第七章

练习题 1.在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量

分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。

解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数y1和y2。

y1?0.055/170.055/17?0.945/290.002/17?0.0903

y2?

?0.00340.002/17?0.998/29 进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2为

Y1? Y2?0.09031?0.09030.00341?0.0034?0.0993 ?0.0034

由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。

第八章

练习题2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分

数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计

5算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数E?1.66?10kPa，水

溶液的密度为997.8 kg/m3。

解：水溶液中CO2的浓度为

c?350/1000kmol/m3?0.008kmol/m3 44997.83

kmol/m3?55.43kmol/m 18对于稀水溶液，总浓度为 ct?水溶液中CO2的摩尔分数为

c0.008x???1.443?10?4

ct55.43 由 p*?Ex?1.66?105?1.443?10?4kPa?23.954kPa 气相中CO2的分压为

p?pty?101.3?0.03kPa?3.039kPa < p*

故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO2的分压表示的总传质推动力为

?p?p*?p?(23.954?3.039)kPa?20.915kPa

练习题7. 某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为221 m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料

塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h，溶质的含量为

5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的

?42气液平衡关系为Y?2.75X；气相总吸收系数为3?10kmol/(m?s)；填料的有效比表面积

近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。

解：（1）惰性气体的流量为

qn,V?50?(1?0.05)kmol/h?47.5kmol/h

对于纯溶剂吸收

?qn,L??q?n,V?qn,L??q?n,V?Y1?Y2??m?A ??Y/m?X12?min?200??2.632 ???min47.5?1.6依题意

(qn,L/qn,V)min2.632??95.71%

m2.75y10.05（2）Y1???0.0526

1?y11?0.05?A? Y2?Y1?1??A??0.0526??1?0.9571??0.00226 X1?qn,Vqn,L?Y1?Y2??X2?47.5??0.0526?0.00226??0?0.0120

200 ?Y1?Y1?Y1*?0.0526?2.75?0.0120?0.0196 ?Y2?Y2?Y2*?0.00226?2.75?0?0.00226 ?Y??Y1??Y2?0.0196?0.00226?0.0080 3m?Y0.0196lnln10.00226?Y2 NOG? HOG?Y1?Y20.0526?0.00226??6.269 ?Ym0.00803Z5?m?0.798m NOG6.269由 HOG? Ω?qn,VKYa?qn,V

KYaHOG4Ω?π?47.5/3600m2?0.277m2 ?43?10?221?0.9?0.798填料塔的直径为

D?4?0.277 m?0.594m 3.14练习题11. 某制药厂现有一直径为 0.6 m，填料层高度为6 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某

混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = 1.5 X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。

解：改造前填料层高度为

Z?HOGNOG

改造后填料层高度为

?NOG? Z??HOG?NOG? 故有Z??HOGZHOGNOG由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故

??HOG HOGS??S

对于纯溶剂吸收X2?0，Y2*?0 由 NOG?1ln[(1?S)Y1?Y2*?S]

1?SY2?Y2*故 NOG?Y1ln[(1?S)1?S] 1?SY2Y1ln[(1?S)1?S] 1?SY2???NOG因此，有

Y1?S]Y2?Z? ?Zln[(1?S)Y1?S]Y2ln[(1?S)操作液气比为

qn,Lqn,V?Y1?Y20.02?0.004??4

X1?X20.004?0S?mqn,Vqn,L?1.5?0.375 40.02?0.375]Z?0.002??1.509

0.02Zln[(1?0.375)?0.375]0.004Z??1.509?6m?9.054m

ln[(1?0.375)填料层增加的高度为

?Z?Z??Z?(9.054?6)m?3.054m

练习题12. 若吸收过程为低组成气体吸收，试推导HOG?HG?1HL。

A解：HG?qn,Vkya?qn,L

HL?S?kxa?1mqn,V ?Aqn,LHG? 由 HOGqmqqqq11m1 HL?n,V?n,Vn,L?n,V(?)?n,VAkya?qn,Lkxa?a?kykxa?KYq?n,V KYa?1H L A 故 HOG?HG?

作业题3. 在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测

得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y?0.032、c?1.06koml/m。气膜吸收系数kG=5.2×10-6 kmol/(m2〃s〃kPa)，液膜吸收系数kL=1.55×10-4 m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725 kmol/(m3〃kPa)。

（1）试计算以?p、?c表示的总推动力和相应的总吸收系数；

（2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 ?p?p?p*?pty? 其对应的总吸收系数为

3c1.06?(110.5?0.032?)kPa?2.074kPa H0.72511111???(?)(m2?s?kPa)/kmol ?4?6KGHkLkG0.725?1.55?105.2?10?(8.899?103?1.923?105)(m2?s?Pa)/kmol?2.012?105(m2?s?Pa)/kmol

2

KG?4.97?10?6kmol/(m〃s〃kPa)

以液相组成差表示的总推动力为

?c?c*?c?pH?c?(110.5?0.032?0.725?1.06)kmol/m?1.504kmol/m 其对应的总吸收系数为 K?L3311H?kLkG?110.725?1.55?10?45.2?10?6m/s?6.855?10?6m/s

（2）吸收过程的控制因素

气膜阻力占总阻力的百分数为

1/kGKG4.97?10?6???100%?95.58% ?61/KGkG5.2?10