= 74.4％
第n层板气相单板效率 EMVn+1 = （xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1） = （0.41-0.28）/（0.483-0.28）
= 64％
第2章 吸收
1.从手册中查得101.33kPa,25℃时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa)及相平衡常数m
解：液相摩尔分数 x = （1/17）/[（1/17）+（100/18） = 0.0105 气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974
由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928
液相体积摩尔分数 C = （1/17）/（101×10-3/103）= 0.5824×103 mol/m3 由亨利定律P = C/H 得H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m3·kPa)
2.101.33kPa,10℃时，氧气在水中的溶解度可用P = 3.31×106x表示。式中：P为氧在气相中的分压kPa；x为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立方米溶有多少克氧。 解：氧在气相中的分压P = 101.33×21％ = 21.28kPa
氧在水中摩尔分率x = 21.28/（3.31×106）= 0.00643×103 每立方米溶有氧 0.0064×103×32/（18×10-6）= 11.43g
3．某混合气体中含有2％（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30℃，总压强为506.6kPa。从手册中查得30℃时CO2在水中的亨利系数E = 1.88×105
11
kPa，试求溶解度系数H kmol/(m3·kPa) 及相平衡常数m，并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少gCO2 。
解：由题意 y = 0.02，m = E/P总 = 1.88×105/506.6 = 0.37×103
根据亨利定律 y = mx 得x = y/m = 0.02/0.37×103 = 0.000054 即
每100g与该气体相平衡的水中溶有CO2 0.000054×44×100/18 = 0.0132 g
H =ρ/18E = 103/（10×1.88×105）= 2.955×10-4kmol/(m3·kPa)
7.在101.33kPa，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H =
1.995kmol/(m3·kPa)，气膜吸收系数 kG = 1.55×10-5 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数 kL = 2.08×10-5 kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。 解：由1/KG = 1/kG + 1/HkL 可得总吸收系数
1/KG = 1/1.55×10-5 + 1/（1.995×2.08×10-5） KG = 1.128 ×10-5 kmol/(m2·s·kPa)
气膜阻力所占百分数为 ：（1/ kG）/（1/kG + 1/HkL）= HkL/（HkL+ kG）
= （1.995×2.08）/（1.995×2.08 + 1.55） = 0.928 = 92.8％
8.在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇，操作温度为27℃，压强101.33kPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5kPa，液相中甲醇浓度位2.11kmol/m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。 解：由已知可得 kG = 1.128×10kmol/(m·s·kPa) 根据亨利定律 P = C/H 得液相平衡分压
P* = C/H = 2.11/1.995 = 1.058kPa
∴NA = KG(P-P*)= 1.128×10-5（5-1.058）= 4.447×10-5kmol/(m2·s) = 0.16 kmol/(m2·h)
-5
2
12
9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25℃下用清水吸收 混合气中的CO2，将其浓度从2％降至0.1％（体积）。该系统符合亨利定律。亨利系数Ｅ=5.52×104kPa。若吸收剂为最小理论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X。
解：⑴ Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001
m = E/P总 = 5.52×104/101.33 = 0.0545×104 由 （L/V）min= （Y1-Y2 ）/X1* = （Y1-Y2 ）/（Y1/m） = （0.0204-0.001）/（0.0204/545） = 518.28 L/V = 1.2（L/V）min = 622
由操作线方程 Y = （L/V）X + Y2-（L/V）X2 得 出口液相组成 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/622 = 3.12×10-5 ⑵ 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化
m‘ = E/P总’ = 5.52×104/10133 = 0.0545×10-5
‘
（L/V） = 1.2（L/V）min’ = 62.2
’ X1‘ = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/62.2 = 3.12×10-4
10.根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。
11.在101.33kPa下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为0.1，混合气体于40℃下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为最小用量的1.1倍，氨的吸收率为95％，且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYa的平均值为0.0556kmol/( m·s).
水在20温度下送入塔顶，由于吸收氨时有溶解热放出，故使氨水温度越近塔底越高。已根据热效应计算出塔内氨水浓度与起慰问度及在该温度下的平衡气相浓度之间的对应数据，列入本题附表中试求塔径及填料塔高度。
氨溶液温度t/℃ 氨溶液浓度 气相氨平衡浓度
3
13
Xkmol(氨)/kmol(水)
Y*kmol()/kmol()
20 0 0 23.5 0.005 0.0056 26 0.01 0.010 29 0.015 0.018 31.5 0.02 0.027 34 0.025 0.04 36.5 0.03 0.054
39.5 0.035 0.074
42 0.04 0.097 44.5 0.045 0.125 47 0.05 0.156 解：混合气流量G = πD2u/4
∴D = (4G/πu)1/2=[(4×0.556)/(3.14×1.2)]1/2= 0.77 m Y1 = 0.1/0.9 = 0.111
y2 = y1（1-η）= 0.05×0.1 = 0.005 Y2 = 0.005/0.995 = 0.005
根据附表中的数据绘成不同温度下的X-Y*曲线查得与Y1= 0.111相平衡的液相组成
X1*= 0.0425
（L/V）min= （Y1- Y1）/ X1* = （0.111-0.005）/0.0425 = 2.497
（L/V）= 1.1(L/V)min= 2.75
由操作线方程Y = (L/V)X + Y2 可得 X1 = (V/L)(Y1-Y2)
= (0.111-0.005)/2.75 = 0.0386
由曲线可查得与X1相平衡的气相组成Y1* = 0.092 ΔYm=（ΔY1-ΔY2）/ln(ΔY1-ΔY2)
= [（0.111- 0.092）-0.005]/ln（0.111-0.092）/0.005
14
= 0.0105
∴ΝOG =（Y1-Y2）/ΔYm = （0.111-0.005）/0.0105
= 10.105
惰性气体流量 G' = 0.556×(1-0.1) = 0.556×0.9
= 0.5004m3/s
= （0.5004×101.33×103）/（8.314×313） = 19.49 mol/s
HOG = V/(KYaΩ) = (19.49×10-3)/(0.0556π×0.772/4) = 765.56×10-3 m
填料层高度 H =ΝOG × HOG = 10.105×765.56×10-3
= 7.654m
12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的SO2，气体流量为5000m3（标准）/h，其中SO2占10％，要求SO2的回收率为95％。气，液逆流接触，在塔的操作条件下，SO2在两相间的平衡关系近似为Y* = 26.7X，试求：
（1） 若取用水量为最小用量的1.5倍，用水量应为多少？ （2） 在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；
（3） 如仍用（2）中求出的理论板数，而要求回收率从95％提高到98％，
用水量应增加到多少？
解：（1）y2 = y1（1-η）= 0.1×（1-0.95）= 0.005
Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 0.005/（1-0.005）= 0.005 （L/V）min=（Y1-Y2）/X1* = （Y1-Y2）/（Y1/26.7）
= （0.111-0.005）×26.7/0.111 = 25.50
（L/V）=1.5（L/V）min= 38.25
惰性气体流量： V = 5000×0.9/22.4 = 200.89 用水量 L = 38.25×200.89 = 7684kmol/h
（2）吸收操作线方程 Y = （L/V）X + Y2 代入已知数据 Y = 38.25X + 0.005
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