第八章 吸收
8.1在30℃，常压条件下，用吸收塔清水逆流吸收空气-SO2混合气体中的SO2，已知气-液相平衡关系式为y??47.87x，入塔混合气中
SO2摩尔分数为0.05，
出塔混合气SO2摩尔分数为0.002，出塔吸收液中每100 g含有SO2 0.356 g，试分别计算塔顶和塔底处的传质推动力，用?y、?x、?p、?c表示。
解：（1）塔顶
出塔SO2的摩尔分数为y2?0.002，入塔吸收液中SO2的摩尔分数为x2?0 所以与出塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x2*?0.002/47.87?4.17?10?5 与入塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y2??0 所以?x2?x2*?x2?4.17?10?5?0?4.17?10?5
?y2?y2?y2*?0.002?0?0.002
?p2?101.325??y2?101.325?0.002?0.2026kPa
忽略吸收液中溶解的SO2，则摩尔浓度可计算为c?1000/18?55.6mol/L
?c2?55.6??x2?55.6?4.17?10?5?0.00232mol/L
（2）塔底
入塔SO2的摩尔分数为y1?0.05，出塔吸收液中SO2的摩尔分数为
x1?0.356/64?0.001
100/18所以与入塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x1*?0.05/47.87?0.0010444 与出塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y1??47.87x1?47.87?0.001?0.04787 所以?x1?x1*?x1?0.0010444?0.001?4.44?10?5
?y1?y1?y1*?0.05?0.04787?0.00213
?p1?101.325??y1?101.325?0.00213?0.2158kPa ?c1?55.6??x1?55.6?4.44?10?5?0.00247mol/L
8.2吸收塔内某截面处气相组成为y?0.05，液相组成为x?0.01，两相的平衡
1
关系为
y??2x，如果两相的传质系数分别为
ky?1.25?10?5kmol/(m2·s)，
kx?1.25?10?5kmol/(m2·s)，试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻力
和传质速率。
解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为y??2x?2?0.01?0.02
所以，以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为
*?y?y?y0?.05?0.0 ?20.03同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为x*?0.05/2?0.025
所以，以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为
?x?*x 1?x0?.025?0.?00.015以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为
Kx?11?5??0.83?101/kx?1/mky1/?1.25?10?5??1/?2?1.25?10?5?
kmol/(m2·s)
以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为
Ky?Kx/m?0.83?10?5/2?0.42?10?5 kmol/(m2·s)
传质速率
NA?Kx?x?0.83?10?5?0.015?1.25?10?7 kmol/(m2·s)
或者NA?Ky?y?0.42?10?5?0.03?1.26?10?7 kmol/(m2·s) 以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数分析传质阻力 总传质阻力1/Kx?1/?0.83?10?5??1.20?105 (m2·s)/kmol 其中液相传质阻力为1/kx?1/?1.25?10?5??0.8?105(m2·s)/kmol 占总阻力的66.7%
气膜传质阻力为1/mky?1/?2?1.25?10?5??0.4?105(m2·s)/kmol 占总阻力的33.3%
2
8.3用吸收塔吸收废气中的SO2，条件为常压，30℃，相平衡常数为m?26.7，在塔内某一截面上，气相中SO2分压为4.1kPa，液相中SO2浓度为0.05kmol/m3，气相传质系数为kG?1.5?10?2kmol/(m2·h·kPa)，液相传质系数为kL?0.39m/h，吸收
液密度近似水的密度。试求：
（1）截面上气液相界面上的浓度和分压； （2）总传质系数、传质推动力和传质速率。 解：（1）设气液相界面上的压力为pi，浓度为ci
忽略SO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为c0?1000/18?55.6kmol/m3 溶解度系数H?c055.6??0.0206 kmol/(kPa·m3) mp026.7?101.325在相界面上，气液两相平衡，所以ci?0.0206pi
又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以kG?p?pi??kL?ci?c? 所以1.5?10?2??4.1?pi??0.39??ci?0.05?
由以上两个方程，可以求得pi?3.52kPa，ci?0.0724kmol/m3 （2）总气相传质系数
KG?11??0.00523 kmol/(m2·h·kPa)
1/kG?1/HkL1/0.015?1/?0.0206?0.39?总液相传质系数KL?KG/H?0.00523/0.0206?0.254m/h 与水溶液平衡的气相平衡分压为p*?c/H?0.05/0.0206?2.43kPa 所以用分压差表示的总传质推动力为?p?p?p*?4.1?2.43?1.67kPa 与气相组成平衡的溶液平衡浓度为c*?Hp?0.0206?4.1?0.084kmol/m3 用浓度差表示的总传质推动力为?c?c*?c?0.084?0.05?0.034kmol/m3 传质速率NA?KG?p?0.00523?1.67?0.0087 kmol/(m2·h) 或者NA?KL?c?0.254?0.034?0.0086kmol/(m2·h)
3
8.4 101.3kPa操作压力下，在某吸收截面上，含氨0.03摩尔分数的气体与氨浓度为1kmol/m3的溶液发生吸收过程，已知气膜传质分系数为k?4G?5?10?6
kmol/(m2·s·kPa)，液膜传质分系数为kL?1.5?10m/s，操作条件下的溶解度系数为
H?0.73
kmol/(m2·kPa)，试计算：
（1）界面上两相的组成；
（2）以分压差和摩尔浓度差表示的总传质推动力、总传质系数和传质速率； （3）分析传质阻力，判断是否适合采取化学吸收，如果采用酸溶液吸收，传质速率提高多少。假设发生瞬时不可逆反应。
解：（1）设气液相界面上的压力为pi，浓度为ci 因为相界面上，气液平衡，所以ci?Hpi，ci?0.73pi 气相中氨气的分压为p?0.03?101.3?3.039kPa
稳态传质条件下，气液两相传质速率相等，所以kG?p?pi??kL?ci?c?
5?10?6??3.039?pi??1.5?10?4??ci?1?
根据上面两个方程，求得pi?1.44kPa，ci?1.05kmol/m3 （2）与气相组成平衡的溶液平衡浓度为
c??Hp?0.03?101.3?0.73?2.22kmol/m3
用浓度差表示的总传质推动力为
?c?c??c?2.22?1?1.22kmol/m3
与水溶液平衡的气相平衡分压为
p*?c/H?1/0.73?1.370kPa
所以用分压差表示的总传质推动力为?p?p?p??3.039?1.370?1.669kPa 总气相传质系数
KG?11??4.78?10?6 kmol/(m2·s·kPa) ?6?41/kG?1/HkL1/?5?10??1/?0.73?1.5?10?总液相传质系数KL?KG/H?4.78?10?6/0.73?6.55?10?6m/s
4
传质速率NA?KG?p?4.78?10?6?1.669?7.978?10?6 kmol/(m2·s) 或者NA?KL?c?6.55?10?6?1.22?7.991?10?6 kmol/(m2·s) （3）以气相总传质系数为例进行传质阻力分析
总传质阻力1/KG?1/?4.78?10?6??2.092?105 (m2·s·kPa)/kmol 其中气膜传质阻力为1/kG?1/?5?10?6??2?105(m2·s·kPa)/kmol 占总阻力的95.6%
液膜传质阻力为1/HkG?1/?0.73?1.5?10?4??9.1?103(m2·s·kPa)/kmol 占总阻力的4.4%
所以这个过程是气膜控制的传质过程，不适合采用化学吸收法。
如果采用酸液吸收氨气，并且假设发生瞬时不可逆反应，则可以忽略液膜传质阻力，只考虑气膜传质阻力，则KG?kG?5?10?6kmol/(m2·s·kPa)，仅仅比原来的传质系数提高了4.6%，如果传质推动力不变的话，传质速率也只能提高4.6%。当然，采用酸溶液吸收也会提高传质推动力，但是传质推动力提高的幅度很有限。因此总的来说在气膜控制的吸收过程中，采用化学吸收是不合适的。
8.5 利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为310kPa，气、液相分传质系数分别为
ky?3.77?10?3kmol/(m·s)、
2
kx?3.06?10?4kmol/(m2·s)，气、液两相平衡
?4符合亨利定律，关系式为p?1.067?10x（p*的单位为kPa），计算：
（1）总传质系数； （2）传质过程的阻力分析；
（3）根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应，传质速率会提高多少倍？
E1.067?104?34.4 解：（1）相平衡系数m??p310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为
Kx?11??3.05?10?4kmol/(?4?31/kx?1/mky1/3.06?10?1/34.4?3.77?10???? 5
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