化工原理 第8章 气体吸收 典型例题题解(2)

气流B
z
液 体 A
在dτ时间内汽化的CCl4量=CCl4扩散出管口的量
AN A d
L Adz
MA
L dz NA M A d
P D pB 2 L dz ln RT z pB1 M A d
2 zdz
z0
z
2M A
L
DP pB 2 ln d RT pB 1 0
解： y1 y 3 0.91
y1
y 3 1 0.91 y1 0.09 y1
y2 y3 y1 y 2 y1 y2
y y3 y y2 L 1.43 1 1.43 2 y1 y2 G 0 0 m m
y1 y 2 y 2 0.09 y1 y1 y2
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 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： L


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
PT 20 103 101.3 103 121.3 103 Pa
25oC时水的饱和蒸气压
p w 3.2 103 Pa
可见水蒸气的分压是很小的，一般来说，可以不考虑。
吸 收 塔
解 吸 塔
解：吸收塔塔底气相中CO2的分压（绝对压）
pCO2 1 106 0.1 106 30% 0.33 106 Pa
查 25oC下，CO2在水中溶解的亨利系数 E 1.66 102 MPa CO2在水中的饱和浓度(最大浓度)
x CO2 0.33 106 0.20 10 2 0.002 E 1.66 108 pCO2
CM
996 18.02 55.3 kmol Cs 1 m3
5
xCO2
C CO2 CM

44 4.11 10 4 55.3
1
pCO2 1200 5.0% 60kPa
pCO2 ,e ExCO2 1.88 10 4.11 10
解吸
4
77.3kPa
pCO2 121.3 103 3.2 103 118.1 103 Pa
液相中的CO2浓度
x CO 2
118.1 103 71.1 10 5 E 1.66 108 pCO2
膨胀之前水中的CO2含量
x1 0.002 0.002 44 X1 0.002 m 1 0.0049kg / kg 1 x1 1 0.002 1 18

0 24.9 46.7 74.8
ks
z mm
10 20 30 40 50
气流B
9.34
z
液 体 A
109.0
60
在101.3kPa , 48oC下，测定CCl4在空气中 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
P D pB 2 NA ln RT z pB 1
y1 y 2 y 2 y1 y 2 0.09 y1
2
2
y 2 0.3 y1
1 m 1 A L 1.43 0.7 G
N OG 1
y1 0.3 y1 L 1.43 1.43 0.7m y1 G 0 m
1
1 y 0 1 ln 1 1 1 A y2 0 A 1 A 1 1 1 1 ln 1 2.33 1 1.43 0.7 0.3 1.43 0.7 1 1.43 0.7
y1 y2 L L L m m y1 G G min G min 0 m 1 1 y1 mx 2 1 N OG ln 1 1 m 1 1 A y2 mx 2 A 1 L A A G
pCO2 ,e pCO2
pCO2 ,e pCO2 77.3 60 17.3kPa
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？ 膨胀槽
例2：解吸塔设计型计算
用煤油从空气与苯蒸汽的混合气中吸收苯。所得吸收液在解吸塔中 用过热水蒸汽进行解吸，待解吸的液体中含苯0.05（摩尔分率，下 同），要求解吸后液体中苯的浓度不超过0.005 ，在解吸操作条件 下，平衡关系为y=1.25x ，塔内液体流量为0.03kmol/(m2.s) ,填料的 体积传质系数为Kya=0.01kmol/(m3.s) 。过热蒸汽的用量为最小用量 的1.2 倍。试求： （1）过热蒸汽的用量；（2）所需填料层的高度
1 N OG N OL A
mK y a K x a
综合例题
例1：用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η ， 操作采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定 律。试以η、 β两个参数列出计算NOG的表达式。 y1 y 2 求：N OG f ( , ) 解： x2 0 y1
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。 1.0 44 mol 1 kmol 5 C CO2 pCO2 ,e ExCO2 E 1.88 10 kPa 1 l 44 m 3
y1 0.0521 x 1 x 1 0.05 0.0083 m 1.25
x m 0.0065
y2 x 2 x 2 0.005 m
H H OL N OL
x1 x2 L L N OL K xa mK y a x m
H 16.6 m

2 M A DP pB 2 z z0 RT ln p B1 L
2 2
2 M A DP pB 2 z z0 RT ln p B1 L
2 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
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
y2 x1
x2
y1
y2
y3

L G
L G
x3
x2
x1
例2：解吸塔根据流程画操作线 操作线在平衡线的下方因为 y e y
L
x1
G
y1
1 L 2
x2
1
y2
y
L G
ຫໍສະໝຸດ Baidux3
1 L 2
y2
y3 0
x3
1 L 2 G
G
y3 0
x2
x1
例1： 吸收塔高（填料层高）的计算
y1 mx 1 y 2 mx 2 ln 0.02 1.2 0.0139 0.001
N OG
y1 y 2 0.02 0.001 9.84 3 y m 1.93 10
方法2：
N OG
1 m 1 .2 A L 1.37 G
1 1.2 0.02 1.2 ln 1 9.76 1.2 1.37 0.001 1.37 1 1.37
y1 y 2 y1 mx 1 ln y1 y 2 m x1 x 2 y 2 mx 2
y1 y 2 y1 mx 1 ln y1 y 2 m G y1 y 2 y 2 mx 2 L y mx 1 1 N OG ln 1 m y 2 mx 2 1 L G
1 1 1 K x kx ky m
平均推动力方法的另一种表达方式：
当气液平衡关系可以用亨利定律来表示时，y=mx
N OG y1 y 2 y1 y 2 y1 ln y m y1 y 2 y 2
y1 y 2 y mx 1 ln 1 y1 mx 1 y 2 mx 2 y 2 mx 2
G min
y1 y 2 y1 y 2 0.02 0.001 1.14 y1 0.02 0 x 1e x 2 x2 1.2 m
L L 1.2 1.2 1.14 1.37 G G min
G y1 y 2 y1 y 2 0.02 0.001 x1 x 2 0.0139 L L 1.37 G
B 3.21 10 3
m2 s
z2

1 m2 D B 9.12 10 6 2 M A P ln pB 2 s pB 1
L RT
传质阻力的问题
ky 小或 m小，气膜控制
1 m ky kx
1 1 m K y ky kx
kx 小或 m大，液膜控制
1 1 kx ky m
分析 HOG
HOL NOG
NOL 的关系：
H H OG N OG H OL N OL
H OG G m G L m 1 H OL K ya m K ya K xa L A G
A H OG H OL
H H OG N OG H OL N OL
1 H OL N OG H OL N OL A
y2 (1 ) y1
N OG
1 1 1 ln 1 1 1 1 1

例2：
水
3
y
A
y2
B
y1
xA
xB
用清水吸收混合气中的SO2 ，气体经两塔后总的回收率为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 度均为1.2m 。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律，试求 两塔的塔高。
填料层高度的计算：
H H OG N OG G N OG K ya
求NOG 方法1：y m
ln
0.025 H OG
12 4
0.0522
0.609m
H H OG N OG 0.609 9.84 6.0m
y1 mx 1 y 2 mx 2 0.02 1.2 0.0139 0.001 1.93 10 3
膨胀之后水中的CO2含量
m 0.0049 0.0017 0.0032kg / kg
71.1 10 5 44 m2 0.0017 1 18
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。
解： )G L 1.2 G (1
L min 0.05 0.005 0.03 1.2 0.0259kmol / m 2 s 1.25 0.05


x 1 x 2 0.05 0.005 y1 y 2 0.0521 G 0.0259 L 0.03