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。

第九章解：（1）塔顶

出塔SO2的摩尔分数为y?0.002，入塔吸收液中SO2的摩尔分数为x22所以与出塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x与入塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y?2?0

*2?0.002/47.87?4.17?10?5

?0

所以?x?x*?x?4.17?10?5?0?4.17?10?5

222?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y?0.05，出塔吸收液中SO2的摩尔分数为 0.356/641x1??0.001100/18所以与入塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x*1?0.05/47.87?0.0010444

与出塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y?1?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?0.01，两相的平衡关系为y??2x，如果两相的传质系数分别为

ky?1.25?10?5?5k?1.25?10xkmol/(m·s)，kmol/(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。

2

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?同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为x*y?y*?0.05?0.02?0.03

?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?以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

x*?x?0.025?0.01?0.015

Kx?2

11s) ?5kmol/(m·

??0.83?10?5?51/kx?1/mky1/?1.25?10??1/?2?1.25?10?以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

s) Ky?Kx/m?0.83?10?5/2?0.42?10?5kmol/(m·

2

17

传质速率NAs) ?Kx?x?0.83?10?5?0.015?1.25?10?7kmol/(m2·

或者NAs) ?Ky?y?0.42?10?5?0.03?1.26?10?7kmol/(m2·

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/K?1/0.83?10?5?1.20?105(m2·s)/kmol

x其中液相传质阻力为1/k?1/1.25?10?5?0.8?105(m2·s)/kmol

x占总阻力的66.7% 气膜传质阻力为1/mks)/kmol ?1/?2?1.25?10?5??0.4?105(m·

2

????y占总阻力的33.3%

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

k?0.39m/h，吸收液密度近似水的密度。试求： kG?1.5?10?2kmol/(m2·h·kPa)，液相传质系数为L（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c?1000/18?55.6kmol/m3

0溶解度系数

H?c055.6kmol/(kPa·m3)

??0.0206mp026.7?101.325在相界面上，气液两相平衡，所以c?0.0206p

ii又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以k所以1.5?10?2G?p?pi??kL?ci?c?

??4.1?pi??0.39??ci?0.05?

pi?3.52kPa，ci?0.0724kmol/m

3

由以上两个方程，可以求得（2）总气相传质系数

KG?11kmol/(m2·h·kPa) ??0.005231/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与气相组成平衡的溶液平衡浓度为c*用浓度差表示的总传质推动力为?c?p?p*?4.1?2.43?1.67kPa

?Hp?0.0206?4.1?0.084kmol/m3

?c*?c?0.084?0.05?0.034kmol/m3

18

传质速率NA或者NAh) ?KG?p?0.00523?1.67?0.0087kmol/(m2·

h) ?KL?c?0.254?0.034?0.0086kmol/(m2·

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

kkG?5?10?6kmol/(m2·

s·kPa)，液膜传质分系数为L（1）界面上两相的组成；

?1.5?10?4m/s，操作条件下的溶解度系数为H?0.73kmol/(m2·

kPa)，试计算：

（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因为相界面上，气液平衡，所以cipi，浓度为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p?1.44kPa，c?1.05kmol/m3

ii（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?总气相传质系数

p?p??3.039?1.370?1.669kPa

2

s·kPa) 11?6kmol/(m·KG???4.78?10?6?41/kG?1/HkL1/?5?10??1/?0.73?1.5?10?总液相传质系数K传质速率N或者NL?KG/H?4.78?10?6/0.73?6.55?10?6m/s

2

As) ?KG?p?4.78?10?6?1.669?7.978?10?6kmol/(m·

2

As) ?KL?c?6.55?10?6?1.22?7.991?10?6kmol/(m·

（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/KGs·kPa)/kmol ?1/?4.78?10?6??2.092?105(m2·

其中气膜传质阻力为1/k?1/5?10?6?2?105(m2·s·kPa)/kmol

G占总阻力的95.6%

?? 19

液膜传质阻力为1/HkGs·kPa)/kmol ?1/?0.73?1.5?10?4??9.1?103(m·

2

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

?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KG?kG?5?10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。

?3ky?3.77?108.5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

kmol/(m2·s)、

kx?3.06?10?4kmol/(m2·p??1.067?104x（p*的单位为kPa）

s)，气、液两相平衡符合亨利定律，关系式为，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？ 解：（1）相平衡系数mE1.067?104???34.4 p310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Kx?211?4kmol/(m·s) ??3.05?10?4?31/kx?1/mky1/3.06?10?1/34.4?3.77?10????以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

s) Ky?Kx/m?3.05?10?4/34.4?0.89?10?5kmol/(m2·（2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为

1111

????3.28?103?4Kxkxmky3.05?10其中液膜传质阻力为1/kx气膜传质阻力为1/mk?1/3.06?10?4?3.27?103，占总传质阻力的99.7%

??y?1/34.4?3.77?10?3?7.71，占传质阻力的0.3%

??所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。

（3）因为传质过程为液膜控制，所以适合采用化学吸收。如题设条件，在化学吸收过程中，假如发生的是快速不可逆化学反应，并且假设扩散速率足够快，在相界面上即可完全反应，在这种情况下，可等同于忽略液膜阻力的物理吸收过程，此时

s) Kx?mky?34.4?3.77?10?3?0.13kmol/(m·与原来相比增大了426倍

8.6已知常压下，20℃时，CO2在水中的亨利系数为1.44×10-5kPa，并且已知以下两个反应的平衡常数

2

20