《环境工程原理》课程作业习题（含解答）第08章 吸收

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=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100g含有SO20.356g，试分别计算塔顶和塔底处的传质推动力，用Ay、Ax、AP、Ac表示。解：（1）塔顶出塔SO2的摩尔分数为y2=0.002，入塔吸收液中SO2的摩尔分数为x2=0所以与出塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x，=0.002/47.87=4.17×10-与入塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y=0所以△x,=x，-x=4.17×10-5-0=4.17×10-5Ay2=J2-y2=0.002-0=0.002Ap,=101.325×Ayz=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/Lc,=55.6×x,=55.6x4.17×10-5=0.00232mol/L（2）塔底入塔SO2的摩尔分数为J=0.05，出塔吸收液中SO2的摩尔分数为0.356/64 = 0.001X =100/18所以与入塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x=0.05/47.87=0.0010444与出塔吸收液平衡的气相摩尔分数为y=47.87x=47.87×0.001=0.04787所以△x=x-x=0.0010444-0.001=4.44×10-Ay=y-y=0.05-0.04787=0.00213Ap,=101.325×Ay,=101.325×0.00213=0.2158kPaAc,=55.6×Ax,=55.6×4.44×10-=0.00247mol/L8.2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1

1 ㄀ܿゴ ਌ᬊ 8.1 ೼ 30ćˈᐌय़ᴵӊϟˈ⫼਌ᬊศ⏙∈䗚⌕਌ᬊぎ⇨-SO2 ⏋ড়⇨ԧЁⱘ SO2ˈ Ꮖⶹ⇨-⎆Ⳍᑇ㸵݇㋏ᓣЎ y x 47.87 ˈܹศ⏋ড়⇨Ё SO2ᨽᇨߚ᭄Ў 0.05ˈߎศ⏋ড় ⇨ SO2ᨽᇨߚ᭄Ў 0.002ˈߎศ਌ᬊ⎆Ё↣ 100 g ৿᳝ SO2 0.356 gˈ䆩߿ߚ䅵ㅫศ乊 ੠ศᑩ໘ⱘӴ䋼᥼࡯ࡼ' ⫼ˈy ǃ'x ǃ'pǃ'c 㸼⼎DŽ 㾷˖˄1˅ศ乊 ߎศ SO2ⱘᨽᇨߚ᭄Ў 2 y 0.002 ˈܹศ਌ᬊ⎆Ё SO2 ⱘᨽᇨߚ᭄Ў 2 x 0 ᠔ҹϢߎศ⇨Ⳍᑇ㸵ⱘ਌ᬊ⎆ᨽᇨߚ᭄Ў * 5 2 x 0.002 / 47.87 4.17 10 u Ϣܹศ਌ᬊ⎆ᑇ㸵ⱘ⇨Ⳍᨽᇨߚ᭄Ў 2 y 0 ᠔ҹ * 55 22 2 xx x 4.17 10 0 4.17 10   '  u  u * 2 22 '   yyy 0.002 0 0.002 2 2 ' u' u p y 101.325 101.325 0.002 0.2026 kPa ᗑ⬹਌ᬊ⎆Ё⒊㾷ⱘ SO2ˈ߭ᨽᇨ⌧ᑺৃ䅵ㅫЎc 1000 /18 55.6mol/L 5 2 2 c x 55.6 55.6 4.17 10 0.00232  ' u' u u mol/L ˄2˅ศᑩ ܹ ศ SO2 ⱘᨽᇨߚ᭄Ў 1 y 0.05 ˈߎศ਌ᬊ⎆Ё SO2 ⱘᨽᇨߚ᭄Ў 1 0.356 / 64 0.001 100 /18 x ᠔ҹϢܹศ⇨Ⳍᑇ㸵ⱘ਌ᬊ⎆ᨽᇨߚ᭄Ў * 1 x 0.05 / 47.87 0.0010444 Ϣߎศ਌ᬊ⎆ᑇ㸵ⱘ⇨Ⳍᨽᇨߚ᭄Ў 1 1 y x 47.87 47.87 0.001 0.04787 u ᠔ҹ * 5 11 1 xx x 0.0010444 0.001 4.44 10 '   u * 1 11 '   yyy 0.05 0.04787 0.00213 1 1 ' u' u p y 101.325 101.325 0.00213 0.2158 kPa 5 1 1 c x 55.6 55.6 4.44 10 0.00247  ' u' u u mol/L 8.2 ਌ᬊศݙᶤ៾䴶໘⇨Ⳍ㒘៤Ў y 0.05ˈ⎆Ⳍ㒘៤Ў x 0.01ˈϸⳌⱘᑇ㸵݇㋏

为y=2×，如果两相的传质系数分别为5,=1.25x10~kmol/(m2s)，k=1.25x10~kmol/(m2s)，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。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Ay=y-y=0.05-0.02=0.03同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为x=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Ax=x-x=0.025-0.01=0.015以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为11=.0.83×10-5 kmol/(m2-s)K,=1/k, +1/mk,1/(1.25×10~)+1/(2×1.25x10-)以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为K,=K,/m=0.83×10-/2=0.42×10-5kmol/(m2-s)传质速率NA=K,Ax=0.83×10-5×0.015=1.25×10-7kmol/(m2-s)或者 N,=K,Ay=0.42×10-×0.03=1.26×10-7kmol/(m2-s)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其中液相传质阻力为1/k=1/(1.25×10-）=0.8×10°(m2s)/kmol占总阻力的66.7%气膜传质阻力为1/mk，=1/(2×1.25×10-5）=0.4×105(m2-s)/kmol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/m32

2 Ў y x2 ˈབᵰϸⳌⱘӴ䋼㋏᭄߿ߚЎ 5 ky 1.25 10 u kmol/(m2 ·s) ˈ 5 kx 1.25 10 u kmol/(m2 ·s)ˈ䆩∖䆹៾䴶ϞӴ䋼ᘏ᥼࡯ࡼǃᘏ䰏࡯ǃ⇨⎆ϸⳌⱘ䰏࡯੠ Ӵ䋼䗳⥛DŽ 㾷˖Ϣ⇨Ⳍ㒘៤ᑇ㸵ⱘ⎆Ⳍᨽᇨߚ᭄Ў y x2 2 0.01 0.02 u ᠔ҹˈҹ⇨Ⳍᨽᇨߚ᭄Ꮒ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼЎ * '   y yy 0.05 0.02 0.03 ৠ⧚ˈϢ⎆Ⳍ㒘៤ᑇ㸵ⱘ⇨Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ * x 0.05/ 2 0.025 ᠔ҹˈҹ⎆Ⳍᨽᇨߚ᭄Ꮒ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼЎ * '   xx x 0.025 0.01 0.015 ҹ⎆Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ᥼࡯ࡼⱘᘏӴ䋼㋏᭄Ў     5 5 5 1 1 0.83 10 1/ 1/ 1/ 1.25 10 1/ 2 1.25 10 x x y K k mk    u  u  uu kmol/(m2 ·s) ҹ⇨Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ᥼࡯ࡼⱘᘏӴ䋼㋏᭄Ў 5 5 / 0.83 10 / 2 0.42 10 K Km y x   u u kmol/(m2 ·s) Ӵ䋼䗳⥛ 5 7 0.83 10 0.015 1.25 10 N Kx A x   ' u u u kmol/(m2 ·s) ៪㗙 5 7 0.42 10 0.03 1.26 10 N Ky A y   ' u u u kmol/(m2 ·s) ҹ⎆Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ᥼࡯ࡼⱘᘏӴ䋼㋏᭄ߚᵤӴ䋼䰏࡯   ࡯ᘏӴ䋼䰏 5 5 1/ 1/ 0.83 10 1.20 10 Kx  u u (m2 ·s)/kmol ݊Ё⎆ⳌӴ䋼䰏࡯Ў   5 5 1/ 1/ 1.25 10 0.8 10 x k  u u (m2 ·s)/kmol ऴᘏ䰏࡯ⱘ 66.7% ⇨㝰Ӵ䋼䰏࡯Ў   5 5 1/ 1/ 2 1.25 10 0.4 10 mky  u u u (m2 ·s)/kmol ऴᘏ䰏࡯ⱘ 33.3% 8.3 ⫼਌ᬊศ਌ᬊᑳ⇨Ёⱘ SO2ˈᴵӊЎᐌय़ˈ30ćˈⳌᑇ㸵ᐌ᭄Ўm 26.7ˈ ೼ศݙᶤϔ៾䴶Ϟˈ⇨ⳌЁ SO2 ߚय़Ў 4.1kPaˈ⎆ⳌЁ SO2 ⌧ᑺЎ 0.05kmol/m3ˈ

气相传质系数为k。=1.5×10~kmol/(m2-h.kPa)，液相传质系数为kz=0.39m/h，吸收液密度近似水的密度。试求：（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p，浓度为c忽略SO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为c=1000/18=55.6kmol/m355.6溶解度系数H==-= 0.0206 kmol/(kPam2)mp。26.7×101.325在相界面上，气液两相平衡，所以c，=0.0206p又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以kc（p-p.）=k（c,-c)所以1.5×10-2×(4.1-p)=0.39×(c,-0.05)由以上两个方程，可以求得p,=3.52kPa，c,=0.0724kmol/m（2）总气相传质系数11K。=/kg+/ k 0015+1/0020 03) 0.0023kmo/mhkp)总液相传质系数K，=Kc/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Ap=p-p=4.1-2.43=1.67kPa与气相组成平衡的溶液平衡浓度为c=Hp=0.0206×4.1=0.084kmol/m3用浓度差表示的总传质推动力为△c=c-c=0.084-0.05=0.034kmol/m传质速率N=KgAp=0.00523×1.67=0.0087kmol/(m2h)或者NA=K,Ac=0.254×0.034=0.0086kmol/(m2h)8.4101.3kPa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/m2的溶液发生吸收过程，已知气膜传质分系数为k=5x103

3 ⇨ⳌӴ䋼㋏᭄Ў 2 1.5 10 kG u kmol/(m2 ·h·kPa)ˈ⎆ⳌӴ䋼㋏᭄Ў 0.39 L k m/hˈ਌ᬊ⎆ᆚ ᑺ䖥Ԑ∈ⱘᆚᑺDŽ䆩∖˖ ˄1˅៾䴶Ϟ⇨⎆Ⳍ⬠䴶Ϟⱘ⌧ᑺ੠ߚय़˗ ˄2˅ᘏӴ䋼㋏᭄ǃӴ䋼᥼࡯ࡼ੠Ӵ䋼䗳⥛DŽ 㾷˖˄1˅䆒⇨⎆Ⳍ⬠䴶Ϟⱘय़࡯Ў i p ˈ⌧ᑺЎ i c ᗑ⬹ SO2ⱘ⒊㾷ˈ਌ᬊ⎆ⱘᨽᇨ⌧ᑺЎ 0 c 1000 /18 55.6kmol/m3 ⒊㾷ᑺ㋏᭄ 0.0206 26.7 101.325 55.6 0 0 u mp c H kmol/(kPa·m3 ) ೼Ⳍ⬠䴶Ϟˈ⇨⎆ϸⳌᑇ㸵ˈ᠔ҹ i i c 0.0206 p জ಴Ў〇ᗕӴ䋼䖛⿟ˈ⇨⎆ϸⳌӴ䋼䗳⥛Ⳍㄝˈ᠔ҹ k pp kc c G i Li       ᠔ҹ1.5 10 4.1  0.39  0.05 2 u u  u   i i p c ⬅ҹϞϸϾᮍ⿟ˈৃҹ∖ᕫ 3.52 i p kPaˈ 0.0724 i c kmol/m3 ˄2˅ᘏ⇨ⳌӴ䋼㋏᭄   0.00523 1/ 0.015 1/ 0.0206 0.39 1 1/ 1/ 1  u  G L G k Hk K kmol/(m2 ·h·kPa) ᘏ⎆ⳌӴ䋼㋏᭄ K K / H 0.00523/ 0.0206 0.254 L G m/h Ϣ∈⒊⎆ᑇ㸵ⱘ⇨Ⳍᑇ㸵ߚय़Ў / 0.05/ 0.0206 2.43 * p c H kPa ᠔ҹ⫼ߚय़Ꮒ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼЎ 4.1 2.43 1.67 * 'p p  p  kPa Ϣ⇨Ⳍ㒘៤ᑇ㸵ⱘ⒊⎆ᑇ㸵⌧ᑺЎ 0.0206 4.1 0.084 * c Hp u kmol/m3 ⫼⌧ᑺᏂ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼЎ 0.084 0.05 0.034 * 'c c  c  kmol/m3 Ӵ䋼䗳⥛ N K 'p 0.00523u1.67 0.0087 A G kmol/(m2 ·h) ៪㗙 N K 'c 0.254u 0.034 0.0086 A L kmol/(m2 ·h) 8.4 101.3kPa ᪡԰य़࡯ϟˈ೼ᶤ਌ᬊ៾䴶Ϟˈ৿⇼ 0.03 ᨽᇨߚ᭄ⱘ⇨ԧϢ⇼ ⌧ᑺЎ 1kmol/m3 ⱘ⒊⎆থ⫳਌ᬊ䖛⿟ˈᏆⶹ⇨㝰Ӵ䋼ߚLTD᭄Ў 6 kG 5 10 u

kmol/(m2-s-kPa)，液膜传质分系数为k,=1.5x10m/s，操作条件下的溶解度系数为H=0.73kmol/(m2-kPa)，试计算：（1）界面上两相的组成：（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p,，浓度为c因为相界面上，气液平衡，所以c,=Hp,，c,=0.73p气相中氮气的分压为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k（p-p.）=k,(c,-c)5×10×(3.039-p.)=1.5x10×(c -1)根据上面两个方程，求得p=1.44kPa，c,=1.05kmol/m（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Ac=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Ap=p-p=3.039-1.370=1.669kPa总气相传质系数11)= 4.78×10- kmol/(m2skPa)Ko=1/k。+1/ Hk,17(5×10~)+/(0.73x1.5×10-)总液相传质系数K，=Kg/H=4.78×10/0.73=6.55×10-m/s传质速率N=Kgp=4.78x10×1.669=7.978x10kmol/(m2s)或者N,=K,Ac=6.55×10-°×1.22=7.991×10-kmol/(m2s)4

4 kmol/(m2 ·s·kPa)ˈ⎆㝰Ӵ䋼ߚLTD᭄Ў 4 1.5 10 L k  u m/sˈ᪡԰ᴵӊϟⱘ⒊㾷ᑺ㋏᭄Ў H 0.73 kmol/(m2 ·kPa)ˈ䆩䅵ㅫ˖ ˄1˅⬠䴶ϞϸⳌⱘ㒘៤˗ ˄2˅ҹߚय़Ꮒ੠ᨽᇨ⌧ᑺᏂ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼǃᘏӴ䋼㋏᭄੠Ӵ䋼䗳⥛˗ ˄3˅ߚᵤӴ䋼䰏࡯ᮁ߸ˈᰃ৺䗖ড়䞛প࣪ᄺ਌ᬊˈབᵰ䞛⫼䝌⒊⎆਌ᬊˈӴ 䋼䗳⥛ᦤ催໮ᇥDŽ؛䆒থ⫳ⶀᯊϡৃ䗚ডᑨDŽ 㾷˖˄1˅䆒⇨⎆Ⳍ⬠䴶Ϟⱘय़࡯Ў i p ˈ⌧ᑺЎ i c ಴ЎⳌ⬠䴶Ϟˈ⇨⎆ᑇ㸵ˈ᠔ҹ i i c Hp ˈ 0.73 i i c p ⇨ⳌЁ⇼⇨ⱘߚय़Ў p u 0.03 101.3 3.039 kPa 〇ᗕӴ䋼ᴵӊϟˈ⇨⎆ϸⳌӴ䋼䗳⥛Ⳍㄝˈ᠔ҹ k pp kc c G i Li           6 4 5 10 3.039 1.5 10 1 i i p c   u u  u u ḍ᥂Ϟ䴶ϸϾᮍ⿟ˈ∖ᕫ 1.44 i p kPaˈ 1.05 i c kmol/m3 ˄2˅Ϣ⇨Ⳍ㒘៤ᑇ㸵ⱘ⒊⎆ᑇ㸵⌧ᑺЎ c Hp 0.03 101.3 0.73 2.22 u u kmol/m3 ⫼⌧ᑺᏂ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼЎ cc c 2.22 1 1.22 '   kmol/m3 Ϣ∈⒊⎆ᑇ㸵ⱘ⇨Ⳍᑇ㸵ߚय़Ў * p cH / 1/ 0.73 1.370 kPa ᠔ҹ⫼ߚय़Ꮒ㸼⼎ⱘᘏӴ䋼᥼࡯ࡼЎ p pp 3.039 1.370 1.669 '   kPa ᘏ⇨ⳌӴ䋼㋏᭄     6 6 4 1 1 4.78 10 1/ 1/ 1/ 5 10 1/ 0.73 1.5 10 G G L K k Hk    u  u  uu kmol/(m2 ·s·kPa) ᘏ⎆ⳌӴ䋼㋏᭄ 6 6 / 4.78 10 / 0.73 6.55 10 K KH L G   u u m/s Ӵ䋼䗳⥛ 6 6 4.78 10 1.669 7.978 10 N Kp A G   ' u u u kmol/(m2 ·s) ៪㗙 6 6 6.55 10 1.22 7.991 10 N Kc A L   ' u u u kmol/(m2 ·s)

（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/K=1/(4.78×10-）=2.092×105(m2s.kPa)/kmol其中气膜传质阻力为1/kg=1/(5×10)=2×10°(m2-skPa)/kmol占总阻力的95.6%液膜传质阻力为1/Hkc=1/(0.73×1.5×10-)=9.1×10(m2-s.kPa)/kmol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Kg=kg=5×10-°kmol/(m2skPa)，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。8.5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k,=3.77×10~kmol/(m2-s)、k,=3.06×10kmol/(m2-s)，气、液两相平衡符合亨利定律，关系式为P=1.067x10°x（p*的单位为kPa)，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m=三_1.067×10*=34.4310p所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为11m.)以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为5

5 ˄3˅ҹ⇨ⳌᘏӴ䋼㋏᭄Ў՟䖯㸠Ӵ䋼䰏ߚ࡯ᵤ   ࡯ᘏӴ䋼䰏 6 5 1/ 1/ 4.78 10 2.092 10 KG  u u (m2 ·s·kPa)/kmol ݊Ё⇨㝰Ӵ䋼䰏࡯Ў   6 5 1/ 1/ 5 10 2 10 G k  u u (m2 ·s·kPa)/kmol ऴᘏ䰏࡯ⱘ 95.6% ⎆㝰Ӵ䋼䰏࡯Ў   4 3 1/ 1/ 0.73 1.5 10 9.1 10 HkG  uu u (m2 ·s·kPa)/kmol ऴᘏ䰏࡯ⱘ 4.4% ᠔ҹ䖭Ͼ䖛⿟ᰃ⇨㝰᥻ࠊⱘӴ䋼䖛⿟ˈϡ䗖ড়䞛⫼࣪ᄺ਌ᬊ⊩DŽ བᵰ䞛⫼䝌⎆਌ᬊ⇼⇨ˈᑊϨ؛䆒থ⫳ⶀᯊϡৃ䗚ডᑨˈ߭ৃҹᗑ⬹⎆㝰Ӵ䋼 䰏࡯ˈা㗗㰥⇨㝰Ӵ䋼䰏࡯ ߭ˈ6 5 10 K k G G  | u kmol/(m2 ·s·kPa)ˈҙҙ↨ॳᴹⱘӴ 䋼㋏᭄ᦤ催њ 4.6%ˈབᵰӴ䋼᥼࡯ࡼϡবⱘ䆱ˈӴ䋼䗳⥛гা㛑ᦤ催 4.6%DŽᔧ✊ˈ 䞛⫼䝌⒊⎆਌ᬊгӮᦤ催Ӵ䋼᥼࡯ࡼˈԚᰃӴ䋼᥼࡯ࡼᦤ催ⱘᐙᑺᕜ᳝䰤DŽ಴ℸᘏ ⱘᴹ䇈೼⇨㝰᥻ࠊⱘ਌ᬊ䖛⿟Ёˈ䞛⫼࣪ᄺ਌ᬊᰃϡড়䗖ⱘDŽ 8.5 ߽਌⫼ᬊߚ行ϸ㒘ߚ⏋ԧ⇨ড়⠽ˈ᪡԰ᘏय़Ў 310kPaˈ⇨ǃ⎆ⳌߚӴ䋼 ㋏᭄߿ߚЎ 3 ky 3.77 10 u kmol/(m2 ·s)ǃ 4 3.06 10 x k  u kmol/(m2 ·s)ˈ⇨ǃ⎆ϸⳌᑇ㸵ヺড় Ѽ߽ᅮᕟˈ݇㋏ᓣЎ 4 p x 1.067 10 u ˄p*ⱘऩԡЎ kPa˅ˈ䅵ㅫ˖ ˄1˅ᘏӴ䋼㋏᭄˗ ˄2˅Ӵ䋼䖛⿟ⱘ䰏ߚ࡯ᵤ˗ ˄3˅ḍ᥂Ӵ䋼䰏ߚ࡯ᵤˈ߸ᮁᰃ৺䗖ড়䞛প࣪ᄺ਌ᬊˈབᵰথ⫳ⶀᯊϡৃ䗚 ࣪ᄺডᑨˈӴ䋼䗳⥛Ӯᦤ催໮ᇥס˛ 㾷˖˄1˅Ⳍᑇ㸵㋏᭄ 34.4 310 1.067 104 u p E m ᠔ҹˈҹ⎆Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ᥼࡯ࡼⱘᘏӴ䋼㋏᭄Ў     4 4 3 3.05 10 1/ 3.06 10 1/ 34.4 3.77 10 1 1/ 1/ 1    u u  u u  x y x k mk K kmol/(m2 ·s ) ҹ⇨Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ᥼࡯ࡼⱘᘏӴ䋼㋏᭄Ў

K,=K,/m=3.05×10-/34.4=0.89×10~kmol/(m2-s)（2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为1111K*m,"3.05×10-=3.28×10其中液膜传质阻力为1/k，=1/(3.06×10-)=3.27×103，占总传质阻力的99.7%气膜传质阻力为1/mk，=1/(34.4×3.77×10-）=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K,=mk, =34.4×3.77×10-3=0.13kmol/(m2-s)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-kPa，并且已知以下两个反应的平衡常数CO,+H,O=H,CO, K, =2.5×10- kkmol/m3H,CO, ≥H*+HCO; K, =1.7x10-kmo/m3若平衡状态下气相中的CO2分压为10kPa，求水中溶解的CO2的浓度。（C02在水中的一级离解常数为K=4.3x10-7kmol/m，实际上包含了上述两个反应平衡，K=K,K2)解：首先求得液相中CO2的浓度由亨利定律x=p/E=10/(1.44×10°)=6.94×10-s忽略CO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为c=1000/18=55.6kmol/m3所以[CO,]=cox=55.6×6.94×10-=3.86×10-3kmol/m36

6 4 5 / 3.05 10 / 34.4 0.89 10   Ky Kx m u u kmol/(m2 ·s) ˄2˅ҹ⎆Ⳍᨽᇨߚ᭄ᏂЎ᥼࡯ࡼⱘᘏӴ䋼䰏࡯Ў 3 4 3.28 10 3.05 10 1 1 1 1 u u   x x mk y K k ݊Ё⎆㝰Ӵ䋼䰏࡯Ў   4 3 1/ 1/ 3.06u10 3.27u10  x k ˈऴᘏӴ䋼䰏࡯ⱘ 99.7% ⇨㝰Ӵ䋼䰏࡯Ў1/ 1/34.4 3.77 10  7.71 3 u u  mk y ˈऴӴ䋼䰏࡯ⱘ 0.3% ᠔ҹᭈϾӴ䋼䖛⿟Ў⎆㝰᥻ࠊⱘӴ䋼䖛⿟DŽ ˄3˅಴ЎӴ䋼䖛⿟Ў⎆㝰᥻ࠊˈ᠔ҹ䗖ড়䞛⫼࣪ᄺ਌ᬊDŽབ乬䆒ᴵӊˈ೼࣪ ᄺ਌ᬊ䖛⿟Ёˈ؛བথ⫳ⱘᰃᖿ䗳ϡৃ䗚࣪ᄺডᑨˈᑊϨ؛䆒ᠽᬷ䗳⥛䎇໳ᖿˈ೼ Ⳍ⬠䴶Ϟेৃᅠܼডᑨˈ೼䖭⾡ᚙމϟˈৃㄝৠѢᗑ⬹⎆㝰䰏࡯ⱘ⠽⧚਌ᬊ䖛⿟ˈ ℸᯊ 34.4 3.77 10 0.13 3 u u  Kx mk y kmol/(m2 ·s) ϢॳᴹⳌ↨๲໻њ 426 ס 8.6 Ꮖⶹᐌय़ϟˈ20ćᯊˈCO2 ೼∈ЁⱘѼ߽LTD᭄Ў 1.44×10-5kPaˈᑊϨᏆⶹ ҹϟϸϾডᑨⱘᑇ㸵ᐌ᭄ CO +H O H CO 22 23 R 3 1 K 2.5 10 u kmol/m3 + - H CO H +HCO 23 3 R 4 2 K 1.7 10 u kmol/m3 㢹ᑇ㸵⢊ᗕϟ⇨ⳌЁⱘ CO2ߚय़Ў 10kPaˈ∖∈Ё⒊㾷ⱘ CO2ⱘ⌧ᑺDŽ ˄CO2 ೼∈Ёⱘϔ㑻⾏㾷ᐌ᭄Ў 7 K 4.3 10 u kmol/m3ˈᅲ䰙Ϟࣙ৿њϞ䗄ϸϾড ᑨᑇ㸵ˈ K KK 1 2 ˅ 㾷˖佪ܜ∖ᕫ⎆ⳌЁ CO2ⱘ⌧ᑺ ⬅Ѽ߽ᅮᕟ   5 5 x pE/ 10 / 1.44 10 6.94 10 u u ᗑ⬹ CO2ⱘ⒊㾷ˈ਌ᬊ⎆ⱘᨽᇨ⌧ᑺЎ 0 c 1000 /18 55.6 kmol/m3 ᠔ҹ> @ 5 3 2 0 CO c x 55.6 6.94 10 3.86 10   u u u kmol/m3

[H,CO.]由反应CO,+H,O=H,CO,，得K=[co,][H,CO,]=[CO,]K, =3.86×10-3×2.5×10-=9.65×10-6kmol/m3[H[HCO,-]由反应H,CO,H+HCO，，得K，[H,CO.][HCO,-]=K,[H,CO.] =V1.7×10-×9.65×10-6=4.05×10-5kmol/m3所以水中溶解的CO2总浓度为[CO.]+[H,CO.]+[HCO,-]=3.86×10-3 + 4.05x10- +9.65x10-6 =3.90×10-3 kmol/m38.7在两个吸收塔a、b中用清水吸收某种气态污染物，气-液相平衡符合亨利定律。如下图所示，采用不同的流程，试定性地绘出各个流程相应的操作线和平衡线位置，并在图上标出流程图中各个浓度符号的位置。XzbX2bX2aX2a*1YzY2baabbYlaY1bYlaYibXibXibXiaXia

7 ⬅ডᑨCO +H O H CO 22 23 R ˈᕫ > @ > @ 2 3 1 2 H CO K CO > @ > @ 33 6 2 3 21 H CO CO K 3.86 10 2.5 10 9.65 10   u uu u kmol/m3 ⬅ডᑨ + - H CO H +HCO 23 3 R ˈᕫ > @ 3 2 2 3 H HCO K H CO   ª ºª º ¬ ¼¬ ¼ > @ 46 5 3 223 HCO K H CO 1.7 10 9.65 10 4.05 10    ª º uuu u ¬ ¼ kmol/m3 ᠔ҹ∈Ё⒊㾷ⱘ CO2ᘏ⌧ᑺЎ > @ > @ 356 3 2 23 3 CO H CO HCO 3.86 10 4.05 10 9.65 10 3.90 10      uuu u ª º ¬ ¼ kmol/m3 8.7 ೼ϸϾ਌ᬊศ aǃb Ё⫼⏙∈਌ᬊᶤ⾡⇨ᗕ∵ᶧ⠽ˈ⇨-⎆Ⳍᑇ㸵ヺড়Ѽ ߽ᅮᕟDŽབϟ೒᠔⼎ˈ䞛⫼ϡৠⱘ⌕⿟ˈ䆩ᅮᗻഄ㒬ߎ৘Ͼ⌕⿟Ⳍᑨⱘ᪡԰㒓੠ᑇ 㸵㒓ԡ㕂ˈᑊ೼೒Ϟᷛߎ೒⿟⌕Ё৘Ͼ⌧ᑺヺোⱘԡ㕂DŽ X2b Y2b X1a X1b X2a Y1a Y2a Y1b a b X2b Y1b X1a X1b X2a Y1a Y2a Y2b a b

X2aXzbY2bY2a2bYiaY1bXibXia图8-1习题8.7图示解：YYYibYiaY2aY2zbX2aX2bXlaXXib X(a)YYY2bYlaYibY2aX2aXiaXX2bXib X(b)8

8 X2b Y2b X1a X1b Y1a Y2a Y1b a b X2a ೒ 8-1 д乬 8.7 ೒⼎ 㾷˖ Y Y1a Y2a Y Y1b Y2b (a) Y Y1a Y2a Y Y2b Y1b (b) X2a X1a X X2b X1b X X2a X1a X X2b X1b X

Y1YibY2Y2bX2aX2bXiaXXib X(c)图8-2习题8.7图中各流程的操作线和平衡线8.8用吸收法除去有害气体，已知操作条件下相平衡关系为=1.5x，混合气体初始含量为片=0.1，吸收剂入塔浓度为→=0.001，液气比为2。已知在逆流操作时，气体出口浓度为=0.005。如果操作条件不变，而改为并流操作，气体的出口含量是多少？逆流操作吸收的溶质是并流操作的多少倍？假设总体积传质系数不变。解：逆流操作时，液体出口含量为l(-)+x2 =X=×(0.1-0.005)+0.001=0.0485qnL平均传质推动力ym)m)(1-15x0.0485)0.00-15 0.00)0.011570.1-1.5x0.0485Iny-mx,In0.005-1.5×0.001y2-mx2传质单元数为Noc=2_0.1-0.0055=8.21Aym0.01157改为并流操作后，体积传质系数不变，所以传质单元高度不变，传质单元数也不变。联立并流操作的物料衡算和传质单元数计算式x = (μ -y)+xqn9

9 Y Y1a Y2a Y Y1b Y2b (c) ೒ 8-2 д乬 8.7 ೒Ё৘⌕⿟ⱘ᪡԰㒓੠ᑇ㸵㒓 8.8 ⫼਌ᬊ⊩䰸এ᳝ᆇ⇨ԧˈᏆⶹ᪡԰ᴵӊϟⳌᑇ㸵݇㋏Ў * y x 1.5 ˈ⏋ড়⇨ ԧ߱ྟ৿䞣Ў y1 0.1ˈ਌ᬊܹࠖศ⌧ᑺЎ 2 x 0.001ˈ⎆⇨↨Ў 2DŽᏆⶹ೼䗚⌕᪡԰ᯊˈ ⇨ԧߎষ⌧ᑺЎ 2 y 0.005DŽབᵰ᪡԰ᴵӊϡবˈ㗠ᬍЎᑊ⌕᪡԰ˈ⇨ԧⱘߎষ৿䞣ᰃ ໮ᇥ˛䗚⌕᪡԰਌ᬊⱘ⒊䋼ᰃᑊ⌕᪡԰ⱘ໮ᇥס˛؛䆒ᘏԧ⿃Ӵ䋼㋏᭄ϡবDŽ 㾷˖䗚⌕᪡԰ᯊˈ⎆ԧߎষ৿䞣Ў     1 12 2 1 0.1 0.005 0.001 0.0485 2 nG nL q x yy x q   u   ࡯ࡼ᥼ᑇഛӴ䋼  11 2 2        1 1 2 2 0.1 1.5 0.0485 0.005 1.5 0.001 0.01157 0.1 1.5 0.0485 ln ln 0.005 1.5 0.001 m y mx y mx y y mx y mx    u  u '  u   u Ӵ䋼ऩܗ᭄Ў 1 2 0.1 0.005 8.21 0.01157 OG m y y N y   ' ᬍЎᑊ⌕᪡԰ৢˈԧ⿃Ӵ䋼㋏᭄ϡবˈ᠔ҹӴ䋼ऩܗ催ᑺϡবˈӴ䋼ऩܗ᭄г ϡবDŽ 㘨ゟᑊ⌕᪡԰ⱘ⠽᭭㸵ㅫ੠Ӵ䋼ऩܗ᭄䅵ㅫᓣ   ' ' 1 12 2 nG nL q x yy x q  X2a X1a X X2b X1b X

yi-y21Iny-mxNoG1+ mqnc(yi -mx,)-(yz-mx.)y2-mxqnLIny-mx,y2-mx将数值代入以上两式，求得yz=0.044，x =0.0291逆流和并流操作所吸收的溶质量之比为N_K,aOhy_4o(μ-)-0.1-0.005=170.1-0.044N#K,ahAymqm(yi-y)8.9在吸收塔中，用清水自上而下并流吸收混合废气中的氨气。已知气体流量为1000m3/h（标准状态），氨气的摩尔分数为0.01，塔内为常温常压，此条件下氨的相平衡关系为Y=0.93X，求：（1）用5m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；（2）用10m3/h的清水吸收，氨气的最高吸收率；（3）用5m3/h的含氨0.5%（质量分数）的水吸收，氨气的最高吸收率。(1000×103 /22.4)解：（1）气体的流量为= 12.4 mol/s3600(5×103×10° /18)液体的流量为，= 77.2 mol/s3600假设吸收在塔底达到平衡则77.2×(y/0.93)=12.4×(0.01-Y)，所以Y*=0.0013所以最大吸收率为9=001-0.0013-0.870.01(1000×10 /22.4)12.4mol/s（2）气体的流量为3600(10×10° ×10 /18) =154.4 mo/s液体的流量为3600假设吸收在塔底达到平衡则154.4×(Y*/0.93)=12.4×0.01-Y*），所以Y*=0.000710

10     ' 12 1 2 ' ' 12 21 2 1 1 2 ' 2 1 1 ln 1 ln OG nG nL y y y mx N y mx y mx mq y mx q y mx y mx         ᇚ᭄ؐҷܹҹϞϸᓣˈ∖ᕫ ' 2 y 0.044ˈ ' 1 x 0.0291 䗚⌕੠ᑊ⌕᪡԰᠔਌ᬊⱘ⒊䋼䞣П↨Ў     1 2 ' 1 2 0.1 0.005 1.7 0.1 0.044 y m nG y m nL N Ka h y q yy N Ka h y qyy : '   :'   䗚 䗚 ᑊ ᑊ 8.9 ೼਌ᬊศЁˈ⫼⏙∈㞾Ϟ㗠ϟᑊ⌕਌ᬊ⏋ড়ᑳ⇨Ёⱘ⇼⇨DŽᏆⶹ⇨ԧ⌕䞣 Ў 1000m3 /h˄ᷛޚ⢊ᗕ˅ˈ⇼⇨ⱘᨽᇨߚ᭄Ў 0.01ˈศݙЎᐌ⏽ᐌय़ˈℸᴵӊϟ⇼ ⱘⳌᑇ㸵݇㋏Ў * Y X 0.93 ˈ∖˖ ˄1˅⫼ 5 m3 /h ⱘ⏙∈਌ᬊˈ⇼⇨ⱘ᳔催਌ᬊ⥛˗ ˄2˅⫼ 10 m3 /h ⱘ⏙∈਌ᬊˈ⇼⇨ⱘ᳔催਌ᬊ⥛˗ ˄3˅⫼ 5 m3 /h ⱘ৿⇼ 0.5%˄䋼䞣ߚ᭄˅ⱘ∈਌ᬊˈ⇼⇨ⱘ᳔催਌ᬊ⥛DŽ 㾷˖˄1˅⇨ԧⱘ⌕䞣Ў   3 1000 10 / 22.4 12.4 3600 u mol/s ⎆ԧⱘ⌕䞣Ў   3 3 5 10 10 /18 77.2 3600 u u mol/s ؛䆒਌ᬊ೼ศᑩ䖒ࠄᑇ㸵 ߭     * * 77.2 / 0.93 12.4 0.01- u u Y Y ˈ᠔ҹ * Y 0.0013 ᠔ҹ᳔໻਌ᬊ⥛Ў 0.01 0.0013 0.87 0.01 M  ˄2˅⇨ԧⱘ⌕䞣Ў   3 1000 10 / 22.4 12.4 3600 u mol/s ⎆ԧⱘ⌕䞣Ў   3 3 10 10 10 /18 154.4 3600 u u mol/s ؛䆒਌ᬊ೼ศᑩ䖒ࠄᑇ㸵 ߭     * * 154.4 / 0.93 12.4 0.01- u u Y Y ˈ᠔ҹ * Y 0.0007