1、第六章吸收【例6-1】 總壓為101.325kPa、溫度為20C時，1000kg水中溶解15kg NH3,此時溶液上方氣相中NH3的平衡分壓為2.266kPa。試求此時之溶解度系數(shù) H、亨利系數(shù)E、相平衡常數(shù)m。解：首先將此氣液相組成換算為y與x。NH3的摩爾質(zhì)量為 17kg/kmol，溶液的量為 15kg NH 3與1000kg水之和。故x“a“a15/17 00156n“a“b15/17 1000/18*y*Pa2.2660.0224P101.325m*y0.02241.436x0.0156由式（6-11）E=P m=101.325 X 1.436=145.5kPa或者由式(6-1) E

2、匹 2.266145.3 kPax 0.0156溶劑水的密度ps=1000kg/m3，摩爾質(zhì)量 Ms=18kg/kmol，由式(6-10)計算H H s 10000.382 kmol/ (m3 kPa)EM s 145.3 18H值也可直接由式6-2算出，溶液中NH3的濃度為Ca比mA / M A15/170.869 kmol/mVmA ms / s151000 /1000所以HCaH*0.8690.383 kmol/(m3 kPa)Pa2.266【例6-2】在20 C及101.325kPa下CO?與空氣的混合物緩慢地沿NazCOs溶液液面流過，空氣不溶于 Na2CO3溶液。CO2透過厚1mm

3、的靜止空氣層擴(kuò)散到Na2CO3溶液中。氣體中CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的濃度極小，可忽略不計。CO2在空氣中20C時的擴(kuò)散系數(shù) D為0.18cm2/s。問CO2的擴(kuò)散速率是多 少？解：此題屬單方向擴(kuò)散，可用式 6-17計算。擴(kuò)散系數(shù)D=0.18cm2/s=1.8X 10-5m2/s擴(kuò)散距離Z=1mm=0.001m，氣相總壓力 P=101.325kPa氣相主體中 CO2 的分壓力 pA1 = PyA1=101.325 X 0.2=20.27kPa氣液界面上CO2的分壓力pA2=0氣相主體中空氣（惰性氣體）的分壓力PB1為Pb1 P PA1

4、 101.32520.2781.06 kPa氣液界面上空氣的分壓力PB2=101.325kPa空氣在氣相主體和界面上分壓力的對數(shù)平均值為pBmPb2p bi 101.325 81.0690.8 kPa代入式NaIn陀Pb181.06(6-17), 得DP RTZ PBmPa1P A21.8 10咤 20.27 090.88.314 293 0.0011.67 10 4 kmol/ ( m2 s)【例6-3】 含氨極少的空氣于 101.33kPa, 20C被水吸收。已知氣膜傳質(zhì)系數(shù)kG=3.15 X10-6kmol/ （m2 s kPa）,液膜傳質(zhì)系數(shù) kL=1.81 X 10-4kmol/ （

5、m2 s - kmol/m 3）,溶解度系 數(shù)H=1.5kmol/ （m3 kPa）。氣液平衡關(guān)系服從亨利定律。求：氣相總傳質(zhì)系數(shù)Kg、Ky；液相總傳質(zhì)系數(shù)Kl、Kx。Kg kG HkL3.15 10 61.5 1.8110 43.24 105解：因為物系的氣液平衡關(guān)系服從亨利定律，故可由式（6-37）求KgKg=3.089 x 10-6kmol/ (m2 s kPa) 由計算結(jié)果可見Kg q kG此物系中氨極易溶于水，溶解度甚大，屬“氣膜控制”系統(tǒng)，吸收總阻力幾乎全部集中 于氣膜，所以吸收總系數(shù)與氣膜吸收分系數(shù)極為接近。依題意此系統(tǒng)為低濃度氣體的吸收，Ky可按式（KyPKg 101.33 3

6、.08910 63.13106-36 )來計算。4 kmol根據(jù)式丄K?(6-37 )求1 HkLkGKl11.81 10 41.53.15 10 64.815 105Kl2.08 106 / 2kmol/ (m2.s kmol ) m3同理，對于低濃度氣體的吸收，可用式（6-36）求KxKx=Kl - c由于溶液濃度極稀，c可按純?nèi)軇┮灰凰畞碛嬎恪 1000.3c 55.6 kmol/mM s 18Kx=Kl - c=2.08 x 10-6 X 55.6=1.16 X 10-4kmol/ ( m2 s)【例6-4】 由礦石焙燒爐出來的氣體進(jìn)入填料吸收塔中用水洗滌以除去其中的SO2。爐氣量為

7、1000m3/h,爐氣溫度為20 C。爐氣中含9% （體積分?jǐn)?shù)）SO2,其余可視為惰性氣體 （其 性質(zhì)認(rèn)為與空氣相同）。要求SO2的回收率為90%。吸收劑用量為最小用量的 1.3倍。已知 操作壓力為101.33kPa,溫度為20C。在此條件下 SO2在水中的溶解度如附圖所示。試求：（1） 當(dāng)吸收劑入塔組成 X2=0.0003時，吸收劑的用量（kg/h）及離塔溶液組成 X1。（2） 吸收劑若為清水，即X2=0，回收率不變。出塔溶液組成X1為多少？此時吸收劑用量比（1）項中的用量大還是小？解：將氣體入塔組成（體積分?jǐn)?shù)）y 0.091 _y 1 0.09=0.099kmol （二氧化硫）9%換算為摩

8、爾比/kmol （惰性氣體）所以根據(jù)回收率計算出塔氣體濃度回收率丫一丫L 90%丫1丫2丫2=丫1 (1n) =0.099 ( 1-0.9) =0.0099kmol (二氧化硫)惰性氣體流量V-1000273V10.0922.4 273 20氣體)/h/kmol （惰性氣體）37.85 kmol（惰性14X1Q-11330例4 附圖=0.0105kmol （惰性氣體）從例6-4附圖查得與丫1相平衡的液體組成X1*=0.0032kmol （SO2） /kmol（1） X2=0.0003時，吸收劑用量根據(jù)式（6-44）可求得/s(H2O)L丫1 丫2LV min X1 X2V13 VrLV1.3因

9、為L丫1丫2VX1X2所以X1丫1丫21.3L/VX2LVminLVm in0.0990.00990.00320.000330.739.9137.85 39.911830.727155 kg/h0.0990.009939.910.0003（二氧化硫）/kmol （水）（2） X2=0，回收率n不變時回收率不變，即出塔爐氣中二氧化硫的組成丫2不變，仍為Y2=0.0099kmol （二氧化硫）/kmol （惰性氣體）LV min吸收劑用量=0.00253kmolY1丫2X!0.0990.009927.840.0032LL 1.3 V1.3 37.85 27.84 1824630 kg/h出塔溶液組

10、成XiY, Y20.099 0.0099Xi -2 X20L/V36.2=0.00246kmol (SO2) /kmol (H2O)由(1)、( 2)計算結(jié)果可以看到，在維持相同回收率的情況下，吸收劑所含溶質(zhì)濃度降低，溶劑用量減少，出口溶液濃度降低。所以吸收劑再生時應(yīng)盡可能完善，但還應(yīng)兼顧解吸過程的經(jīng)濟(jì)性。【例6-5】 用SO2含量為0.4g/100gH20的水吸收混合氣中的SO2。進(jìn)塔吸收劑流量為37800kgH20/h，混合氣流量為 100kmol/h，其中SO2的摩爾分率為 0.09,要求SO2的吸收率 為85%。在該吸收塔操作條件下SO2- H2O系統(tǒng)的平衡數(shù)據(jù)如下：x5.62 X 1

11、0-51.41 X 10-42.81 X 10-44.22 X 10-45.62 X 10-4*y3.31 X 10-47.89X 10-42.11 X 10-33.81 X 10-35.57 X 10-3x8.43 X 10-41.40X 10-31.96 X 10-32.80X 10-34.20 X 10-36.98 X 10-3*y9.28 X 10-31.71X 10-22.57 X 10-23.88 X 10-26.07 X 10-21.06 X 10-1OG。求氣相總傳質(zhì)單元數(shù) N解：吸收劑進(jìn)塔組成吸收劑進(jìn)塔流量氣相進(jìn)塔組成X20-4/641.13 10 3100/18L 3780

12、0/18=2100kmol/h0.0929.89 1010.09氣相出塔組成 進(jìn)塔惰氣流量丫2=9.89 X 10-2 X( 1- 0.85) =1.48 X 10-2出塔液相組成V=100 X( 1-0.09) =91 kmol/hX VY 丫2X2210091 989 “810 21.13 10 34.77 10 3由X2與X1的數(shù)值得知，在此吸收過程所涉及的濃度范圍內(nèi)，平衡關(guān)系可用后六組平衡 數(shù)據(jù)回歸而得的直線方程表達(dá)。回歸方程為Y*=17.80X- 0.008即 m=17.80, b=-0.008ef。與此式相應(yīng)的平衡線見本例附圖中的直線操作線斜率為!0023 08V 91與此相應(yīng)的操

13、作線見附圖中的直線ab。脫吸因數(shù)S mY !2型077L 23.08'依式6-61計算Nog：Y1*=mX1+b=17.80X 0.00477 0.008=0.0769Y2*=mX2+b=17.80 X 0.00113- 0.008=0.0121 Y1 =Y1 - Y1 *=0.0989 - 0.0769=0.0220 丫2=丫2 丫2*=0.0148 - 0.0121=0.0027Ym0.00920.0020 0.00270.0220 InNog0.09890.01480.00920.00279.1或依式6-59計算N ogNogcln 10.77ln0.0989 0.01210.0

14、0270.779.1【例6-6】 含NH31.5%(體積)的氣體通過填料塔用清水吸收其中的NH3,氣液逆流流動。平衡關(guān)系為 Y=0.8X，用水量為最小用水量的1.2倍。單位塔截面的氣體流量為0.024kmol/(m2 s),體積總傳質(zhì)系數(shù) KYa=0.06kmol/ ( m3 s),填料層高為6m，試求：(1) 出塔氣體NH3的組成；(2) 擬用加大溶劑量以使吸收率達(dá)到99.5%，此時液氣比應(yīng)為多少？解：(1)求丫2應(yīng)用式(6-64)求解。mvln1mV丫1mX2mVL丫2mX2L1(6-64)已知V/ Q =0.024kmol/(m2 s), Kva=0.06kmol/ (m3 s), Z=

15、6m ,求得HVH OG°.°240.4 mKYa0.06N ogLN ogZ0.415Hog(a)Y1=0.015, m=0.8, X2=0,丄V求得LY1丫2丫1丫20.015 Y20.8 0.015 Y2*V minX1X2 Y1X20.015 00.015m0.8mVmm0.80.0125LL/V1.2L/V min1.20.8 0.015丫20.015 丫2已知1.2丄Vm in0.015£ mX20.015 0 0.015Y2 mX2Y2 0 Y2(b)(c)式(a)、(b)及(c)代入式(5-65),得150.01250.0150.01250.012

16、50.015 丫20.015 丫2丫20.015 丫2用試差法求解 丫2,可直接先假設(shè) 丫2,也可先假設(shè)回收率（吸收率） n，由吸收率定義 式n =丫1 丫2求出丫2,代入上式，看符號右側(cè)是否等于左側(cè)的15,即Nog=15。若等于15，丫1則此假定值即為出塔氣體的濃度，計算見本題附表。可得mVL0.8L0.80.8480.943例6-6 附表nY2Y1/Y2mV/LNog0. 90. 0015100. 9266. 90. 950. 00075200. 8779. 80. 990. 000151000. 84217 . 80. 9830. 00025558. 80. 84815（2）吸收率提高到

17、99.5%，應(yīng)增大液氣比。原來液氣比由0.848當(dāng) n =99.5%時丫2=丫1 (1 - n ) =0.015 X( 1- 0.995) =7.5 X 10-5 YXi7.5 10 5 0 0.005, Nog=15丫 mX20.015 0從圖6-23查得L/mV=13.5，貝UL/V=13.5X m=13.5 X 0.8=1.08即吸收率提高到 99.5%時，液氣比應(yīng)由0.943增大到1.08。【例6-7】用洗油吸收焦?fàn)t氣中的芳烴，含芳烴的洗油經(jīng)解吸后循環(huán)使用。已知洗油流量為7kmol/h，入解吸塔的組成為 0.12kmol（芳烴）/kmol （洗油），解吸后的組成不高于 0.005kmo

18、l （芳烴）/kmol （洗油）。解吸塔的操作壓力為101.325kPa，溫度為120 C。解吸塔底通入過熱水蒸氣進(jìn)行解吸，水蒸氣消耗量V/L=1.5 （V/L） min。平衡關(guān)系為 Y*=3.16X，液相體積傳質(zhì)系數(shù)Kxa=30kmol/ （m3 h ）。求解吸塔每小時需要多少水蒸氣？若填料解吸塔的塔徑為 0.7m，求填料層高度。解：水蒸氣不含芳烴，故 丫2=0 ； X1=0.12VX1X20.120.005n QHQ*0. 303LminY1丫23.1612 0V1.5 -1.50.3030.455LL min水蒸氣消耗量為V=0.455L=0.455 X 7=3.185kmol/h=3.

19、185 X 18=57.3kg/hXi Y2/m XiX2Y2/mX20.120.00524mV3.16 0.4550.696,mV1 0.6960.304Nol1In1 mVmVX1Y2 /mX2 Y2/mmV1 ln 0.3040.304240.6966.84用(X2- Y2/m) / (X1 Y2/m) =0.0417、mV/L=1.44，從圖 6-23 查得 Nol=6.9，與計算值接近。H OL1-0.303mKxa300.7 24填料層高度Z=Hol Nol=0.303 X 6.84=2.07m【例6-8】在一填料層高度為 5m的填料塔內(nèi)，用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵腥苜|(zhì)組分。當(dāng)液氣比 為

20、1.0時，溶質(zhì)回收率可達(dá) 90%。在操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y=0.5X。現(xiàn)改用另一種性能較好的填料，在相同的操作條件下，溶質(zhì)回收率可提高到95%，試問此填料的體積吸收總系數(shù)為原填料的多少倍？解：本題為操作型計算，Nog宜用脫吸因數(shù)法求算。原工況下：因 X2=0則：丫勺 mX2 丫11丫2 mX 2 丫21110.910NogIn 1 0.510 0.510.53.41Nog1 In 1 S 丫-1 sy2mX2 SmX2其中c mVS0.5L氣相總傳質(zhì)單元高度為：53.411.466V ZH OGK y a N og新工況（即新型填料）下:Nog丄In0.510.50.51 0.954.70

21、3H ogVZ51.063KYaNog 4.703KYaH og14661.381.063KYaH og即新型填料的體積傳質(zhì)系數(shù)為原填料的1.38倍。討論：對一定咼度的填料塔，在其它條件不變下，米用新型填料，即可提咼KYa，減小傳質(zhì)阻力，從而提高分離效果。【例6-9】在一逆流操作的填料塔中，用循環(huán)溶劑吸收氣體混合物中溶質(zhì)。氣體入塔組成為0.025 （摩爾比，下同），液氣比為1.6,操作條件下氣液平衡關(guān)系為 Y=1.2X。若循環(huán)溶劑組 成為0.001，則出塔氣體組成為 0.0025,現(xiàn)因脫吸不良，循環(huán)溶劑組成變?yōu)?0.01，試求此時 出塔氣體組成。解：兩種工況下，僅吸收劑初始組成不同，但因填料層

22、高度一定，Hog不變，故 Nog也相同。由原工況下求得Nog后，即可求算出新工況下出塔氣體組成。原工況（即脫吸塔正常操作）下： 吸收液出口組成由物料衡算求得：X, V Y Y2X2 °025 0.0025 0.001 0.0151L1.6吸收過程平均推動力和Nog為： Y1 = Y1 - mX1=0.025 - 1.2X 0.0151=0.00688 丫2=丫2 mX2=0.0025 - 1.2 X 0.001=0.0013YmIn0.00688 0.0013, 0.00688In0.00130.00335丫1丫2N OG°.°25 °.00256.72

23、0.00335新工況（即脫吸塔不正常）下;設(shè)此時出塔氣相組成為物料衡算可得：丫2'，出塔液相組成為 X1',入塔液相組成為X1 VL Y1丫2迴玉0.0!1.6X2'，則吸收塔（a）Nog由下式求得Nog1, 丫1 mX1In1 mV 丫2 mX2L1, 0.025 1.2X1In12Y21.2 0.011.64ln咤込6.72丫20.0120.025 - 1.2X1 =5.366 （丫2一 0.012）聯(lián)立式（a）和式（b）,解得：丫2 =0.0127X1 =0.0177吸收平均推動力為：YmY1 丫2Nog0.025 0.01270.001836.72討論：計算結(jié)果

24、表明，當(dāng)吸收-脫吸聯(lián)合操作時，脫吸操作不正常，使吸收劑初始濃度升高，導(dǎo)致吸收塔平均推動力下降，分離效果變差，出塔氣體濃度升高習(xí)題1. 已知在25C時，100g水中含1g NH3,則此溶液上方氨的平衡蒸氣壓為986Pa,在此濃度以內(nèi)亨利定律適用。試求在 1.013X 105Pa (絕對壓力)下，下列公式中的常數(shù)H和m( 1 ) p*=c/H ；( 2) y*=mx2. 1.013X 105Pa、10C時，氧氣在水中的溶解度可用下式表示：p=3.27 X 104x式中p氧在氣相中的分壓，Pa;x氧在液相中的摩爾分率。 試求在此溫度和壓強(qiáng)下與空氣充分接觸后的水中，每立方米溶有多少克氧。3某混合氣體中

25、含 2% (體積)C02,其余為空氣。混合氣體的溫度為30C，總壓強(qiáng)為5X 1.013X 105pa。從手冊中查得30C時C02在水中的亨利系數(shù) E=1.41 X 106mmHg。試求 溶解度系數(shù)H, kmol (m3 kPa)及相平衡常數(shù) m，并計算100g與該氣體相平衡的水中溶 有多少克 C02。4.在1.013X 105Pa、0C下的O2下的O2與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定擴(kuò)散過程。已知相 距0.2cm的兩截面上。2的分壓分別為100和50Pa,又知擴(kuò)散系數(shù)為 0.18cm2/s，試計算下列 兩種情形下。2的傳遞速率kmol/ ( m2 s):(1)。2與CO兩種氣體作等分子反向擴(kuò)散；( 2

26、) CO 氣體為停滯組分。5淺盤內(nèi)存有2mm厚的水層，在20C的恒定溫度下靠分子擴(kuò)散逐漸蒸發(fā)到大氣中。 假定擴(kuò)散始終是通過一層厚度為 5mm 的靜止空氣膜層， 此空氣膜層以外的水蒸氣分壓為零。 擴(kuò)散系數(shù)為2.60X 10-5m2/s,大氣壓強(qiáng)為1.013X 105Pa。求蒸干水層所需時間。6. 于1.013X 105Pa、27C下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中的濃度很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。 已知H=1.955kmol/ ( m3 - kPa),氣膜吸收分系數(shù)kG=1.55 X 10-5kmol/ (m2 s - kPa),液膜吸收分系數(shù) a=2.08 X 10-5kmol

27、/ (m2 s kmol m-3)。試 求吸收總系數(shù) KG 并算出氣膜阻力在總阻力中所占的百分?jǐn)?shù)。7. 在吸收塔內(nèi)用水吸收混于空氣中的低濃度甲醇，操作溫度27C,壓強(qiáng)為1.013X 105Pa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相中甲醇分壓為37.5mmHg ，液相中甲醇濃度為2.11kmol/m3。試根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)計算出該截面的吸收速率。&在逆流操作的吸收塔內(nèi)，于 1.013X 105Pa、24C下用清水吸收混合氣中的 H2S,將 其濃度由 2%降至 0.1%(體積百分?jǐn)?shù)) 。該系統(tǒng)符合亨利定律， 亨利系數(shù) E=545X 1.013X 105Pa。 若取吸收劑用量為理論最小用量的 1.2倍，試計算操作液氣比 qmL/qmv及出口液相組成X1。若操作壓強(qiáng)改為10X 1.0