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第五章 吸收课后习题答案
一、 填空
1.减小；靠近。2.不变；增加。 3.对数平均推动力法；脱吸因数法。 4.气；液；吸收；液；气；解吸
5. 散装填料
二、选择
1. B； 2.A； 3.C； 4.D； 5.A．
三、计算题
相组成的换算
【5-1】在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.17%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y1、Y2。
解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和。

进、出塔气体中氨的摩尔比、为

气液相平衡
【5-2】 某系统温度为10℃，总压101.3kPa，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？（已知10℃时，氧气在水中的亨利系数E为3.31×106kPa。）
解：由于，所以

故 mA=3.57×10-4×32×1000=11.42 g/m3
【5-3】 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH3)/1 000 g(H2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。
解：水溶液中氨的摩尔分数为

由
亨利系数为
kPa
相平衡常数为

由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为
kg/m3
溶解度系数为

【5-4】 在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为：y＊=0.94x，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成xA=0.05的氨水接触，确定过程的方向。若含氨0.02摩尔分数的混合气和xA=0.05的氨水接触，又是如何?
解：用相平衡关系确定与实际气相组成 y=0.094成平衡的液相组成
=0.094/0.94=0.1
由于xA=0.05<x*，所以气液相接触时，氨将从气相传质进入液相，发生吸收过程。
若含氨0.02摩尔分数的混合气和xA=0.05的氨水接触，则

所以，气液相接触时，氨由液相传质进入气相，发生解吸过程。
吸收速率
【5-5】 在温度为20℃、总压为101.3kPa的条件下，CO2与空气混合气缓慢地沿着Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过1mm厚的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中，混合气体中CO2的摩尔分率为0.2，CO2到达Na2CO3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，CO2在空气中的扩散系数为0.18cm2/s。试求CO2的传质速率为多少？
解：已知：CO2在空气中的扩散系数D=0.18cm2/s=1.8×10-5m2/s
扩散距离z=1mm=0.001m，气相总压p=101.3kPa
气相主体中溶质CO2的分压pA1=pyA1=101.3×0.2=20.27kPa
气液界面上CO2的分压pA2=0
所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压pB1=p－pA1=101.3－20.27=81.06kPa
气液界面上的空气（惰性组分）的分压pB2=p－pA2=101.3－0=101.3kPa
空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：

代入

得：
=0.167mol/(m2·s)
【5-6】 在总压为100kPa、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数kG=3.84×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液相传质系数kL=1.83×10-4 m/s，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05，x=0.01时：(1)以pA-pA*、cA-cA*表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；(2)分析该过程的控制因素。
解：（1）根据亨利定律
相平衡常数
溶解度常数
=100×0.05-134×0.01=3.66kPa
=
kmol/（m2·s·kPa）
=3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m2·s）
kmol/m3
=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m3

=9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m2·s）
（2）与表示的传质总推动力相应的传质阻力为53797（m2·s·kPa）/ kmol；
其中气相阻力为m2·s·kPa/ kmol；
液相阻力m2·s·kPa/ kmol；
气相阻力占总阻力的百分数为
故该传质过程为气膜控制过程。
吸收塔的计算
【5-7】 在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体溶质组分A，吸收塔内操作压强为106kPa，温度为30℃，混合气流量为1300m3/h，组成为0.03（摩尔分数），吸收率为95%。若吸收剂用量为最小用量的1.5倍，操作条件下平衡关系为Y=0.65X。试求进入塔顶的清水用量L及吸收液的组成。
解： （1）进入吸收塔的惰性气体为：

X2=0；m=0.65
最小吸收剂用量为：

故清水用量为
L=1.5Lmin=1.5×32.8=49.2kmol/h
（2）吸收液组成可由全塔物料衡算求得，即
X1 = X2+V（Y1-Y2）/L=0+
【5-8】 一逆流操作的常压填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，入塔气体 中含A 1%（摩尔比），经吸收后溶质A 被回收了80% ，此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的斜率为1，气相总传质单元高度为1m，试求填料层所需高度。
解： Y1=0.01; Y2=0.01×（1-0.8）=0.002; X2=0

=1.5=1.5 ×0.8=1.2
又由V（Y1－Y2）＝L（X1－X2），得

X1=0.0067
所以

=0.0026
由
=
所以
=1×3.07=3.07m
【5-9】在常压逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中溶质组分A。进塔气体组成为0.03（摩尔比，下同），吸收率为99%；出塔液相组成为0.013。操作压力为101.3 kPa，温度为27℃，操作条件下的平衡关系为Y=2X（Y、X均为摩尔比）。已知单位塔截面上惰气流量为54 kmol /（m2·h），气相总体积吸收系数为1.12 kmol /（m3·h·kPa），试求所需填料层高度。
解： Y1=0.03; Y2= Y1（1-η）=0.03×（1-0.99）=0.0003; X1=0.13; X2=0

=0.00143
=
=
=20.77×0.476=9.886m
【5-10】 在逆流操作的填料塔中，用清水吸收焦炉气中氨，氨的浓度为8g/标准m3，混合气处理量为4500标准m3/h。氨的回收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。操作压强为101.33kPa，温度为30℃，气液平衡关系可表示为Y*=1.2X（Y、X为摩尔比）。气相总体积吸收系数KYα=0.06 kmol/（m2·h），空塔气速为1.2m/s，试求：（1）用水量L（kg/h）；（2）塔径（m）；（3）塔高（m）。
解：；；
Y2= Y1（1-η）=0.0106×（1-0.95）=0.00053；；X2=0

L=1.5Lmin=1.5×0.0630=0.0945kmol/s=6120 kg/h
(2) 由于，故

（3）

根据全塔物料衡算X1=X2＋V（Y1－Y2）/L，得
X1=0＋0.0552×（0.0106－0.00053）/0.0945=0.00588

=0.00159
=0.8×（0.0106－0.00053）/0.00159=5.07m
【5-11】 某制药厂现有一直径为 0.6 m，填料层高度为6 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = 1.5 X 。现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。
解：改造前填料层高度为

改造后填料层高度为

故有
由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故

对于纯溶剂吸收，
由
故

因此，有

操作液气比为

填料层增加的高度为

【5-12】在逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分。已知：吸收剂用量为最小用量的1.5 倍，气相总传质单元高度HOG=1.11m，操作条件下的平衡关系为Y=mX，要求A 组分的回收率为90%，试求所需填料层高度。在上述填料塔内，若将混合气的流率增加10%，而其它条件（气、液相入塔组成、吸收剂用量、操作温度、压强）不变，试定性判断尾气中A 的含量及吸收液组成将如何变化？已知KYa∝V0.7。
解：（1）(L/V)min=(Y1-Y2)/x1*=(Y1-Y2)/(Y1/m)=mη
L/V=1.5(L/V)min=1.5mη
S=m/(L/V)=m/(1.5mη)=1/(1.5η)=1/(1.5×0.9)=0.741
(Y1-Y2)/Y1=η, 1-Y2/Y1=η, Y1/Y2=1/(1-η)=10
==4.64
Z=NOG×HOG=4.64×1.11=5.15 m
（2）由于V'=1.1V , KYa∝V0.7
所以HOG∝V0.3 , HOG'∝V'0.3
故 HOG'=1.10.3HOG , 即HOG'>HOG
Z不变, 所以NOG↓, Y2↑
NA=V (Y1-Y2)=L(X1-X2)=KYa(Y-Y*)m
因为V/L↑，而Z一定，必然 X1↑。