长江大学董盛富-8.4 吸收过程的设计型计算(241)

8.1 气液相平衡

8-1 在盛水的鼓泡吸收器中通人纯CO2气，经长期接触后测得水中CO2的平衡浓度为2.857×10 -2mol/L 溶液。鼓泡器中的总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρ = 996kg/m3。求亨利系数，并将此实验值与文献值E = 188.5MPa作比较。

解：吸收达到平衡时溶液中CO2的摩尔分数（以1L溶液为基准）

xCO22.857?10?2?4 ??5.167?10(996?2.857?10?2?44)/18?2.857?10?2因长时间鼓泡，鼓泡器中的空气已全部被CO2气所置换，故CO2被水吸收的亨利系数：

101.3?10?3MPaE?p/xA??196.0MPa

5.167?10-4与文献值E = 188.5MPa比较，其偏差为(196.0－188.5)/188.5＝4.0%

8-2 惰性气与CO2的混合气中CO2体积分数为30％，在表压1MPa下用水吸收。设吸收塔底水中

溶解的CO2达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至表压20kPa，放出大部分CO2，然后再在解吸塔中吹气解吸。

设全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，操作温度为25℃。求1kg水在膨胀槽中最多能放出多少千克CO2气体。

解：依题意，在全部操作范围内水与CO2的平衡关系服从亨利定律，查附录二得25℃下CO2溶于水时的亨力系数为

E?1.66?102MPa

方法一：

对膨胀槽作CO2的物料平衡（以1kg水为衡算基准） 入膨胀槽吸收液中CO2的组成

x1?p1/E?1.1013?0.3/1.66?102?1.990?10?3

设此液1kg水中溶解CO2的kg数为W1，则有：

x1?W1/44?1.990?10?3W1/44?1/18?W1?4.875?10?3kg

出膨胀槽吸收液中CO2的组成

x2?p2/E?(0.1013?0.020)/1.66?102?7.307?10?4

设此液1kg水中溶解CO2的kg数为W2，则有：

x2?W2/44?7.307?10?4W2/44?1/18?W2?1.788?10?3kg

故1kg水在膨胀槽中最多能释放出CO2的kg数为

W?W1?W2?(4.875?1.788)?10?3?3.09?10?3kgCO2/kgH2O

方法二：不考虑气流夹带走的水量，则膨胀槽内水的量恒定不变，于是1kg水在膨胀槽中最多能放出CO2气体的的千克数为

1m?Ls(X1?X2)MCO2?Ls(x1?x2)MCO2?(0.00199?0.00073)?44?0.00308kgCO2/kgH2O

18 8-3 20℃的水与N2气逆流接触以脱除水中溶解的O2气。塔底人口的N2气中含氧体积分数为0.1％，设气液两相在塔底达到平衡，平衡关系服从亨利定律。求下列两种情况下，水离开塔底时的最低含氧量，以mg/m3水表示。

(1)操作压力(绝对)为101.3kPa。(2)操作压力(绝对)为40kPa。

[答：(1)44.16mg/m3水；(2)17.51mg/m3水]

8-4 气液逆流接触的吸收塔，在总压为101.3kPa下用水吸收Cl2气，进入塔底的气体混合物中含氯体积分数为1％，塔底出口的水中含氯摩尔分数x＝0.8×10-5。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(xe?x)及(y?ye)表示。

(1)塔底温度为20℃；(2)塔底温度为40℃。 解：首先求解出操作条件下的相平衡关系 查附录二得E20?C?53.7MPa，E40?C?80.0MPa 两种操作条件下对应的相平衡常数

??53.7/0.1013?530.1(20?C) m?E/pt????80.0/0.1013?789.7(40?C)两种操作条件下的吸收推动力

?5?5?(20?C)?0.01/530.1?0.8?10?1.087?10(xe?x)??

?5?6?(40?C)?0.01/789.7?0.8?10?4.663?10?5?3?(20?C)?0.01?530.1?0.8?10?5.76?10(y?ye)??

?5?3?(40?C)?0.01?789.7?0.8?10?3.68?10

8-5 某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质摩尔分数x＝2×10-4，进口气体中含溶质体积分数为2.5％。操作压力为101kPa，气液平衡关系为y＝50x。

现将操作压力由101kPa增至202kPa，问塔底推动力(y?ye)及(xe?x)各增加至原有的多少倍。

[答：1.33，2.67]

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