第二章 吸收1. 从手册中查得 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为 KPa 。

已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。

解：（1） 求H 由33NH NH C P H*=.求算.已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出：以100g 水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为31000/kg m .则：333331/170.582/100110000.582/0.590/()0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *==+∴===⋅ (2). 求m .由333333330.9870.00974101.331/170.01051/17100/180.00974/0.9280.0105NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ****======+=== 2. kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=×106x 表示。

式中：P O2为氧在气相中的分压，kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。

试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。

解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故：222266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈ 即：2266.4310O O X x -≈=⨯所以：溶解度6522232()6.4310321.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯==⨯=⎢⎥⨯⎣⎦3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2，其余为空气。

混合气体的温度为30 ℃，总压强为 kPa 。

从手册中查得30 ℃时CO 2在水中的亨利系数E = KPa ，试求溶解度系数H (kmol/（m 3·kPa、）)及相平衡常数m ，并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。

解：(1). 求H 由2H OH EM ρ=求算.24351000 2.95510/()1.881018a H OH kmol m kP EM ρ-===⨯⋅⨯⨯ (2). 求m51.8810371506.6Em ρ⨯===(1) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (2)(3)2255506.60.0210.1310.13 5.39101.8810CO aCO P kP P x E **-=⨯====⨯⨯ 因x 很小，故可近似认为X x ≈552222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---⎡⎤⎡⎤=⨯=⨯⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤=⨯⎢⎥⎣⎦故100克水中溶有220.01318CO gCO4．在 kPa 、0 ℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。

已知相距 cm 的两截面上O 2的分压分别为 kPa 和 kPa ，又知扩散系数为 cm 2/s ，试计算下列两种情况下O 2的传递速率，kmol/(m 2·s)： (1) O 2与CO 两种气体作等分子反向扩散。

(2) CO 气体为停滞组分。

解： （1） 等分子反向扩散时2O 的传递速率：122523125523()0.185/ 1.8510/.273101.325.0.221013.33. 6.671.8510(13.33 6.67) 2.7110(/)8.314273210A A A a A a A aA DN P P RTZD cm s m s T K P kP Z cm m P kP P kP N kmol m s -----=-==⨯====⨯==⨯∴=⨯-=⨯⋅⨯⨯⨯（2） 2O 通过停滞CO 的扩散速率52123152 1.8510101.33101.33 6.67()ln ln8.314273210101.3313.333.0110/B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s---⨯⨯-=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅ 5． 一浅盘内存有2 mm 厚的水层，在20 ℃的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中。

假定扩散始终是通过一层厚度为5 mm 的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。

扩散系数为×10-5 m 2/s ，大气压强为 KPa 。

求蒸干水层所需的时间。

解： 这是属于组分()A 通过停滞组分的扩散。

已知扩散距离（静止空气膜厚度）为3510Z m -=⨯.水层表面的水蒸气分压(20)C 的饱和水蒸气压力为1 2.3346A a P kP =. 静止空气膜层以外;水蒸气分压为20A P =522.610/.101.33.27320293a D m s P kP T K -=⨯==+=单位面积上单位时间的水分蒸发量为52123162 2.610101.33101.33()ln ln8.314293510101.33 2.33465.0310/()B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s ---⨯⨯=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅ 故液面下降速度：685.0310189.0710/998.2A A L d N M m s d δθρ--⋅⨯⨯===⨯ 水层蒸干的时间：348510 2.20510 6.125/9.0710h h s h d d θθ--⨯===⨯=⨯ 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 ℃、 kPa 时氨和氯化氢在空气中的扩散系数D (m 2/s)，并将计算结果与表2-2中的数据相比较。

解：(1). 氨在空气中的扩散系数. 查表2.4知道，空气的分子体积：329.9/B V cm mol =氨的分子体积：325.8/A V cm mol =又知29/.17/B A M g mol M g mol ==则0.101.33a C kP 时，氨在空气中的扩散系数可由Maxwea Gilliland 式计算.353/21/2521/31/3114.3610(273)()17291061410/101.33(25.8)(29.9)NH D m s --⨯⨯⨯+==⨯⎡⎤⨯+⎣⎦(2) 同理求得521.32310/HCl D m s -=⨯7. 在 kPa 、27 ℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。

甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系服从亨利定律。

已知溶解度系数H = kmol/(m 3·kPa)，气膜吸收系数k G =×10-5 kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收系数k L =×10-5 kmol/(m 2·kmol/m 3)。

试求总吸收系数K G ，并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。

解： 总吸收系数5255111.12210/()11111.5510 1.9552.0810G a G CK kmol m s kP k Hk ---===⨯⋅⋅++⨯⨯⨯气膜P 助在点P 助中所占百分数.1/ 1.12272.31/1/ 1.55G G C k k Hk ==+8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27 ℃，压强 KPa 。

稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5 kPa ，液相中甲醇组成为 kmol/m 3。

试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。

解： 吸收速率()A G A A N K P P *=- 由上题已求出521.12210/()G a k kmol m s kP -=⨯⋅⋅ 又知：31.955/()a H kmol m kP =⋅则该截面上气相甲醇的平衡分压为/ 2.11/1.955 1.08.5.A a A a P C H kP P kP *====则55221.12210(5 1.08) 4.410/()0.1583/()A N kmol m s kmol m h --=⨯⨯-=⨯⋅=⋅9. 在逆流操作的吸收塔中，于 kpa 、25 ℃下用清水吸收混合气中的H 2S ，将其组成由2%降至 (体积)。

该系统符合亨利定律。

亨利系数E =×16 kPa。

若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍，试计算操作液气比V L及出口液相组成1X 若压强改为1013 kPa ，其他条件不变，再求V L手及1X解： （1） 求101.33a kP 下，操作液气比及出口液相组成。

41112222 5.5210545.101.330.020.0204110.020.0010.001110.001E m P y Y y y Y y X ⨯======--===--= 最小液气比12min 120.02040.001()518.0.0204/545Y Y L Y V X m --===-操作液气比为min 1.2() 1.2518622.L LV V=⨯=⨯=出口液相浓度12125()10(0.02040.001) 3.1210622VX X Y Y L-=+-=+⨯-=⨯（2） 求1013a kP 下的操作液气比及出口液组成45.5210545.1013E m P ⨯=== 则：'12min 120.02040.0001()51.80.0204/5451.251.862.2Y Y L Y V X mLV--===-=⨯= 出口液相组成：''41212'1()0(0.02040.001) 3.121062.2V X X Y Y L -=+-=+⨯-=⨯11. 在 kPa 下用水吸收据于空气中的氨。

已知氨的摩尔分数为，混合气体于40 ℃下进入塔底，体积流量为 m 3/s ，空塔气速为 m/s 。

吸收剂用量为理论最小用量的倍，氨的吸收率为95%，且已估算出塔内气相体积吸收总系数YaK 的平均值为s)kmol/(m 3⋅。

在操作条件下的气液平衡关系为X Y 6.2*=，试求塔径及填料层高度。

解：121212min 1211220.10.111110.1(1)0.1111(10.95)0.005555.0.0.11110.005555() 2.47.0.11112.61.1 2.47 2.72.1()(0.11110.005555)00.0388.2.722.60.956.2.721G Y Y Y X Y Y L Y V X mLVV X Y Y X L mV S L N ϕ==-=-=⨯-==--===-=⨯==-+=⨯-+=====122210.1111ln[(1)]ln[(10.956)0.956]13.8110.9560.005555Y Y S S S Y Y **--+=-⨯+=--- 塔截面积：20.556/1.20.463.m Ω==塔径：0.77.D m ==又知：0.5562730.90.0195/.22.427340V kmol s =⨯⨯=+则：0.01950.38.0.11120.463GYa V Hm K ===Ω⨯ 塔上填料层高度：0.3813.8 5.23.G G Z H N m =⋅=⨯=12．在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO 2，气体流量为5000 m 3(标准)/h ，其中SO 2占10%，要求SO 2回收率为95%。