第8章　气体吸收

一、选择题

1在吸收塔某处，气相浓度y＝0.005，液相浓度x＝0.015（均为摩尔分数），两侧体积传质分系数

，在该操作温度下气、液平衡关系。这时气体界面上气相浓度应等于（　　）。[华南理工大学2012年研]

A．0.002

B．0.0015

C．0.0057

D．0.009

【答案】C

【解析】。在相界面处气液达到平衡，则，所以，

。

2亨利定律适用于溶液中可溶解组分的（　　）范围，拉乌尔定律适用于理想溶液中每一种组分的（　　）范围。[华南理工大学2011年研]

A．高浓度

B．中等浓度

C．低浓度

D．全浓度

【答案】C；C

【解析】亨利定律和拉乌尔定律都是针对稀溶液即低浓度溶液而言的。

3某吸收任务的操作液气比、吸收剂进口温度、气体进出口浓度、吸收剂入塔浓度、操作压力均已确定，假定吸收为低浓度混合气体吸收，若设计时选用性能更优良的填料，则（　　）。[浙江大学2011年研]

A．所需传质单元数不变，填料层高度降低

B．所需传质单元数不变，填料层高度不变

C．所需传质单元数减少，填料层高度降低

D．所需传质单元数减少，填料层高度不变

【答案】A

【解析】传质单元数只与物质的相平衡及进出口浓度条件有关，这些条件固定，则传质单元数不变，选用性能优良的填料，传质单元高度减小，又传质单元数不变，则填料层高度减小。

二、填空题

1在填料塔中用清水吸收混合气中氨，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元数将______。[华南理工大学2012年研]

【答案】增加

【解析】S＝mV/L，当L减小，则S增大，N_OG增大。参数S反映吸收推动力的大小，S增大，吸收推动力变小，N_OG必然增大。

2吸收操作能够进行的条件是Y______Y^*，脱吸操作能够进行的条件是Y______Y^*。[武汉理工大学2010年研]

【答案】大于；小于

【解析】当气相中溶质的实际分压高于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由气相向液相转移，即发生吸收过程；当气相中溶质的实际分压低于与液相成平衡的溶质分压时，溶质便由液相向气相转移，即发生脱吸（解吸）。

3气体吸收计算中，传质单元高度是表示______的一个参量，而传质单元数是表示______的参量。[重庆大学2010年研]

【答案】传质设备性能好坏（设备效率）；材料分离难易程度（吸收难易程度）

【解析】传质单元高度反映传质阻力的大小、填料性能的优劣及润湿情况的好坏。传质单元数反映的是吸收过程的难易程度。

三、计算题

1在20℃和760mmHg，用清水逆流吸收空气混合气中的氨，混合气中氨的分压为10mmHg，经吸收后氨的分压下降到0.051mmHg，混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y=0.8x。若吸收剂用量是最小用量的5倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。（用吸收因数法计算的传质单元数公式：）[中山大学2010年研]

解：（1）因为吸收剂为清水，则吸收前后氨的含量为：

，

最小液气比为：

液气比为：

又已知相对分子质量为，气体处理量为，所以可知惰性气体的摩尔流率为

，

则吸收剂用量为。

（2）气相总传质单元数

2在逆流操作的吸收塔内，用清水吸收氨-空气混合气中的氨，混合气进塔时氨的浓度y₁＝0.01（摩尔分率），吸收率90%，操作压力为100kPa，溶液为稀溶液，系统平衡关系服从拉乌尔定律，操作温度下，氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为90kPa。试求：

（1）溶液最大出口浓度；

（2）最小液气比；

（3）当吸收剂用量为最小用量的2倍时，传质单元数为多少？

（4）传质单元高度为0.5m时，填料层高为多少米？[中南大学2012年研]

解：（1）系统服从拉乌尔定律

，所以m＝0.9

即溶液的最大出口浓度为0.0111。

（2）

当吸收剂用量为最小用量的2倍时

（3）

S＝mV/L＝0.9/1.62＝0.556

＝3.62

（4）Z＝H_OG·N_OG＝0.5×3.62＝1.81m

3在填料塔中用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A。已知气体混合物中A的初始组成为0.06（摩尔分率，下同）。通过吸收后气体的出口组成为0.005，吸收后溶液的组成为0.095，操作条件下气液平衡关系为y＝0.6x，液相和气相分传质系数与液相流量和气相流量的关系为K_ya∝G^0.7、K_xa∝L^0.7，且此吸收过程为气模控制，H_OG＝1m，试求：

（1）填料层高度及填料层高度一半时的塔截面上的气相组成；

（2）当液相流量增加时，保持气相流量和气液进口组成不变，则溶质A被吸收的量如何变化？请说明理由。[浙江大学2011年研]

解：已知：Y₁＝0.06，Y₂＝0.005，X₁＝0.095，X₂＝0，m＝0.6，H_OG＝1m，，气膜控制。

（1）代入数据得

，S＝mG/L＝1.036

＝8.5

则填料层高度h＝N_OG·H_OG＝8.5×1＝8.5m

当填料层高度一半时，N_OG1＝4.25，S不变，Y₂不变，代入上式得：Y₁’＝0.0536

（2）溶质A被吸收的量增大,理由如下：

吸收过程是气膜控制，故L增大，G不变时，K_ya不变，不变，又h不变，则N_OG不变，S＝mG/L变小，由

得出Y₁/Y₂增大，又y₁不变，则y₂减小。

于是溶质A被吸收的量G（y₁－y₂）增大。

4因环保需要净化某气体混合物中的可溶组分A，已知气体混合物中溶质A的初始组成为0.045，现在填料塔中采用纯溶剂对其进行逆流吸收，气体出口组成为0.018，溶液出口组成为0.088（以上组成均为摩尔分率），操作条件下的气液平衡关系为y＝0.5x，已知此吸收过程为气膜控制，求：

（1）气相总传质单元数N_OG；

（2）当液体流量增加一倍时，在气量和气液进口组成不变的情况下，气体出口组成变为多少？[南京理工大学2010年研]

解：（1）由题意可知

液气比

脱吸因数

传质单元数

（2）L增大一倍，因吸收过程为气膜控制。所以K_ya不变，H_OG不变，所以N_OG也不变。

而

5在一填料塔中用清水逆流吸收混合气体中的丙酮。原工况下，进塔气体中含丙酮1.5％（摩尔分数，下同），操作液气比为最小液气比的1.5倍，丙酮回收率为99％，现将气体入塔浓度降为1.0％，进塔气量提高20％，吸收剂用量、温度等操作条件均不变。已知操作条件下平衡关系满足亨利定律，气相总体积传质系数K_ya与气体体积流量V的0.8次方成正比。试求：

（1）新工况下丙酮回收率；

（2）若仍然将回收率维持在99％，则新工况下所需填料层高度为原工况的多少倍？[华南理工大学2012年研]

解：已知x₂＝0，y₁＝0.015，，φ＝0.99，y₁'＝0.01，V'＝1.2V，。

（1）　

Y₂＝Y₁（1－φ）＝0.00015

所以 

所以　 ＝0.825

即新工况下丙酮的回收率为82.5%。

（2）

S＝mV/L＝

＝10.74

S'＝1.2S＝0.8081

　 

＝15.61

又　

所以

所以