC下，测定CCl4在空气中
60
的扩散系. 数。
解：
作拟定态处理，某时刻τ，扩散距离为 z时的分子扩散速率
NARPTD z lnppB B12
气流B
在dτ时间内汽化的CCl4量=CCl4扩散出管口的量
膨胀槽
吸
收
塔解
塔
吸
.
解：吸收塔塔底气相中CO2的分压（绝对压）
p C 2 O 1 1 6 0 . 1 0 1 6 3 0 % 0 0 . 3 1 6 3 P 0 a
查 25oC下，CO2在水中溶解的亨利系数 E1.66 12 0MPa
CO2在水中的饱和浓度(最大浓度)
x C2O p E C2O 1 0 ..6 3 6 3 1 18 60 0 0 .2 0 1 2 0 0 .002
第8章 吸收 典型例题题解
.
相平衡关系的应用 例1：在总压1200kPa ,温度303k下，含CO25.0%（V%）与含CO2
1.0g/l 的水溶液相遇，问：发生吸收还是解吸？并以分压差表示传 质的推动力。 解：
判断传质的方向，即将溶液中溶质的平衡分压pe 与气相中的分压进行比较。
pCO 2,e EC xO 2
y1y2mG Ly1y2 y2m2x
NOG
1 m
1
l ny1 y2
mx1 mx2
L
.
G
根据流程画操作线
例1：吸收塔根据流程画操作线
y1
x2
x3
y3
x1
y1
L G
y2
L
y3
G
x3
x2
x1
.
y2
x2
例2：解吸塔根据流程画操作线
L
操作线在平衡线的下方因为 ye y
x1
y1
y2
y3 0
1L 2
x3 G
ANAd
LAdz
MA
PDlnpB2 L dz RTz pB1 MAd
NA
L
MA
dz
d
z
液 体
A
z2zdz2MADP lnpB2
d
z0
L RT pB1 0
z2z022M LAR DT P lnp pB B1 2 .
z2z022M LAR DT P lnp pB B1 2
在直角坐标上，以 z2为纵坐标，τ为横坐标，得直线的斜率B，其 中含扩散系数 D
当气液平衡关系可以用亨利定律来表示时，y=mx
N OG
y 1 y 2 y 1 y 2 ln y 1
ym
y1 y2 y2
y1
y1 y2
mx 1 y 2
mx
2 ln
y1 y2
mx 1 mx 2
y1y2y1 m y2x1x2ln y y2 1 m m1 2x x
y1y2
lny1m1x
L G
x2 x1
1L 2
x2
x3
1L 2
.
G
y1
y2
G y3 0
例1： 吸收塔高（填料层高）的计算
在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨--空气混合气中的氨，混 合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨
摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa，温度为293k， 在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x ，总传质系数
E1.88 150kPa CCO 2 1.0144ml ol 414kmm 3 o
CMCs
9
96 1.80 1
25.53kmm 3 ol
xCO 2 C CCMO 2 514.5344.11 1 04
p C 2 ,e O E C 2 x O 1 .8 1 8 5 0 4 .1 1 1 4 0 7 .3 k 7P
膨胀之后水中的CO2含量 m 0 .00 0 .0 40 9 0 .0 10 k 7/k 3 g
7.1110 544
m2 Hale Waihona Puke Baidu
0.0017
118
.
例3： 扩散传质速率方程式的应用----气相扩散系数的测定
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体，该组分通过静止 气层 z 扩散至管口被另一股气流 B 带走。紧贴液面上方组分A的分 压为液体A在一定温度下的饱和蒸气压，管口处A的分压可视为零。 组分A的汽化使扩散距离 z 不断增加，记录时间τ与 z的关系。
膨胀槽内CO2发生解吸,解吸后,CO2在气、液相中的浓度是呈平衡的。 解吸气的总压力（即膨胀槽中压力）为
P T 2 1 0 3 0 1.3 0 1 3 1 0 1.3 2 1 3 P 1 0a 25oC时水的饱和蒸气压 pw3.2103Pa
.
可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。
Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是最小液气比的 1.2倍，求所需塔高为多少？
解： G L m inx y 1 1 e y x 2 2y1 y1 m yx 220 0 ..0 0 1 2 2 .0 2 . 000 1 1 .14
L1.2L 1.21.14 1.37 G Gmin
B3.21103 m2 s
z2
DBLRT 1 9.12 1 06m2
2MAP lnpB2
s
pB1
.
传质阻力的问题 ky 小或 m小，气膜控制
1 m
ky
kx
1 1m
Ky ky kx
kx 小或 m大，液膜控制
1 1 kx ky m
11 1
Kx kx ky m
.
平均推动力方法的另一种表达方式：
x 1 x 2 G y 1 L y 2y 1 L y 2 0 .01 .3 2 0 .0 70 0 .0 1139
pCO2,e pCO2 解吸
p C2,e O p C2O 7.3 7 6 0 1.3 7 kPa
.
例2：惰性气体与CO2的混合气体中，CO2的体积分数为30% ，在表 压1 Mpa下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的CO2达到饱和，此吸 收液在膨胀槽中减压（表压）至20kPa ，放出大部分CO2 ，然后再 在解吸塔中吹气解吸。设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从 亨利关系，操作温度为20oC ，求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少 kg的CO2气体？
p C 2 O 1.3 2 1 3 1 0 3 .2 1 3 0 1.1 1 1 3 8 P 0a
液相中的CO2浓度
xC2O p E C2O 1 1.6.1 1 6 1 8 18 3 0 0 7.1 1 15 0
膨胀之前水中的CO2含量
X1
x1 1x1
1 0.00.000220.00m 210.0 10 1 4 2 84 0.00k4/gk 9g
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0 9.34 24.9 46.7 74.8 109.0
z mm 气流B
10 20 30 40
z
液 体
A
50
在101.3kPa , 48oC下，测定CCl4在空气中
60
的扩散系. 数。
解：
作拟定态处理，某时刻τ，扩散距离为 z时的分子扩散速率
NARPTD z lnppB B12
气流B
在dτ时间内汽化的CCl4量=CCl4扩散出管口的量
膨胀槽
吸
收
塔解
塔
吸
.
解：吸收塔塔底气相中CO2的分压（绝对压）
p C 2 O 1 1 6 0 . 1 0 1 6 3 0 % 0 0 . 3 1 6 3 P 0 a
查 25oC下，CO2在水中溶解的亨利系数 E1.66 12 0MPa
CO2在水中的饱和浓度(最大浓度)
x C2O p E C2O 1 0 ..6 3 6 3 1 18 60 0 0 .2 0 1 2 0 0 .002
第8章 吸收 典型例题题解
.
相平衡关系的应用 例1：在总压1200kPa ,温度303k下，含CO25.0%（V%）与含CO2
1.0g/l 的水溶液相遇，问：发生吸收还是解吸？并以分压差表示传 质的推动力。 解：
判断传质的方向，即将溶液中溶质的平衡分压pe 与气相中的分压进行比较。
pCO 2,e EC xO 2
y1y2mG Ly1y2 y2m2x
NOG
1 m
1
l ny1 y2
mx1 mx2
L
.
G
根据流程画操作线
例1：吸收塔根据流程画操作线
y1
x2
x3
y3
x1
y1
L G
y2
L
y3
G
x3
x2
x1
.
y2
x2
例2：解吸塔根据流程画操作线
L
操作线在平衡线的下方因为 ye y
x1
y1
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1L 2
x3 G
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PDlnpB2 L dz RTz pB1 MAd
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MA
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d
z
液 体
A
z2zdz2MADP lnpB2
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z0
L RT pB1 0
z2z022M LAR DT P lnp pB B1 2 .
z2z022M LAR DT P lnp pB B1 2
在直角坐标上，以 z2为纵坐标，τ为横坐标，得直线的斜率B，其 中含扩散系数 D
当气液平衡关系可以用亨利定律来表示时，y=mx
N OG
y 1 y 2 y 1 y 2 ln y 1
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y1 y2 y2
y1
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x2 x1
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.
G
y1
y2
G y3 0
例1： 吸收塔高（填料层高）的计算
在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨--空气混合气中的氨，混 合气流量为0.025kmol/s,混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨
摩尔分数为0.001。吸收塔操作时的总压为101.3kPa，温度为293k， 在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y=1.2x ，总传质系数
E1.88 150kPa CCO 2 1.0144ml ol 414kmm 3 o
CMCs
9
96 1.80 1
25.53kmm 3 ol
xCO 2 C CCMO 2 514.5344.11 1 04
p C 2 ,e O E C 2 x O 1 .8 1 8 5 0 4 .1 1 1 4 0 7 .3 k 7P
膨胀之后水中的CO2含量 m 0 .00 0 .0 40 9 0 .0 10 k 7/k 3 g
7.1110 544
m2 Hale Waihona Puke Baidu
0.0017
118
.
例3： 扩散传质速率方程式的应用----气相扩散系数的测定
在如图所示的垂直细管中盛以待测组分的液体，该组分通过静止 气层 z 扩散至管口被另一股气流 B 带走。紧贴液面上方组分A的分 压为液体A在一定温度下的饱和蒸气压，管口处A的分压可视为零。 组分A的汽化使扩散距离 z 不断增加，记录时间τ与 z的关系。
膨胀槽内CO2发生解吸,解吸后,CO2在气、液相中的浓度是呈平衡的。 解吸气的总压力（即膨胀槽中压力）为
P T 2 1 0 3 0 1.3 0 1 3 1 0 1.3 2 1 3 P 1 0a 25oC时水的饱和蒸气压 pw3.2103Pa
.
可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。
Kya=0.0522kmol/(s.m3)。若塔径为1m ，实际液气比是最小液气比的 1.2倍，求所需塔高为多少？
解： G L m inx y 1 1 e y x 2 2y1 y1 m yx 220 0 ..0 0 1 2 2 .0 2 . 000 1 1 .14
L1.2L 1.21.14 1.37 G Gmin
B3.21103 m2 s
z2
DBLRT 1 9.12 1 06m2
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pB1
.
传质阻力的问题 ky 小或 m小，气膜控制
1 m
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1 1m
Ky ky kx
kx 小或 m大，液膜控制
1 1 kx ky m
11 1
Kx kx ky m
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平均推动力方法的另一种表达方式：
x 1 x 2 G y 1 L y 2y 1 L y 2 0 .01 .3 2 0 .0 70 0 .0 1139