第七章 吸 收7-1 总压101.3 kPa ，温度25℃时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数E 为4.13 MPa ， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m 。

（溶液密度近似取为1000kg/m 3）解：溶质在液相中的摩尔分数：50640.01391000501864x ==+ 二氧化硫的平衡分压：*34.13100.0139kPa=57.41kPa p Ex ==⨯⨯相平衡常数：634.1310Pa40.77101.310PaE m P ⨯===⨯7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。

已知塔内温度为20℃，压强为1.52×105 Pa ，亨利系数E 为48.9MPa 。

解：相平衡常数为：6548.910321.711.5210E m P ⨯===⨯ 硫化氢的混合气进口摩尔浓度：15340.04305953429y ==+若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：41max 0.0430 1.3410321.71y x m -===⨯7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x - y 图上表示。

（1）含NO 2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含NO 2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa ，T=15℃，已知15℃时，NO 2水溶液的亨利系数E =1.68×102 kPa ；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa （绝对压强）。

解：（1）相平衡常数为：51311.6810Pa 1.658101.310Pa E m P ⨯===⨯ *1 1.6580.0030.00498y m x ==⨯=由于 *y y >，所以该过程是吸收过程。

气相推动力为：*0.060.004980.0550y y -=-= 液相推动力为：*10.060.0030.03321.658y x x x m -=-=-=（2）相平衡常数为：5232 1.6810Pa0.8420010PaE m P ⨯===⨯ *10.840.0030.00252y m x ==⨯=由于 *y y >，所以该过程仍是吸收过程。

气相推动力为：*0.060.002520.0575y y -=-=液相推动力为：*20.060.0030.06840.84y x x x m -=-=-=yx0.000.020.040.060.08yx7-4 在某操作条件下用填料塔清水逆流洗涤混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某截面上该组分在气、液相中的浓度分别为 y = 0.014，x = 0.02。

在该吸收系统中，平衡关系为y = 0.5x ，气膜吸收分系数k y = 1.8×10-4 kmol / (m 2·s)，液膜吸收分系数k x = 2.1×10-5 kmol / (m 2.s)，试求：（1）界面浓度y i 、x i 分别为多少？（2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数。

解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： i i ()()y x k y y k x x -=-45i i 1.810(0.014) 2.110(0.02)y x --⨯⨯-=⨯⨯- （1）在界面处气液两相达平衡，有：i i 0.5y x = （2）联立方程（1）、（2）得 i 0.0265x =，i 0.0132y =（2）气相传质阻力：32411 5.55610s m /kmol 1.810y k -==⨯⋅⨯ 以气相为基准的液相传质阻力：4250.5 2.38110s m /kmol 2.110x m k -==⨯⋅⨯ 因此，吸收过程为液膜扩散控制。

总气相传质推动力为：0.0140.50.020.004y mx -=-⨯= 气相推动力：i 0.0140.01320.0008y y -=-= 气相推动力在总推动力中所占比例：i 0.00080.20.004y y y mx -==-7-5 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为25℃，压力为105kPa （绝对压力）。

稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为7.5 kPa ，液相中甲醇浓度为2.85kmol / m 3。

甲醇在水中的溶解度系数H = 2.162 kmol / (m 3·kPa)，液膜吸收分系数k L = 2.0×10-5 m / s ，气膜吸收分系数k G = 1.2×10-5 kmol / (m 2·s·kPa.)。

试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度y i ；（2）计算该截面上的吸收速率。

解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： i i ()()G L k p p k c c -=-55i i 1.210(7.5) 2.110( 2.85)p c --⨯⨯-=⨯⨯- （1）在界面处气液两相达平衡，有： i i 1p c H =i i 12.162p c = （2）联立方程（1）、（2）得3i 5.644kmol/m c =，i 2.611kPa p =气液界面处气相侧甲醇浓度：i i 2.6110.0249105p y P === （2）该截面上的吸收速率：552A i () 1.210(7.5 2.611) 5.8710kmol/(m s)G N k p p --=-=⨯⨯-=⨯7-6 在101.3kPa 及25℃的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的SO 2混合气体。

进塔气中含SO 2分别为 0.04（体积分数），其余为惰性气体。

水的用量为最小用量的1.5倍。

要求每小时从混合气体中吸收2000 kg 的SO 2，操作条件下亨利系数4.13 MPa ，计算每小时用水量为多少（m 3）和出塔液中SO 2的浓度（体积分数）？ 此题的第二问修改成“出塔气中SO 2的浓度（体积分数）？”因条件不够计算不出来，原题第二问是计算出塔液中SO 2的浓度（摩尔分数）。

解：20X =，1110.040.417110.04y Y y ===-- 相平衡常数为：634.131040.77101.310E m P ⨯===⨯ 由于是低浓度吸收，有：40.77M m ≈= 由物料衡算得：122000()=31.25kmol/h 64V Y Y -=12min12()31.253055.31kmol/h 0.41740.77V Y Y L Y X M-===- min 1.54582.97kmol/h L L ==每小时用水量：34582.971882.494m /h 1000Q ⨯==由物料衡算得：121()4582.9731.25kmol/h L X X X -==10.00682X =出塔液中SO 2的浓度：1110.006820.00677110.00682X x X ===++7-7 用清水在吸收塔中吸收NH 3-空气混合气体中的NH 3，操作条件是：总压101.3kPa ，温度为20℃。

入塔时NH 3的分压为1333.2Pa ，要求回收率为98%。

在 101.3kPa 和20℃时，平衡关系可近似写为 Y * =2.74 X 。

试问：（1） 逆流操作和并流操作时最小液气比 (L / V )min 各为多少？由此可得出什么结论？（2）若操作总压增为303.9 kPa 时，采用逆流操作，其最小液气比为多少？并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。

解：1 1.33320.0133101.3 1.3332p Y P p ===--， 21(10.98)0.020.01330.000266Y Y =-=⨯= 20X =（1）逆流操作时最小液气比：12min 120.01330.000266() 2.6850.01332.742.74Y Y L VY X --===-并流操作时最小液气比：12min20.01330.000266()134.260.0002662.742.74Y Y L VY --===由此可知：若完成相同的吸收任务，并流操作时的用水量比逆流操作时用水量大。

（2）由于亨利常数仅是温度的函数，若总压增加，相平衡常数会发生变化，又因为，该吸收为低浓度吸收，有：M m ≈11 2.74101.3277.562kPa E M P ≈=⨯= 22277.5620.913303.9E M P ≈== 加压后，逆流操作时的最小液气比：12min 1220.01330.000266()0.8950.01330.913Y Y L V Y X M --===- 由此可知，完成相同的吸收任务，加压后，逆流操作的用水量小于常压的用水量，但是加压会增加能耗，这是以增大能耗为代价来减少吸收操作的用水量。

7-8 在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分。

已知操作条件下该系统的平衡关系为Y =1.15X ，入塔气体可溶组分含量为9%（体积），吸收剂入塔浓度为1%（体积）；试求液体出口的最大浓度为多少？ 解：1110.090.0989110.09y Y y ===-- 由题可得，液体出口的最大浓度是与入塔气体浓度相平衡的液体浓度： 11,max 0.09890.0861.15Y X M === 液体出口的最大浓度：11,max 10.0860.0792110.086X x X ===++7-9 在填料塔内用清水逆流吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体，SO 2浓度为0.08（体积分数），其余可视为空气。

冷却后送入吸收塔用水吸收，要求处理后的气体中SO 2浓度不超过0.004（体积分数）。

在操作条件下的平衡关系为Y * = 48X ，所用液气比为最小液气比的1.6倍。

求实际操作液气比和出塔溶液的浓度。

并在Y -X 图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关系。

解：1110.080.0870110.08y Y y ===--，2220.0040.00402110.004y Y y ===--，20X = 逆流操作的最小液气比：12min 10.08700.00402()45.7820.087048Y Y L VY M--=== 实际操作液气比：min 1.6() 1.645.78273.251LL VV==⨯=由操作线方程可得： 121()0.08700.004020.0011373.251V Y Y X L --=== 出塔溶液的浓度：1110.001130.00113110.00113X x X ==≈++7-10 常压（101.325kPa ）用水吸收丙酮——空气混合物中的丙酮（逆流操作），入塔混合气中含丙酮7%（体积），混合气体流量为1500 m 3 / h （标准状态），要求吸收率为97%，已知亨利系数为200kPa （低浓度吸收，可视M≈m ）。