cA1.112??100%?0.02 c55.49气相中氨的平衡分压p*=0.822%×1.962×105=1.61kPa
1.61?80.5kPa 由P*=E?x，得： E?0.02E80.5?0.410 故 m??P196.2故 x?7-2 在文丘里管内用清水洗去含SO2的混合气体中的尘粒，气体与洗涤水在气液分离器中分离，出口气体含10%（体积百分数）的SO2，操作压强为常压，求在以下两种情况下每排出1 kg水所能造成SO2的最大损失量。（1）操作温度为20℃，（2）操作温度为40℃。（2.2g，1.8g）
【解】根据题意SO2的分压=10%×101.3=10.13 kPa
（1）查20℃下，二氧化硫在水中的溶解度曲线得： 二氧化硫在水中的溶解度=2.2g SO2/1000g水
所以，20℃下，每排出1 kg水所能造成SO2的最大损失量为2.2g。 （2）查40℃下，二氧化硫在水中的溶解度曲线得： 二氧化硫在水中的溶解度=1.8g SO2/1000g水
所以，40℃下，每排出1 kg水所能造成SO2的最大损失量为1.8g。 7-3 用15℃水逆流吸收混合气中的氯气 ，混合气入塔氯气浓度为8%(体积百分数），要求离开塔底的水中的氯气不低20g/L，在操作温度下，氯气水溶液的亨利系数E＝46.12Mpa，试问该吸收操作压强至少为多少？（11.53 MPa） 【解】根据题意，查表得：15℃时，水的密度为999.0 kg/m3
由于离开塔底的溶液浓度很稀，可取其密度与水相等则：
?20x?s??0.02
?999.0气相中氯气的平衡分压为：
p*=E?x=46.12×0.02=0.9224 MPa
p*0.9224?操作压强为：P?=11.53 MPa y0.08即该吸收操作压强至少为11.53 MPa。
第三节 吸收机理与吸收速率方程
知识点聚焦
溶质的扩散方式——分子扩散与涡流扩散，以及分子扩散对涡流扩散的结合称为对流扩散。分子扩散是利用溶质分子本身的热运动进行传递的过程。涡流扩散是通过传质方向上作宏观运动的流体质点块的携带进行传质的过程。实际扩散
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方式以涡流扩散与分子扩散并存，习惯称为对流扩散。
双膜理论模型要点简述——(1)无论气、液两相主体的传质状况如何，但在气、液两相之间存在一稳定的相界面（i），且界面附近的气、液两相组成Yi、Xi应满足相平衡关系。(2)在相界面附近，由于流体的相对运动干扰以及填料对流体流动的阻碍，各有一层处于层流运动状态的流体层，分别称为气膜和液膜，该模型即由此得名。(3)在气、液两相主体中，流体的运动状态均处于充分湍流，溶质在主体中以涡流扩散方式传递，因涡流扩散过程速度大、阻力很小，可认为是无阻力的，故主体浓度可视为均一，而气膜和液膜中因为溶质的传质以分子扩散的方式进行，故传质阻力大，需要消耗一定的动力，传质阻力主要集中在两膜中，两膜中的传质速率可近似替代整个过程的传质速率。
吸收速率——是指单位时间内、通过单位有效吸收表面所吸收的溶质的量，又称传质通量，以NA示之，单位为kmol/m2·s或kmol/m2·h。
气膜控制与液膜控制——当溶质在溶剂中的溶解度很大时，此时，吸收速率主要受溶质在气膜层中扩散速率的控制，故称气膜控制过程。当溶质在溶剂中的溶解度极小时，此时吸收速率受溶质在液膜中的扩散速率控制，故称为液膜控制过程。 计算公式浓缩 吸收速率方程式：
NA?KY?(Y?Y*)?KX?(X*?X)?kY?(Y?Yi)?kX?(Xi?X)
Y?Y*X*?XY?YiXi?X NA????1111KYKXkYkX式中：KY为气相吸收总系数，kmol/m2·s；KX为液相吸收总系数，kmol/m2·s；
s；kX为液相吸收分系数，kmol/m2·s；(Y?Yi)为kY为气相吸收分系数，kmol/m2·
1气膜扩散推动力；(Xi?X)为液膜扩散推动力；为气相吸收总阻力，
KY11m2·s/kmol；为液相吸收总阻力，m2·s/kmol；为气膜扩散阻力，m2·s/kmol；
KXkY1为液膜扩散阻力，m2·s/kmol。 kX吸收系数计算式：
1、气相吸收总系数与分系数之间的关系
111?? KXkXm?kY气膜控制过程（溶解度很大，m≈0） 2、液相吸收总系数与分系数之间的关系
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11 ?KXkX11m ??KYkYkX 液膜控制过程（溶解度极小，m＝∞） 3、吸收分系数间的关系
11 ?KYkYkY?kGP kX?kL?CL?kL?CC?kL?CMC
式中：P为操作系统的总压强，kPa；CL为液相的总摩尔浓度，即液相中溶质和溶剂的摩尔浓度之和，kmol/m3；?C、MC分别为溶剂的密度及分子量。 4、吸收分系数计算公式（恩田式）：
?c0.75GL0.1GL2at?0.05GL20.2a?at{1?exp[?1.45()()(2)()}
?at?L?L??at?Lg式中：a为填料的有效比表面积，1/m；at为填料的干比表面积，1/m；GL为液体的空塔质量流速（即液相的质量流量与塔截面积的比值），kg/m2·s；?L为液体的粘度，Pa·s；?L为液体的密度，kg/m3；σ为液体的表面张力，N/m；σc为填料材质的临界表面张力，N/m。
2313kL??(GL/a?L)12
(?L/?LDL)(?L/?Lg)式中：DL为溶质在溶剂中的扩散系数，m2/s；γ为由填料类型决定的系数。
aDGkG??tG(G)0.7(?G/?GDG)3(atdp)?2
RTat?G式中：θ为系数，对一般环形填料θ＝5.23，对小于15mm的填料θ＝2.00； DG为溶质在气相惰性组分中的扩散系数，m2/s；R为通用气体常数，为8.314kPa·m3/kmol·K；T为气体的温度，K；GG为气体的空塔质量流速，即气相质量流量与塔截面积的比值，kg/m2·s；?G为气体的粘度，Pa·s；?G为气体的密度，kg/m3；(atdp)为无因次数群。 相关习题解答
7-4 在总压为101.3kPa，温度为20℃的条件下，在填料塔内用水吸收混合空气中的二氧化碳，塔内某一截面处的液相组成为x＝0.00065，气相组成为y＝0.03，气膜吸收系数为kG＝3.15×10-6kmol/m2?s?kPa，液膜吸数kL＝1.81×10-6m/s，若20℃时二氧化碳溶液的亨利系数为E＝3.54×103kPa。
⑴求该截面处的总推动力?p、?Y、?X及相应的总吸收系数； ⑵求该截面处吸收速率；
⑶计算说明该吸收过程的控制因素；
⑷若操作压力提高到1013 kPa，求吸收速率提高的倍数。
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1（0.738 kPa、0.0073、0.00795，KX=7.324?10?7kmol/m2?s，液膜控制，约10倍）
【解】根据题意
截面上二氧化碳的平衡分压为：p*=E?x=3.54×103×0.00065=2.301 kPa 截面上二氧化碳的分压p=y?P =0.03×101.3=3.039kPa
?p=p?p*=3.039-2.301=0.738 kPa
p*2.301??0.0227 气相中溶质的平衡溶度 y*?P101.3?Y?Y?Y*?y?y*?0.03?0.0227?0.0073
E354m???3.5
P101.3y0.03?0.0086 液相中溶质的平衡溶度 x*??m3.5 ?X?X*?X?x*?x?0.0086?0.00065?0.00795
?6 kY?kG?P?3.1?510?10?1.3?3.?14kmol911m02?s
/ 因溶液浓度很稀，可取其密度及摩尔质量皆与水相等。于是
??1000 cL?L?S??55.49kmol/m3
MLMS18.02故 kX?kL?cL?1.81?10?6?55.49?1.004?10?4kmol/m2?s 11111?????9960?895.4?10855.4 ?4?4KXkXm?kY1.004?103.5?3.191?10故液相传质总系数为KX?9.212?10?5koml/m2?s （2）该截面处吸收速率为
NA?KX?(X*?X)?KX?(x*?x)
?5?72?9.212?10?0.00795?7.324?10kmol/m?s11（3）从上述计算可知，液膜扩散阻力占吸收总阻力的比例为：
kXKX55.4)?100% (9960/108? 显然过程阻力集中在液膜区，故该过程为液膜控制过程。
（4）若操作总压提高到1013kPa，则m缩小10倍为0.35，x*则扩大10倍，因而?X增大约10倍；而传质总系数KX根据上述计算公式可知与压力无关；故吸收速率总体提高大约10倍。
第四节 吸收塔的物料衡算
知识点聚焦
吸收塔的物料衡算解决的问题——包括吸收设备的吸收能力计算、吸收操作先方程的确定，吸收操作液气比的确定及溶剂消耗量的计算、出塔气、液相浓度
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的确定。
操作液气比对吸收操作的影响——吸收操作液气比越大，则吸收操作线与平衡线之间的距离越远，吸收推动力越大，吸收速率越高，完成吸收任务要求所需的填料层高度越低，设备投资越小。但因液气比的增大，导致溶剂消耗量增大，同时出塔液相浓度低，解吸难度加大，操作成本高。所以，吸收操作过程应尽可能控制在低液气比下进行，以确保在总费用最低的条件下进行操作。
最小液气比与实际操作液气比——和精馏操作相类似地，当操作液气比减小到使得操作线与平衡线相交或相切时（即存在吸收推动力为0的情况），此时的吸收操作液气比称为最小液气比。显然，正常操作液气比应大于最小液气比。根据实践证明，吸收操作成本最低值一般在最小液气比的1.1～2.0倍范围内出现。因此，适宜操作液气比在最小液气比的上述范围内。 计算公式浓缩 出塔气相浓度计算：
XV,2y2Y2＝Y1（1－η）＝ ?1?y21?XV,2吸收设备的吸收能力计算：
G＝V(Y1－Y2)＝L(X1－X2) kmol/h
式中：V为惰性组分流量，kmol/h；L为纯溶剂流量，kmol/h；Y1、Y2分别为进、出塔气体中溶质的比摩尔分率；X2、X1分别表示进、出塔液体中溶质的比摩尔分率。
惰性组分的摩尔流量V的计算式：
q273pV?v??(1?y1) kmol/h
22.4273?t101.3出塔液相浓度计算式：
V（Y1?Y2）X1?X2?
L吸收操作线方程：
LLLLY?X?(Y1?X1) Y?X?(Y2?X2)
VVVV操作液气比计算式：
1、最小液气比
Y1?Y2LY?Y2L()?（一般式） （平衡线为直线时） ()min?1minY1VVX1*?X2?X2mY?Y2L（平衡线有上凸拐点时，X1/为切线与Y?Y1的交点的横坐()min?1/VX1?X2标值）
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