化工原理 第五章 吸收课后习题及答案

第五章 吸收

相组成的换算

【5-1】 空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少？

解 因摩尔分数=体积分数，y0.2摩尔分数 摩尔比 Yy0.20．25 1y10.2【5-2】 20℃的l00g水中溶解lgNH3, NH3在溶液中的组成用摩尔分数x、浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？

解 摩尔分数x1/17=0．0105

1/17100／18浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度s998.2kg/m3代替。 溶液中NH3的量为 n1103/17kmol 溶液的体积 V101103/998.2 m3

n1103/17溶液中NH3的浓度c==0．581kmol／m3 3V10110/998.2或 csMsx998.20．01050．582kmol／m3 18NH3与水的摩尔比的计算 X1/170．0106

100/18x0.01050．0106 1x10.0105或 X【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。

吸收率的定义为

Y被吸收的溶质量Y1Y212

原料气中溶质量 Y1 Y1y10.10.111 1y110.1解 原料气中NH3的摩尔分数y0.1 摩尔比 Y1吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为 Y2(1)Y1（10.9）0.1110.0111

摩尔分数 y2Y20.0111=0.01098 1Y210.0111气液相平衡

【5-4】 l00g水中溶解lg NH3，查得20℃时溶液上方NH3的平衡分压为798Pa。此稀

溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa)、溶解度系数H[单位为

kmol/(m3kPa)]和相平衡常数m。总压为100kPa。

解 液相中NH3的摩尔分数x1/170.0105

1/17100/18气相中NH3的平衡分压 P*＝0.798 kPa 亨利系数 Ep*／x0.798/0.010576

n1103/17液相中NH3的浓度 c0.581 kmol／m3 3V10110/998.2溶解度系数 Hc/p*0.581/0.7980.728kmol/(m3kPa) 液相中NH3的摩尔分数 x1/170．0105

1／17100/18气相的平衡摩尔分数 y*p*／p0.798／100 相平衡常数 my*0.7980.76 x1000.0105或 mE/p76/1000.76

【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为101.325kPa，温度为10℃时，1m3水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为p*3.313106x，式中p*为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa；x为溶液中氧的摩尔分数。

解 总压p101.325 kPa

空气中O2的压力分数 pA／p体积分数0.21 空气中O2的分压 p*A0.21101.325 kPa 亨利系数 E3.313106kPa (1) 利用亨利定律p*AEx计算

与气相分压pA0.21101.325kPa相平衡的液相组成为 p*0．21101.325xA 6.42106kmol O2／kmol溶液 6E3.31310此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42106kmol O2 因为溶液很稀，其中溶质很少 1kmol水溶液≈1kmol水=18 kg水

999.7kg／m3 10℃，水的密度 故 1kmol水溶液≈18／999.7m3水 即

18m3水中最大可能溶解6.42106kmol氧 999.7

故 1m3水中最大可能溶解的氧量为 6.42106999.73.57104kmolO2

183.57104321.14102kgO211.4gO2

(2) 利用亨利定律p*AHcA计算 HsEMs=999.7= 1.676105kmol／m3kPa 63.31310181m3水中最大可能溶解的氧量为

54cAp*／m3 溶液 AH(0.21101.325) (1.67610)3.5710kmolO2 3.57104321.14102kgO211.4gO2

【5-6】含NH3体积分数1.5%的空气-NH3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH3总压为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数E80kPa。试求氨水溶液的最大浓度，kmolNH3／m3溶液。

解 气相中NH3的摩尔分数y0.015

总压p203kPa，气相中NH3的分压p*Apy2030.015kPa (1) 利用亨利定律p*Ex计算

与气相分压p相平衡的液相中NH3的摩尔分数为 p*2030.015xA0.0381

E80cNH3水溶液的总浓度 sMs998.2kmol/m3 18998.20．0381 18水溶液中NH3的最大浓度 cAcx 2.11kmol NH3/m3溶液 (2) 利用亨利定律p*AE80kPa,HcA计算 HsEMs=998.2=0．693 kmol/(m3kPa) 80183cAp*AH(2030.015)0.6932.11 kmol NH3/m溶液

【5-7】温度为20℃，总压为0.1MPa时，CO2水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa时，相平衡常数m为多少？温度为20℃时的亨利系数E为多少MPa?

解 相平衡常数m与总压p成反比， p0.1MPa 时 m1660，p'1MPa 时

m'mp0.1= 1660=166 p'1亨利系数 Empm'p'166 MPa

【5-8】用清水吸收混合气中的NH3，进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为0．012kmol NH3／kmol水。此物系的平衡关系为Y*0.76X。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？

解 已知y10.06，则Y1y1/1y10.06/0.940.0638 已知y20.004，则Y20.004/10.004=4.02103 已知X10.012，则Y1*0.760.0120.00912 已知X20，则Y2*0

塔顶气相推动力 Y2Y2Y2*=4.02103

塔底气相推动力 Y1Y1Y1*0.06380.009120.0547

【5-9】CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为0.01kmol/m3的水溶液和CO2浓度为0.05kmol／m3的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系

p*1.662105xkPa。试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度

差表示），并说明CO2在两种情况下属于吸收还是解吸。

解 温度t25℃，水的密度为s997kg/m3 混合气中CO2的分压为p50kPa 水溶液的总浓度csMs97kmol/m3水溶液 18(1) 以气相分压差表示的吸收推动力

①液相中CO2的浓度 cA0.01kmol CO2／m3水溶液 液相中CO2的摩尔分数xcA/c与液相平衡的气相平衡分压为

p*1.662105x1.6621051.80510430kPa

0.01=1.805104

997/18气相分压差表示的推动力 ppp*503020kPa（吸收） ② 液相中CO2的浓度cA0.05kmol／m3水溶液

液相中CO2的摩尔分数xcA/c0.05/189.027104997

与液相平衡的气相平衡分压为

p*1.662105x1.6621059.027104150kPa

气相分压差表示的推动力 pp*p15050100kPa （解吸） (2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相CO2分压p50kPa平衡的液相组成为 x*p1.662105 501.662105 平衡的液相浓度

①液相中CO2的浓度cA0.01kmol CO2/m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为

cc*3AcA0.016660.010.00666kmol／m （吸收）

②液相中CO2的浓度c3A0.05 kmol CO2/m水溶液 液相浓度差表示的推动力为

cc0.050.016660.0333kmol/m3Ac*A （解吸）

吸收过程的速率

【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气(温度25℃，总压101.325kPa)流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00mm。试计算在稳定状态下的汽化速率，kmol／(m2s)。

解 25℃时水的饱和蒸气压为3.2895kPa

从教材表5-2中查得，25℃，101.325kPa条件下，H2O在空气中的分子扩散系数D0.256cm2/s0.256104m2/s。

扩散距离Z100mm0.1m，总压p101.325 kPa 水表面处的水汽分压 pA13.2895kPa 空气分压 pB1ppA1101.3253.2895 98.04 kPa

管上口处有大量干空气流过，水汽分压pA20 空气分压pB2101.325kPa 空气分压的对数平均值为

习题5-10附图

pBmpB2pB13.289599.8kPa pB2101.325lnln98.04pB1DppA1pA2 RTZpBm水的汽化速率 NA0.256104101.325 3.289503.45107kmol/m2s

8.3142980.199.8【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为101.325kPa条件下，测定CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。48℃时，CCl4的饱和蒸气压为37.6kPa，液体密度为1540kg/m3。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm，终了为3cm，CCl4的蒸发时间为1.556104s。试求48℃时，CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。

解 计算48℃时CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为

D2RTZ2Z0p2pMlnppA

已知CCl4液体密度1540 kg/m3 48℃时CCl4的饱和蒸气压pA37.6kPa 总压p101.325kPa，T27348321K 开始Z02cm，终了Z3cm CCl4的蒸发时间1.556104s CCl4的摩尔质量M154 kg/kmol 摩尔气体常数R8.314 kJ／(kmolK)

已知数据代入计算式，得扩散系数D0.0912cm2/s

【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A，吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5kPa，液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数液膜传质系数kX3.5103kmol/(m2s)。气液平衡关系可用亨利kY2.5105kmol/(m2s)，

定律表示，相平衡常数m0.7。总压为101.325kPa。

试求：(1)气相总传质系数KY，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质A的传质速率NA。

解 (1)气相总传质系数KY

11m10.741042102 53KYkYkX2.5103.510 4.02104

KY2.488105kmol/m2s

气膜阻力1/kY4104(m2s)/kmol，液膜阻为m／kx2102(m2s)/kmol。

1/kY4104气膜阻力与总阻力的比值为0.995，为气膜控制。

1/KY4.02104(2)传质速率NA YpA50.0519 ppA101.3255Xx0.0150．0152，Y*mX0.70．01520．0106 x110.015NAKYYY*2.4881050.05190.01061.03106kmol/m2.s

【5-13】根据pApy，pipyi及cAcx，cicxi，试将传质速率方程

NAkG(pApi)kLcicA变换成NAkyyyikxxix的形式。ky与kG、kx与kL有何关

系。

NAkGpApikGpypyi=pkGyyikyyyi 解 式中 kypkG

NAkLcicAkLcxicxckLxixkx(xix)

式中 kxckL

吸收塔的计算

【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的SO2，其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO2的95%。吸收塔的操作温度为30℃，压力为100kPa，

3每小时处理的炉气量为1000m，所用液-气比为最小值的1.2倍。（30℃、100kPa时的体积流量）

求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为

液相中SO2溶解度／kgSO2100kg(H2O) 气相中SO2平衡分压/kPa 17.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1 91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63 YY2L解 ①最小液一-比1的计算 *GXXmin12y0.09y10.09, Y11==0.0989

1y110.090.95,Y2(1)Y110.950.09890.00495

吸收剂为水，X20，总压p100kPa

099kPa 原料气中SO2分压PSOpy11000．2从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0．868换算为摩尔比 X1*kgSO2

100kgH2O0.868/642.44103

100/18Y Y20.09890.00495L最小液-气比 1*38.5

G0.00244XXmin12②用水量计算

LL/G1.21.238.546.2

Gmin已知炉气流量 1000 m3/h (30℃，100kPa)

标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4 m3/kmol(273.15K，101.325kPa) 炉气的摩尔流量为 1000273.15100139.7kmol/h 303.15101.32522.4惰性气体流量 G39.7（10．）0936.1kmol/h 吸收用水量 L46.236.11668kmol/h 1816683104kg/h ③出塔水溶液的组成 X1Y1Y20.09890.004952.03103 L/G46.2【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20℃时CO2水溶液的亨利系数E144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比L/G及溶液出口组成X1。(2)试求总压改为1MPa时的L/G及X1。

解 (1)总压p0.1MPa时L/G及X1 Y1y10.020.02041, Y20.001，X20 1y110.02mE/p144/0.11440

Y1Y20.020410.001L1369 GY/mX0.02041/14400min12LL1.21.213691643 GGminX1X2G0.020410.0011.1810-5 Y1Y20L1643(2) 总压p1MPa时的L/G及X1 mE/p144／1144

(L/G)min0.020410.001136.9

0.02041/144L/G1.2(L/G)min1.2136.9164.3

X10.020410.0011.18104

164.3从上述计算结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa，溶液出口组成从1.18105增加到1.18104。

【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为Y*0.36X，气相总传质系数

KYa0.015kmol／(m3s)。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为0.015kmol／(m2s)。试求填

料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。

解 (1)气相总传质单元高度HOG计算 入塔混合气的流量

G'=0.015 kmol／(m2s) Ωy10.02,KYa0.015 kmol／m3s

惰性气体流量 HOGGΩG'01510．020.0147kmol／(m2s) 1y10．ΩG0.01470．98 m KYaΩ0.015(2) 气相总传质单元数HOG计算 Y1y10.020．0204，回收率0．99 1y10.98Y2Y11= 0.020410.99= 2.04104

x20.0002,X2x20.0002

①吸收因数法计算NOG

X1*Y1／m0.0204／0.360.0567

YY2L0.02040.000204L1.51.511.50.536 G0.05670.0002X1*X2GminmG0.360.672 L0.536NOGmGY1mX2mG1ln1 mGLYmXL221L

10.02040.360.0002ln10.6720.672 10.6720.0002040.360.000212

② 对数平均推动力法计算NOG YYL12 GX1X2X1X2Y1Y2 L/G0.02040.0002040.0379

0.536 0.0002Y1*mX10.360.03790.0136 Y2*mX20.360.00020.000072 Y1Y1Y1*0.02040.01366.8103

Y2Y2Y2*0.2041030.0721030.132103

Y1Y26.81030.132103Ym1.69103

Y6.8lnln10.132Y2NOGY1Y20.02040.00020412 Ym1.69103(3)填料层高度Z计算 ZHOGNOG0.981211.8m

【5-17】混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成X16104（摩尔比）。混合气体处理量为，塔径为1.5m。亨利系数E188MPa，液相2240m3/h（按标准状态，273.15K, 101325Pa）

体积总传质系数KLa50kmol，试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。 (m3hkmol/m3)。

解 (1)用水量计算 y10.1，Y10.10.0050.111，Y20．005,Y2 5.03103，X16104，X20 0.90.9952240100kmol／h 22.4混合气流量 'G惰性气体流量 GG'1y110010.190kmol／h 用水量 LG(Y1Y2)90(0.1110.00503)1.59104kmol/h 4X1X2610 1.59104182.86105kg/h (2) 填料层高度Z计算

cs/Ms995.7/1855.3kmol/m3 水溶液的总浓度

体积传质系数 KXacKLa55.3502765 kmol/(m3h) 液相总传质单元高度 HOLL1.59104 KXaΩ2765(1.5)24 3.26m ①对数平均推动力法计算NOL 气液相平衡常数 mE18894 p2X1*Y1／m0.111／941.18103

*X2Y2/m0.00503/945.35105

X1X1*X11.181036104= 5.8104

*X2X2X25.3510505.35105

X1X2 581055.35105Xm=2.209104 5X5810ln1lnX15.35105液相总传质单元数

NOLX1X261040 2.72 Xm2.209104②吸收因数法计算NOL L1.591041.879 mG9490NOLLX2X1*Lln1 *LmGmGXX111mG1101.18103ln11.8791.879 2.73 11.87961041.18103填料层高度 ZHOLNOL3.262.738.9m

【5-18】气体混合物中溶质的组成Y10.02（摩尔比），要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y*1.0X。

(1)试求下列3种情况下的液相出口组成X1与气相总传质单元数NOG (利用教材中图5-23)，并迸行比较，用推动力分析NOG的改变。3种情况的溶质回收率均为99%。

①入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G2.0； ②入塔液体为纯吸收剂，液-气比L／G1.2；

③入塔液体中含溶质的组成X20.0001（摩尔比），液-气比L／G1.2。

(2)入塔液体为纯吸收剂，最小液-气比(L／G)min0.8，溶质的回收率最大可达多少？

解 (1)求X1与NOG

回收率0.99，Y10.02，相平衡常数m=1

Y21 Y110.990.020.0002

① X20，L／G2，L／mG2

Y2mX20.000200.01查图5-23，得NOG7.8

Y1mX20.020YY0.020.0002L X10.0099 12 2X10GX1X2② X20,L／G1.2,L／mG1.2 Y2mX20.01 查图5-23，得NOG17

Y1mX21.20.020.0002 X10．0165

X10③ X20.0001,L／G1.2,L／mG1.2 Y2mX20.00020.00015.03103

Y1mX20.020.0001查图5-23，得NOG21 1.20.020.00020.020.0002 X10.00010.0166

X10.00011.2计算结果比较：

②与①比较，X2相同，L/G减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小。为达到一定的溶质回收率要求（即达到一定的Y2要求），NOG需要增大，同时X1也增大了。

③与②比较，L/G相同，使X2增大，即操作线斜率相同，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，NOG增大，同时X1也增大了。

(2) X20, (L/G)min0.8 ， (L/G)min0．8 m当液体出口组成X1与气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即X1*Y1／m 由物料衡算得 ()minLGY1Y2Y1Y2Y1Y2 Y1X1*X2Y1X2mm回收率 L/GminY1Y2L0.80.8 Y1mGm溶质的回收率最大可达80%。

【5-19】某厂有一填料塔，直径880mm，填料层高6m，所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆。每小时处理2000m3混合气（体积按25℃与101.33kPa计），其中含丙酮摩尔分数为5%。用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%。塔底送出来的溶液，lkg含丙酮61.2g。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数KYa。操作条件下的平衡关系为

Y*2.0X。

上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮？若把填料层加高3m，可以多回收多少丙酮？ 解 (1)计算体积总传质系数KYa 先从已知数据求NOG 相平衡常数 m2 y10.05, Y1y10.050.0526, 1y110.05y20.00263,Y2X20

0.002630．00264

10.00263塔底排出的水溶液，每l000g含丙酮61.2g 丙酮的摩尔质量为58kg/kmol X161.2/580.0202

(100061.2)/18Y1Y2Y1Y2 **YmY1Y1Y2Y2Y1Y1*ln*Y2Y2传质单元数 NOG 0.05260.002648

0.052620.02020.0026400.052620.0202ln0.002640NOG也可用吸收因数法计算

YYL0.05260.00264122.47 GX1X20.02020m2,L2.471.24 mG2Y2Y2*0.0026400.0502 0.05260Y1Y2*从教材图5-23查得NOG8 或用计算式求出NOG

NOGmG20.81 L2.47mGY1Y2*mG1ln1 *mGLLYY221L 10.05260ln10.810.81

10.810.002640Z60.75 NOG8 =8.03

已知填料层高度Z6m，计算HOG

再从式 HOGG计算KYa KYaΩ惰性气体流量G2000(10.05)20000.95 m3／h (20℃，101.33kPa) 理想气体在273K、101.325kPa时的摩尔体积为22.4 m3/kmol 在298K、101.325kPa下的摩尔体积为

22.429824.45m3/kmol 273G20000.95=77.7kmol/h，塔径DT0.88 m

24.45Ω塔截面积 42DT40.880．608m2

2体积总传质系数 KYaGHOGΩ77.7170 kmol/(m3h)

0．750．608(2)每小时丙酮回收量为

GY1Y2= 77.70.05260.002643.88kmol/h

583.88225kg/h

(3)填料层加高3m，Z639m，HOG0.75 则 NOGZ9L12, 1.24 HOG0.75mGY'20．023 Y1从教材图5-23查得

Y'20.023Y10.0230.05260.00121

填料层Z9m时，丙酮的回收量为

G(Y1Y'2)77.70.05260.00121= 3.99kmol/h

多回收丙酮 3.993.880.11kmol/h 也可以如下计算

G(Y2Y'2)77.70.002640.001210.111kmol/h

【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A，以逆流方式操作。进入塔底混合气中溶质A的摩尔分数为1%，溶质A的吸收率为90%。此时，水的流量为最小流量的1.5倍。平衡线的斜率m=l。试求：(1)气相总传质单元数NOG；(2)若想使混合气中溶质A的吸收率为95%，仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度HOG不受液体流量变化的影响。此时，可调节什么变量，简便而有效地完成任务？试计算该变量改变的百分数。

解 已知y10.01，0．8，m1，X20

Y1y10.010.0101，y21Y1(1-0.9)0.01010.00101 1y110.01(1)计算气相总传质单元数NOG

Y1Y2Y1Y20.01010.00101L0.9 *0.0101/10GminX1X2Y1/mX2LL1.51.50.91.35 GGminL1.351.35 mG1NOGmGY1mX2mG1ln1 mGLYmXL221L10.010101ln14.64 11.350.0010101.3511.351(2)要想使吸收率从90%提高到95%，可增大吸收剂用量 填料层高度 ZHOGNOG

对于已有的填料塔，其填料层高度已定，吸收剂用量改变不会改变HOG。因此，NOG不会改变，仍为NOG4.64。

950．01015.05104 新工况下， Y'21Y110．Y'2mX25.051040.05

Y1mX20.0101用NOG4.64与

Y'2mX20．05，从图5—23查得

Y1mX2LL2.1， m=1, 故2.1 mGG为了使吸收率从90%提高到95%，L／G需要从1.35增加到2.1，增加的百分数为 2.11.35 10055.5% 1.35【5-21】某填料吸收塔的填料层高度已定，用清水吸收烟道气中的CO2 ，CO2的组成为 0.1（摩尔比），余下气体为惰性气体，液一气比为180，吸收率为95%。操作温度为30℃， 总压为2MPa。CO2水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算下列3种情况的溶质吸收率、吸收液（塔底排出液体）组成X1、塔内平均传质推动力Ym，并与原有情况进行比较：(1)吸收剂由清水改为组成为0.0001（摩尔比）的CO2水溶液；(2)吸收剂仍为清水，操作温度从30℃改为20℃；(3)吸收剂为清水，温度为30℃。由于吸收剂用量的增加，使液-气比从180增加到200。

解 总压p2MPa，Y10.1 (1) X20改为X'20.0001 新工况的Y'2计算

此时，HOGGZ不会改变，因填料层高度Z为一定值，所以NOG不变。 KYaΩHOG原工况 NOGmGY1mX2mG1ln1 mGLYmXL221L新工况 N'OG因NOGmGY1mX'2mG1ln1 mGLY'mX'L221LYmX2Y1mX'2 N'OG，故1 a

Y2mX2Y'2mX'2Y10.1,Y2Y1(1)0.1(10.95)0.005 X20，X'20.0001

查得30℃时CO2水溶液的E188MPa mE/ p188/294

将上述数据代入式(a)

0.100.1940.00010.0050Y' Y'20.0139 2940.0001解得新工况的吸收率'1Y'2/Y110．0139/0.10.861 吸收液组成计算 已知L/G180

原工况 X1GLYY0.10.00512X218000.000528 新工况 X'G1LYY'0.10.013912X'21800.00010．000578 平均传质推动力的计算 方法①

按原工况计算NOG mG／L94/1800.5222

NOG110.5222ln10.52220.100.00500.52224.84 原工况 YY1Y20.10mN.0050.0196 OG4.84因 N'OGNOG4.84 新工况 Y'Y1Y'2mN'0.10.01390.0178 OG4.84方法②

原工况 Y*1Y1Y1Y1mX10.1940.0005280.05037 Y*2=Y2-Y2=Y2 mX2 0.005-00. 005 YY1Y2m0.050370.0050.0196 1nY1Y1n0.0503720.005

新工况 Y1Y1mX2'0.1940.0005780.04567 Y2Y1'mX2'0.0139940.00010.0045

' YmY1Y20.045670.00450.0178 Y10.045671n1n0.0045Y2从上述计算结果可以看出：

当吸收剂组成 由X20增加到X1'0.0001时，

'传质推动力 由Ym0.0196降为Ym0.0178

溶质吸收率 由0.95降为'0.861

吸收液组成 由X10.000528增至X1'0.000578

对现有吸收塔，吸收剂入塔组成增大，使传质推动力降低，而导致溶质吸收率下降。

'如果不需要计算平均传质推动力的数值，而只需对比，则可如下计算。NOGNOG

''新工况Ym’Y1Y2/NOGY1Y2'0.10.0139 0.906 '原工况YmY1Y2'/NOGY1Y20.10.005(2) X20，操作温度从30℃改为20℃ 查得20℃时CO2水溶液的E144 MPa mE/p144/272 新工况的Y2'计算

mG720.4 L180原工况 NOG4.84（前面已计算）

'新工况 NOGmGY1mX2mG11n1 'mGLLYmX221L10.101n0.6'0.4 0.6Y20'4.84 因 NOGNOG4.840.0611n'0.4 0.6Y20.061n'0.42.904 Y2e2.9040.060.4 Y2'

Y2'0.00336

新工况的吸收率 '1Y2'/Y110.00336/0.10.966 吸收液组成计算

原工况 X10.000528(前面已计算) 新工况 X1'G0.10.00336Y1Y2'X200.000536 L180平均传质推动力计算 原工况 YmY1Y20.10.0050.0196（前面已计算） NOG4.84'因 NoGNoG4.84

Y1Y2'0.10.003360.02 新工况 Y'4.84NoG'm从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当操作温度降低，平衡线斜率减小（即m减小），传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。

(3) X20，温度30℃，m=94

原工况 L/G180 mG／L94/1800. 522 新工况 L/G200 mG/L94/2000. 47 新工况的Y2'计算

原工况 NOG4.84（前面已计算）

'新工况 NOGmGY1mx2mG1ln1 'mGLLYmX221L' 因 NOGNoG4.84

4.840.1011n10.47'0.47 10.47Y02解得 Y2'0.00423

新工况的吸收率 '1Y2'/Y110.00423/0.10.958 吸收液组成计算

原工况 X10.000528(前已计算) 新工况 X1'G0.10.00423(Y1Y2')X200.000479 2200平均传质推动力计算

'原工况 YmY1Y20.10.005 0.019（6前已计算）4.84NOG'新工况 NOGNoG4.84

Y1Y2'0.10.00423Y0.0198 '4.84NOG'm从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当吸收剂用量增加，操作线斜率增大，传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。

【5-22】有一逆流操作的吸收塔，其塔径及填料层高度各为一定值，用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G，吸收剂清水流量L及操作温度与压力分别保持不变，而使进口混合气体中的溶质组成Y1增大。试问气相总传质单元数NOG、混合气出口组成Y2、吸收液组成X1及溶质的吸收率η将如何变化？并画出操作示意图。

解

①填料层高度Z已定，且气象总传质单元高度HOGGZ不变，故NOG不变。 KYaΩHOGY2mX2Y1mX2②物系一定，操作温度及压力不变，故气液相平衡常数m一定，且G及L不变，故L/Gm一定。因NOG与L/Gm各为一定值，从教材中NOG的计算式（5-76）或图5-23可知为一定值。且吸收剂为清水，故X2=0，则

Y2为一定值。即随着Y1的增大，Y2按一定比例Y1增大。如习题5-22附图所示，气相进口组成由Y1增大到Y1'，则气相出口组成由Y2增大到Y2'.

③操作线斜率L/G不变，因Y1增大到Y1'，附图中的操作线由TB线平行上移为TB

‘

’

‘

’

线。TB线与水平的等Y’线交垫横坐标X1'为新条件下的液相出口组成。即吸收液组成由X1增大到X1'。

Y2'Y2Y④由第②问的分析结果可知'=一定值，故吸收率12不变。

Y1Y1Y1

Y Y2'

T'

'1B'

B

Y1 Y2 T

X2

X1 X1'

习题5-22附图

解吸塔计算

【5-23】由某种碳氢化合物(摩尔质量为113 kg/kmol)与另一种不挥发性有机化合物（摩尔质量为135kg/kmol）组成的溶液，其中碳氢化合物占8%（质量分数）。要在100℃、101. 325kPa（绝对压力）下，用过热水蒸气进行解吸，使溶液中碳氢化合物残留0.2%（质量分数）以内，水蒸气用量为最小用量的2倍。气液相平衡常数m=0.526，填料塔的液相总传质单元高度HOL= 0.5m。试求解吸塔的填料层高度。

XX2G解 1*

LminY1Y2Y1*mX10.5260.1040.0547

习题5-23附图

G0.1040.00239G223.72 LL0.05470minL10.511 mG0.05263.72NoLLX1Y2/mL1n1 LmGXY/mmG221mG110.1041n10.5110.5116.3

10.5110.00239ZHOLNOL0.56.33.15m

传质系数计算和吸收剂部分循环

【5-24】 现一逆流吸收填料塔，填料层高度为8m，用流量为100kmol/（㎡·h）的清水吸收空气混合气体中某溶质，混合气体流量为600Nm3/（㎡·h），入塔气体中含溶质0.05（摩尔分数，下同），实验测得出塔气体中溶质的吸收率为95％。已知操作条件下的气液相平衡

关系为Y=2.8X。设吸收过程为气膜控制。 （1） 计算该填料的气相总体积传质系数；

（2） 吸收过程中，将吸收后吸收液的50％送入解吸塔解吸后循环使用，解吸后的液体含

氨0.004，若维持进吸收塔总液体量不变，计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶加入情况下，出塔气体中溶质的摩尔分数。 解（1）Y1y10.050.0526

1-y11-0.05吸收率为95％时，y2=0.05（1－0.95）＝0.0025，Yy20.00250.0025

21-y21-0.0025混合气体流量G＝600／22.4=26.8 kmol/（㎡·h） 液气比L1003.73

G26.8吸收因数SmG2.80.75 L3.73气相总传质单元数NOG

NOG Y-mX21ln1-S1S1-SY2-mX2NOG10.0526-0ln1-0.750.757.17 1-0.750.0025-0气相总传质单元高度HOG

HOG H81.12m NOG7.17气相总体积传质系数KYaG26.823.9kmol/(m3h)

HOG1.12（3） 纯水和解吸后液体混合后的组成X2

X2L0LL0.004 22X2=0.002

出塔气体中溶质摩尔分数

NOGY1-mX'21ln1-S'S '1-SY2-mX27.1710.0526-2.80.002ln1-0.750.75 '1-0.75Y2-2.80.002Y2'0.00784

Y2'0.00784y0.00777 '1Y210.00784'2

多股进料进料位置和方式不同对填料层高度的影响

【5-25】在101.3kPa、25℃的条件下，采用塔截面积为1.54 Y2 G X2 L Y2 G X2 L ㎡的填料塔,用纯溶剂逆流吸收两股气体混合物的溶质，一股气 体中惰性气体流量为50kmol/h，溶质含量为0.05（摩尔比，下 同），另一股气体中惰性气体流量为50kmol/h，溶质含量为0.03，YbVb Xb 要求溶质总回收率不低于90％，操作条件下体系亨利系数为279 kPa，试求： （1） 当两股气体混合后从塔底加入，液气比为最小液气比的 Y 1m G X1 L 1.5倍时，出塔吸收液浓度和填料层高度（该条件下气相 YaGa X1 L YaGa YbVb 3

总体积传质系数为30 kmol/（h ·m），且不随气体流量 习题5-25附图 而变化）； （2） 两股气体分别在塔底和塔中部适当位置（进气组成与塔

内气相组成相同）进入，所需填料层总高度和适宜进料位置，设尾气气体组成与（1）相同。

（3） 比较两种加料方式填料层高度变化，并示意绘出两种进料情况下的吸收操作线。

解 根据题意吸收流程如图5-14所示： （1） 混合后气体摩尔比浓度：

Y1mGaYaGbYb

GaGbY1m500.05500.030.04

5050出塔气体浓度：

Y2Y1m(1-)0.041-0.900.004

物系的相平衡常数mE2792.75,X2=0

P101.3Y-YL操作液气比L1.51.51m21.5m1.50.902.753.72 Ym1GGminX2mX1＝X2GY1m-Y20.04-0.004＝0.00968 L3.72G50502.17m

KYa301.54传质单元高度HOGSmG2.750.74 L3.72 NOG1ln(1S)1S

1S1-NOG11ln(10.74)0.744.64

10.741-0.90

ZNOGHOG 2.174.6410.07m

（2） 当两股气体分别进入吸收塔，高浓度在塔底进入，低浓度在如图5-14所示塔中部进入，吸收塔分为两部分，塔内液气比不同，填料层高度分两段计算。

上段填料层高度：

对于塔上部：进塔气体组成为Yb0.03，出塔气体组成为Y20.004，液气比L/V＝3.72，塔中部液体组成Xb＝传质单元高度HOG1GYb-Y20.03-0.004＝0.00699。 L3.72G2.17m

KYaS1mG0.74 LYmX21ln(1S1)bS1 1S1Y2mX2NOG1NOG110.03ln(10.74)0.743.81

10.740.004Z1NOG1HOG1 3.812.178.27m

第二股气体进塔位置距塔顶8.27m处。

下段填料层高度：

对于塔下部：进塔气体组成为Ya0.05，中部气体组成为Yb0.03，液气比L/G＝3.72X2＝7.44，进塔液体组成Xb＝0.00699。 传质单元高度HOG2G/21.085m

KYa mG/2S20.37

LY Ya Ym Yb Y2 A B D C NOG2YmXb1ln(1S2)aS2 1S2YbmXbE NOG210.05-2.750.0069 ln(10.37)0.371.2110.370.03-2.750.0069 

Z2NOG2HOG2 1.211.0851.31m

ZZ1Z28.271.319.58m

O Xb X1 习题5-25附图 X （3）气体混合后进入吸收塔的操作线如图5-15为ABC，分别在适宜位置进入吸收塔的操作线为ABD，从操作线距离平衡线的距离看，气体混合后进入吸收塔的操作线靠**衡线，传质推动力降低，所以填料层高度增加。吸收是分离过程，而组成不同的气体先混合是返混，

返混对吸收不利，故填料层高度增加。