昆工化工原理作业（下册）
第八章 气体吸收 习题
气液相平衡
8-1．在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO2气，经长期接触后测得水中CO2的平衡溶解度为2.857×10mol/L溶液。鼓泡器中的
3
总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρm=996kg/m。求亨利系数，并将此实验值与文献值E=188.5MPa作比较。
【答案： E=188.1Mpa;偏差0.21%】
o解：查得30C时水的饱和蒸汽压
-2
ps?4242.2P4a
pe?Ex?Ec?m/Mm长期通入
co2后， pe?p?ps?101.3?4.24?97.1kPa
Mm?Ms?18 ；
对于稀溶液：
pe?m97.1?103?996E???188.1MPa?2cM2.857?10?18m所以：
对文献值相对误差：
8-2．惰性气与CO2的混合气中含CO230% (体积百分数)，在1MPa(表压)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至20kPa(表压），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
-3
衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少kgCO2气。【答案： G=3.1×10kgCO2/kgH2O】
oCO2 解：查得25C时
188.1?188.5??0.218.5 习题8-1 附图
?H2O系统的E?1.66?102MPa
p1?1?0.1013?1.1013MPa
设当地大气压为0.1013MPa，则
对稀溶液，其比质量分数
p2?20?103?10?6?0.1013?0.1213MPa
pyx?pe?Ex 则E
py1.1013?0.3x1?11??1.99?10?32E1.66?10 py0.1213?1?4x2?22??7.31?10E1.66?102
xX?Mco2MH2O 习题8-2附图
1.99?10?37.31?10?4?3X1?44??4.86?10kgCO2/kgH2OX2?44??1.79?10?3kgCO2/kgH2O1818故
?3G?X?X?3.07?10kgCO2/kgH2O 12则
8-4．气液逆流接触的吸收塔，在总压为101.3kPa下用水吸收Cl2气，进入塔底的气体混合物中含氯1%（体积），塔底出口
-5
的水中含氯浓度为x=0.8×10（摩尔分率）。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(xe-x)及(y-ye)表示。（1）
-5-3-6
塔底温度为20℃。 （2）塔底温度为4 0℃【答案：（xe-x）=1.09×10；（y-ye）=5.76×10 ;(xe-x)=4.7×10 ;(y-ye)=3.68
-3
×10】
oCl?H2O系统的E解:（1）查得t=20C时，2?0.537?102MPa
E0.537?102m???0.53?103p0.1013y0.01xe???1.89?10?53?5?33y?mx?0.53?10?0.8?10?4.24?10em0.53?10
?5?5?3?3x?x?(1.89?0.8)?10?1.09?10y?y?0.01?4.24?10?5.76?10ee液相推动力:;气相推动力:
oCl?H2O系统的E?0.8?10(2) 查得t=40C时，22MPa
1
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?5?6?3?3x?x?(1.27?0.8)?10?4.7?10y?y?0.01?6.32?10?3.68?10ee液相推动力;气相推动力
ye?mx?0.79?103?0.8?10?5?6.32?10?3
-4
y0.01E0.8?102?5m???0.79?103xe???1.27?10P0.1013m0.79?103
8-5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10（摩尔分率）, 进口气体中含溶质2.5%（体积），操作压强为101kPa。
气液平衡关系为y=50x。现将操作压强由101kPa增至202kPa，问塔底推动力(y-ye)及(xe-x)各增加至原有的多少倍。【答案：(y-ye)2/(y-ye)1=1.33 ; (xe-x)2/(xe-x)1=2.67】
?4y?mx?50?2?10?0.01 e11解：
xe1?y0.025??5?10?4m150
(y?ye)1?0.025?0.01?0.015 (xe?x)1?5?10?4?2?10?4?3?10?4
p2?202kPa,m2?50?25,则?4y?mx?25?2?10?0.005 2e22
又
xe2?y0.025??0.001(y?ye)2?0.025?0.005?0.02 m225
(y?ye)20.02??1.33(y?ye)10.015
(xe?x)2?0.001?2?10?4?8?10?4 (xe?x)28?10?4??2.67(xe?x)13?10?4
扩散与相际传质速率
8-6．柏油马路上积水2mm，水温20℃。水面上方有一层0.2mm厚的静止空气层，水通过此气层扩散进入大气。大气中的水汽分压为1.33kPa。问多少时间后路面上的积水可被吹干。【答案：τ=0.58hr】 解：查得20C时则
oD?0.252?10?4m2/s,?水?998kg/m3;饱和蒸汽压
PA1?2.338kPa，
pB1?p?pA1?101.3?2.338?98.96kPa;pB2?p?pA2?101.3?1.33?99.97kPa;
pB2?pB199.97?98.96??99.46kPap101.3pB299.97lnln??1.0298.96pB1p99.46 Bm
NA??pBm??hM
NA?对恒定的静止空气层厚度有
得
Dp(pA1?pA2)RT?pBm
???RT?hMDpBm1pA1?pA2p998?8.314?293?0.2?10?3?2?10?311????2.09?103s?0.58h?418?0.252?102.338?1.331.02
8-8．某填料塔用水吸收混合气中的丙酮蒸汽。混合气流量为16kmol/（h·m）， 操作压强101.3kPa。已知容积传质分系
333
数kya=64.6kmol/（h·m），kLa=16.6kmol/h.m.(kmol/m)，相平衡关系为pA=4.62CA。式中气相分压pA的单位是kPa，平衡
3
溶解度单位是(kmol/m)。求（1）容积总传质系数及传质单元高度HOG。 （2）液相阻力占总传质阻力的百分数。【答
3
案： Kya=54.9kmol/m·h ; HOG=0.291m ;液相阻力分率15.1%】
2
2
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解：（1）由亨利定律
p?Ex?Hc?HcMx y?mx
m?得：故
HCM4.62?CM?0.0456CMp101.3kxa?kLacM?16.6CMkmol/(h?m3)
故：
(2)液相阻力总阻力的百分数为：
m0.0456CM??2.75?10?3h?m3/kmolkxa16.6CM11m1????2.75?10?3?0.0182h?m3/kmolKyakyakxa64.6
G16H???0.291mOG3Kya?54.9kmol/(?hm)Kya54.9m/kxa2.75?10?3??0.151?15.1%1/kya0.0182
吸收过程数学描述
8-13．下图为两种双塔吸收流程，试在y～x图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应
的进、出口浓度。
习题8-13 附图
解：对于流程（a）和流程（b），均有
GG()A?0.5()BLL
(a) （b）两塔的液体量相等
8-14．较浓的溶液进入图示解吸塔塔顶，塔底吹气解吸，塔中部某处抽出一半液体，另一半液体由塔底排出，试在y～x图上画出平衡线与操作线，并标出各股流体的浓度坐标。
3
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GG()上?0.5()下L 解：对于该流程，有L
习题8-14附图
吸收过程的设计型计算
8-15.流率0.4 kmol/（s·m）的空气混合气中含氨2%（体积），拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入浓度为0.0004（mol分率）的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律，y=1.2x所用填料
3
的总传质系数Kya=0.052kmol/（s·m）。试求：（1）液体在塔底的浓度x1。（2）全塔的平均推动力Δym。（3）所需塔高。
-3
【答案：x1=0.0113;Δym=2.35×10 ;H=2.18m】
2
y1?y2 y2?y1(1??)?0.02?(1?0.95)?0.001 y1LLy?yy?yL0.02?0.001()min?12?12??1.17 ?1.5()min?1.5?1.17?1.75
0.02GGGx1e?x2y1?x?0.000421.2mG1(0.02?0.001)?0.0113 根据物料衡算G(y1?y2)?L(x1?x2)得x1?x2?（y1?y2)?0.0004?L1.75?3?4（2）?y1?y1?mx1?0.02?1.2?0.0113?6.44?10?y2?y2?mx2?0.001?1.2?0.0004?5.2?10
解：（1）???y1??y2(64.4?5.2)?10?4?3?ym???2.35?10 ?3?y16.44?10lnln?y25.2?10?4G0.014y?y20.02?0.001（3）NOG?1 H???0.269m ??8.09OG?ym2.35?10?3Kya0.052H?HOGNOG?0.269?8.09?2.18m
8-16. 用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分，物系的相平衡关系服从亨利定律，吸收剂用量是最小
用量的1.3倍，试求下列两种情况下所需的塔高，已知传质单元高度HOG=0.8m。（1）回收率η=90%。（2）回收率η=99%。
L'?1.1】 (3)两种情况下的吸收剂用量有何差别？ 【答案：(1)H=4.61m;(2)H=11.3m ；（3）LLLy?y2y1?y2L?1.3()min ()min?1??m?
yGGGx1e?x21m1mm1????0.855 所以
AL/G1.3m?1.3?0.91mG1mG11NOG?ln[(1?)?]?ln[(1?0.855)?0.855]?5.76
mGL1??L1?0.8551?0.91?LH?HOGNOG?5.76?0.8?4.61m
111'??0.777 （2）??0.99时 '?'A1.3?1.3?0.99解：（1）4
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1A'H'?H'OGNOG?14.1?0.8?11.3m
1?NOG?1ln[(1?11111)?]?ln[(1?0.777)?0.777]?14.1 '''A1??A1?0.7771?0.99（3）比较（1），（2）可知，当回收率提高时，吸收剂用量为原来的由
1.3?0.99?m?1.1倍
1.3?0.9?mL?1.3m? 可知，吸收剂用量与回收率?成正比。 G8-19．【第三版】某填料吸收塔用过热水蒸汽吹出洗油中的苯，入塔液体中苯的摩尔分率为0.05，要求解吸率97%，该物系相平衡关系为y=2.8x，采用的过热蒸汽用量为最小气体用量的1.3倍，该填料的传质单元高度HOG=0.3m，试求该塔的填料层高度。 【答案：H=2.35m】 解：变量如图所示。
??x1?x2x?1?2?0.97,x2?(1?0.97)?0.05?0.0015 x1x1'y1'e?y2LL2.89mx1L2.8?0.05??2.22 ????2.89 ?G1.3Gmin1.3Gminx1?x2x1?x20.05?0.0015根据物料衡算G(y1?y2)?L(x1?x2)得
L'y1'?y2?(x1?x2)?2.22?(0.05?0.0015)?0.108
G'?y1?mx1?y1?2.8?0.05?0.108?0.0323
'?y2?mx2?y2?2.8?0.0015?0.0042
?y??y20.0323?0.0042?ym?1??0.0138
?y10.0323lnln0.0042?y2'y1'?y20.108?0NOG???7.84
?ym0.0138H?HOGNOG?0.3?7.84?2.35m 吸收过程的操作型计算
8-20．【第二版8-19】某吸收塔用25×25mm的瓷环作填料，充填高度5m，塔径1m，用清水逆流吸收每小时2250m的混合气。混合气中含有丙酮5%（体积），塔顶逸出废气含丙酮降为0.26%（体积），塔底液体中每kg水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x。试求 （1）该塔的传质单元高度HOG及容积传质系数Kya；（2）每小时
3
回收的丙酮量。 【答案：(1)HOG=0.695m;Kya=168.6kmol/m·h;(2)w=4.36kmol/h】
3
60/58?0.0183
60/58?1000/18qvT?2250273G'92.0'2G????92.0kmol/h G???117.2kmol/(m?h) 222.4T22.4298A0.785?111y?mx21NOG?ln[(1?)1+]
1Ay2?mx2A1?A1m2Ly1?y20.05-0.0026??0.772 由物料衡算G(y1?y2)?L(x1?x2)得???2.59 ?AL/G2.59Gx10.018310.05H5ln[(1?0.772)?0.772]?7.19 HOG?故NOG???0.695m
1?0.7720.0026NOG7.19GG117.2由HOG?得Kya???168.6kmol/(m2?h)?0.0467kmol/(m2?s)
HOG0.695Kya 解：（1）M丙酮=58，x1?(2)??G(y1?y2)?92?(0.05?0.0026)?4.36kmol/h?253kg/h
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