气体吸收
1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×10kmol/m，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m。试求亨利系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。 解：
查得u30℃，水的ps?4.2kPa p稀溶液：c?*A－2
3
3
?p?ps?101.3?4.2?97.1kPa
1000?55.56kmol/m3 18?MS?cA2.875?10?2??5.17?10?4 x?c55.56p*97.15?1.876?10kPa E?A?x5.17?10?4 H?cAp*A2.875?10?2??2.96?10?4kmol/(kPa?m3)
97.1E1.876?105?1854 m??p101.32．在总压101.3kPa，温度30℃的条件下, SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水
溶液相接触，试问：
（1） 从液相分析SO2的传质方向；
（2） 从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO2的传质方向；
（3） 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。
解：(1)查得在总压101.3kPa，温度30℃条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa 所以 m? 从液相分析
E4850? 47.88 ?p101.3x*?y0.3??0.00627< x=0.01 m47.88故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。
（2）查得在总压101.3kPa，温度0℃的条件下，SO2在水中的亨利系数E=1670kPa
m?从气相分析
E1670? =16.49 p101.3
y*=mx=16.49×0.01=0.16 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 （3）在总压202.6kPa，温度30℃条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa m?从气相分析 E4850? =23.94 p202.6y*=mx=23.94×0.01=0.24 故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 x*?y0.3??0.0125 m23.94以液相摩尔分数表示的吸收推动力为: ?x=x*－x=0.0125－0.01=0.0025 以气相摩尔分数表示的吸收推动力为: ?y= y － y*=0.3－0.24=0.06 3．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。 p*6.7?134kPa 解：（1）根据亨利定律E?A?x0.05相平衡常数m?E134??1.34 p100溶解度常数H??sEMs?1000?0.4146 134?18*以气相分压差（pA?pA）表示总推动力时： *=100×0.05-134×0.01=3.66kPa pA?pA11111=????13180?260417?273597 KGHkLkG0.4146?1.83?10?43.86?10?6KG?3.66?10?6 kmol/（m·s·kPa） -6-52*NA?KG(pA?pA)=3.66×10×3.66=1.34×10 kmol/（m·s） *以（cA?cA）表示的传质总推动力时： 2 cA?0.013 ?0.56 kmol/m 0.99?18/10003 *cA?cA=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m KG3.66?10?6KL???8.8?10?6m/s H0.4146*NA?KL(cA?cA)=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/（m2·s） *（2）与（pA?pA）表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597（m2·s·kPa）/ kmol； 其中气相阻力为 1?13180m2·s·kPa/ kmol； kG液相阻力 1?260417m2·s·kPa/ kmol； HkL气相阻力占总阻力的百分数为 260417?100%?95.2%。 273597故该传质过程为气膜控制过程。 4 ．若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线，界面上气液两相平衡，推导出KL与kL、kG的关系。 解：因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 c＊A?HpA 界面上气液两相平衡 cAi?HpAi的关系式 由 NA?KL(cA?cA)得 *1*NA?(cA?cA) （1） KL由NA?kG(pA?pAi)得 NAcAic*A?kG(?) HHHNA?(c*A?cAi) （2） kG由NA?kL(cAi?cA)得 1NA?(cAi?cA) （3） kL（2）式＋（3）式，并与（1）式比较得 11H ??KLkLkG5．在逆流吸收的填料吸收塔中，用清水吸收空气～氨混合气中的氨，气相流率为 0.65kg/(m·S)。操作液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为 y*?0.92x，气相总传质系数Kya为0.043kmol/(m·S)。 3 2 试求： (1)吸收率由95％提高到99％，填料层高度的变化。 （2）吸收率由95％提高到99％，吸收剂用量之比为多少？ 解：（1）吸收率为95％时： V＝0.65／29＝0.0224 kmol/(m2·S) HOG?V0.0224??0.521m Kya0.043Y1?Y2Y1?Y2?L????m??0.92?0.95?0.874 ??*Y2/m?V?minX1?X2L?L??1.6???1.6?0.874?1.398 V?V?minL＝0.0224×1.398＝0.0313 kmol/(m2·S) S?mV0.92??0.658 L1.398NOG???Y?mX21ln?(1?S)1?S? 1?S?Y2?mX2?NOG?11??ln?(1?0.658)?0.658??5.89 1?0.658?1?0.95?Z?NOG?HOG?5.89?0.521?3.1m 吸收率为99％时： H'OG?HOG?'V0.0224??0.521m Kya0.043Y1?Y'2Y1?Y2?L?'???m??0.92?0.99?0.911 min??*'X1?X2Y2/m?V?L?L?()'?1.6??min?1.6?0.911?1.457 V?V?L‘＝0.0224×1.457＝0.0326 kmol/(m2·S) 'S'?mV0.92??0.631 'L1.457N'OG??1'Y1?mX2'?ln?(1?S)'?S? 1?S'?Y2?mX2?11??ln?(1?0.631)?0.631?9.82 ?1?0.631?1?0.99?N'OG?Z'?N'OG?HOG?9.82?0.521?5.1m Z'5.11??1.65 Z3.1(2) L＝0.0224×1.398＝0.0313 kmol/(m·S) 2 L‘＝0.0224×1.457＝0.0326 kmol/(m2·S) L'0.0326??1.04 L0.03136．在一填料塔中用清水吸收氨－空气中的低浓氨气，若清水量适量加大，其余操作条件不变，则Y2、 X1如何变化？（已知体积传质系数随气量变化关系为kYa?V0.8） 解： 用水吸收混合气中的氨为气膜控制过程，故KYa?kYa?V0.8 因气体流量V不变，所以kYa、KYa近似不变，HOG不变。