第五章 吸收课后习题答案
一、 填空
1.减小；靠近。2.不变；增加。 3.对数平均推动力法；脱吸因数法。 4.气；液；吸收；液；气；解吸 5. 散装填料 二、选择
1. B； 2.A； 3.C； 4.D； 5.A． 三、计算题
相组成的换算
【5-1】在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.17%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。
0.055/17?0.0903
0.055/17?0.945/290.0017/17y2??0.00290.0017/17?0.9983/29y1? 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为
Y1?0.09031?0.0903?0.0993
Y2?气液相平衡
0.0029?0.0029
1?0.0029 【5-2】 某系统温度为10℃，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？（已知10℃时，氧气在水中的亨利系数E为3.31×106kPa。）
解：由于H??sEMs?，所以
cA?HpA??spAEMs?1000?21.27-43 ?3.57?10kmol/m63.31?10?18故 mA=3.57×10-4×32×1000=11.42 g/m3
【5-3】 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH3)/1 000 g(H2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。
解：水溶液中氨的摩尔分数为
76.617x??0.075 76.61000?1718由
p*?Ex
p*15.0?kPa?200.0kPa x0.075亨利系数为
E? 相平衡常数为
m?E200.0??1.974 pt101.3由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为
??992.2kg/m3
溶解度系数为
H??EMS?992.2kmol/(m3?kPa)?0.276kmol/(m3?kPa)
200.0?18＊
【5-4】 在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为：y=0.94x，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成xA=0.05的氨水接触，确定过程的方向。若含氨0.02摩尔分数的混合气和xA=0.05的氨水接触，又是如何?
解：用相平衡关系确定与实际气相组成 y=0.094成平衡的液相组成
x*?y/0.94=0.094/0.94=0.1
由于xA=0.05 若含氨0.02摩尔分数的混合气和xA=0.05的氨水接触，则 x*?y/0.94?0.02/0.94?0.021 xA?x* 所以，气液相接触时，氨由液相传质进入气相，发生解吸过程。 吸收速率 【5-5】 在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，CO2与空气混合气缓慢地沿着Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过1mm厚的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中，混合气体中CO2的摩尔分率为0.2，CO2到达Na2CO3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，CO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求CO2的传质速率为多少？ 解：已知：CO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s 扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压p=101.3kPa 气相主体中溶质CO2的分压pA1=pyA1=101.3×0.2=20.27kPa 气液界面上CO2的分压pA2=0 所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压pB1=p－pA1=101.3－20.27=81.06kPa 气液界面上的空气（惰性组分）的分压pB2=p－pA2=101.3－0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为： pBm?pB2- pB1101.3-81.06??90.8kPa pB2101.3lnlnpB181.06代入 NA?得： DP?pA1- pA2? RTZpBmNA1.8?10-5101.3?1033?20.27?10- 0=0.167mol/(m2·s) -338.314??273?20??1?1090.8?10?? 【5-6】 在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数kG=3.84×10 -6 kmol/(m2·s·kPa)，液相传质系数kL=1.83×10-4 m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液 相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时：(1)以pA-pA?、cA-cA?表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；(2)分析该过程的控制因素。 ?pA6.7??134kPa 解：（1）根据亨利定律E?x0.05相平衡常数m?E134??1.34 p100溶解度常数H??sEMs?1000?0.4146 134?18?=100×0.05-134×0.01=3.66kPa pA?pA11111??13180?240617?253797 =???4?63.86?10KGHkLkG0.4146?1.83?10s·kPa） KG?3.94?10?6 kmol/（m2· ?s） NA?KG(pA?pA)=3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m2· cA?0.01?0.56 kmol/m3 0.99?18/1000?cA?cA=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3 KG3.94?10?6KL???9.5?10?6m/s H0.4146?s） NA?KL(cA?cA)=9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m2· ?表示的传质总推动力相应的传质阻力为53797（m2·s·kPa）/ kmol； pA?pA（2）与 其中气相阻力为 1?13180m2·s·kPa/ kmol； kG液相阻力 1?240617m2·s·kPa/ kmol； HkL240617?100%?94.8% 253797气相阻力占总阻力的百分数为 故该传质过程为气膜控制过程。 吸收塔的计算 【5-7】 在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体溶质组分A，吸收塔内操作压强为106kPa，温度为30℃，混合气流量为1300m3/h，组成为0.03（摩尔分数），吸收率为95%。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为Y=0.65X。试求进入塔顶的清水用量L及吸收液的组成。 解： （1）进入吸收塔的惰性气体为： V/273P1300273106V????(1?y1)????(1?0.03)?53.06kmol/h22.4273?t101.3322.4273?30101.33Y1?y10.03??0.03093 1?y11?0.03Y2?Y1(1??)?0.03093?(1?0.95)?0.00155 X2=0；m=0.65 最小吸收剂用量为： Lmin?VY1?Y253.06?(0.03093?0.00155)??32.8kmol/h *0.03093X1?X20.65L=1.5Lmin=1.5×32.8=49.2kmol/h 故清水用量为 （2）吸收液组成可由全塔物料衡算求得，即 X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+ 53.06?(0.03093?0.00155)?0.0317 49.2【5-8】 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，入塔气体 中含A 1%（摩尔比），经吸收后溶质A 被回收了80% ，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m，试求填料层所需高度。 解： Y1=0.01; Y2=0.01×（1-0.8）=0.002; X2=0 X1??Y1?Y1?0.01 mY?Y20.01?0.002?L???0.8 ???1YV0.01?0??min1?X2mLV又由V（Y1－Y2）＝L（X1－X2），得 =1.5??L??=1.5 ×0.8=1.2 V??min0.01-0.002 X1?01.2?X1=0.0067 所以 Y1??X1?X1?0.0067 m?Y1??Y2(Y1?Y1*)?(Y2?Y2*) ?Ym??*?Y1Y?Ylnln11*?Y2Y2?Y2?由 (0.01?0.0067)?(0.002?0)=0.0026 0.01?0.0067ln0.002?0NOG?所以 Y1?Y20.01-0.002?3.07 = 0.0026?YmZ?HOG?NOG=1×3.07=3.07m 【5-9】在常压逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中溶质组分A。进塔气体组成为0.03（摩尔比，下同），吸收率为99%；出塔液相组成为0.013。操作压力为101.3 kPa，温度为27℃，操作条件下的平衡关系为Y=2X（Y、X均为摩尔比）。已知单位塔截面上惰气流量为54 kmol /（m2·h），气相总体积吸收系数为1.12 kmol /（m3·h·kPa），试求所需填料层高度。 解： Y1=0.03; Y2= Y1（1-η）=0.03×（1-0.99）=0.0003; X1=0.13; X2=0 ?Y1??Y2(Y1?Y1*)?(Y2?Y2*)?Ym? ?*?Y1Y?Ylnln11*?Y2Y2?Y2?(0.03-2?0.013)- (0.0003-0) =0.00143 0.03-2?0.013ln0.0003-0NOG?Y1?Y20.03-0.0003?20.77 = 0.00143?YmHOG?VV54=??0.476m KYaΩKGaPΩ1.12m?101.3Z?NOG?HOG=20.77×0.476=9.886m 【5-10】 在逆流操作的填料塔中，用清水吸收焦炉气中氨，氨的浓度为8g/标准m3，混合气处理量为4500标准m3/h。氨的回收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。操作压强为101.33kPa，温度为30℃，气液平衡关系可表示为Y*=1.2X（Y、X为摩尔比）。气相总体积吸收系数KYα=0.06 kmol/（m2·h），空塔气速为1.2m/s，试求：（1）用水量L（kg/h）；（2）塔径（m）；（3）塔高（m）。