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第五章 吸收

气液平衡

1．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO2气体，经充分接触后，测得水中的CO2平衡浓度为2.875×102kmol/m3，鼓泡器内总压为101.3kPa，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m3。试求亨利

－

系数E、溶解度系数H及相平衡常数m。 解：

查得30℃，水的ps?4.2kPa p稀溶液：c?*A?p?ps?101.3?4.2?97.1kPa

?MS?1000?55.56kmol/m3 18cA2.875?10?2 x???5.17?10?4

c55.56p*97.15?1.876?10kPa E?A??4x5.17?10cA2.875?10?23?2.96?10?4kmol/(k?Pma) H?*?97.1pAE1.876?105 m? ??1852p101.32．在压力为101.3kPa的吸收器内用水吸收混合气中的氨，设混合气中氨的浓度为0.02（摩尔分数），试求所得氨水的最大摩尔浓度。已知操作温度20℃下的相平衡关系为pA?2000x。 解：混合气中氨的分压为

*pA?yp?0.02?101.33?2.03kPa

与混合气体中氨相平衡的液相浓度为

x*?pA2000?2.03?1.02?10?3 20001000?0.0564kmol/m3 18*?3c*A?xc?1.02?103．在压力为101.3kPa，温度30℃下，含CO220％（体积分数）空气-CO2混合气与水充分接触，试

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求液相中CO2的摩尔浓度。 解：

查得30℃下CO2在水中的亨利系数E为1.88×105kPa CO2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 H??SEMS?1000?2.96?10?4kmol/(m3?kPa) 51.88?10?18

*pA?yp?0.20?101.3?20.3kPa

c*?HpA?2.96?10?4?20.3?6.01?10?3kmol/m3 A4．含CO230％（体积分数）空气－CO2混合气，在压力为505kPa，温度25℃下，通入盛有1m3水的2 m3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m3时停止进气。经长时间后，将全部水溶液移至膨胀床中，并减压至20kPa，使CO2 大部分放出，求能最多获得CO2多少kg？

设操作温度为25℃，CO2 在水中的平衡关系服从亨利定律，亨利系数E为1.66×105kPa。 解：

*pA?Ex

*pA?1.66?105x （1）

气相失去的CO2物质的量＝液相获得的CO2物质的量

*(pA?pA)VG?cVLx

RT*(0.3?505?pA)?11000??1?x

8.314?29818*0.0612?4.04?10?4pA?55.56x （2）

（1）与（2）解得：x?5?10

?4E1.66?105减压后： m???8300

p20x1?y11??1.2?10?4 m8300稀溶液： x?X?W/44

1000/18 W?2444x

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W?2444?5?10?4?1.2kg W1?2444?1.2?10?4?0.29kg ?W?1.2?0.29?0.91kg

5．用清水逆流吸收混合气中的氨，进入常压吸收塔的气体含氨6％（体积），吸收后气体出口中含氨0.4％（体积），溶液出口浓度为0.012（摩尔比），操作条件下相平衡关系为Y?2.52X。试用气相摩尔比表示塔顶和塔底处吸收的推动力。 解：

*Y1?y10.06??0.064 Y1*?2.52X1?2.52?0.012?0.03024 1?y11?0.06y20.004??0.00402 Y2*?2.52X2?2.52?0?0

1?y21?0.004*Y2?塔顶： ?Y2?Y2?Y2?0.00402?0.0040 2塔底： ?Y1?Y1?Y1?0.064?0.03024?0.034

6．在操作条件25℃、压力101.3kPa下，用CO2含量为0.0001（摩尔分数）的水溶液与含CO210％（体积分数）的CO2－空气混合气在一容器充分接触，试:

（1）判断CO2的传质方向, 且用气相摩尔分数表示过程的推动力；

（2））若压力增加到506.5kPa，CO2的传质方向如何，并用液相分数表示过程的推动力。 解：

（1）查得25℃、101.3kPa下CO2－水系统的E＝166MPa m?*E166??1639 p0.1013y*?mx?1639?0.0001?0.164

?y?0.10y?y*

所以CO2的传质方向由液相向气相传递，解吸过程。

*解吸过程的推动力为?y?y?y?0.164?0.10?0.064

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（2）压力增加到506.5kPa时，m?'E166??327.7 p'0.5065 x*?y0.10??3.05?10?4 'm327.7?x?1?10?4

x*?x

所以CO2的传质方向由气相向液相传递，吸收过程。 吸收过程的推动力为?x?x?x?3.05?10*?4?1?10?4?2.05?10?4

由上述计算结果可以看出：当压力不太高时，提高操作压力，由于相平衡常数显著地提高，导

致溶质在液相中的溶解度增加，故有利于吸收。 扩散与单相传质

7．某容器内装有2mm四氯化碳，在20℃的恒定温度下逐渐蒸发，通过近似不变的2mm静止空气层扩散到大气中，设静止的空气层以外的四氯化碳蒸气压为零，已知20℃、大气压为101.3kPa下，四氯化碳通过空气层的扩散系数为1.0×105m2/s。求容器内四氯化碳蒸干所需时间为多少小时？

－

解：

查得20℃下四氯化碳饱和蒸气压为32.1kPa；密度为1540 kg/m3； 四氯化碳分子量MA＝154kg/kmol； 气相主体中空气（惰性组分）的分压

pB1?p?pA1?101.3?32.1?69.2kPa

气液界面上的空气（惰性组分）的分压

pB2?p?pA2?101.3kPa

四氯化碳的气化速率为

?Ah MA?扩散速率为

NA?pDplnB2 RTzpB1定态传质时，四氯化碳的气化速率等于其在空气中的扩散速率，即

NA?

p?hDplnB2＝A RTzpB1MA?40