第八章 习题
气液相平衡
1．在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO
2
气，经长期接触后测得水中CO
2
的平衡溶解度为2.857×10
-2
mol/L溶液。
鼓泡器中的总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρ
m
=996kg/m
3
。求亨利系数，并将此实验值与文献值E=188.5MPa
作比较。
2．惰性气与CO
2
的混合气中含CO
2
30% (体积百分数)，在1MPa(表压)下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的
CO
2
达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至20kPa(表压），放出大部分CO
2
，然后再在解吸塔中吹气解吸。
设全部操作范围内水与CO
2
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kgCO
2
气。
习题1 附图 习题2附图
3．20℃的水与N
2
气逆流接触以脱除水中溶解的O
2
气。塔底入口的N
2
气中含氧0.1% (体积)，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/m
3
水表示。
（1） 操作压强为101.3kPa（绝对）。
（2） 操作压强为40kPa（绝对）。
4．气液逆流接触的吸收塔，在总压为101.3kPa下用水吸收Cl
2
气，进入塔底的气体混合物中含氯1%（体积），
塔底出口的水中含氯浓度为x=0.8×10
-5
（摩尔分率）。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(x
e
-x)及(y-y
e
)
表示。
（1） 塔底温度为20℃。
（2） 塔底温度为40℃。
5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10
-4
（摩尔分率）,进口气体中含溶质2.5%（体积），操作压强为
101kPa。气液平衡关系为y=50x。
现将操作压强由101kPa增至202kPa，问塔底推动力(y-y
e
)及(x
e
-x)各增加至原有的多少倍。
扩散与相际传质速率
6．柏油马路上积水2mm，水温20℃。水面上方有一层0.2mm厚的静止空气层，水通过此气层扩散进入大气。
大气中的水汽分压为1.33kPa。问多少时间后路面上的积水可被吹干。
*7,某水杯中初始水面离杯上缘1cm,水温30℃，水汽藉扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零，
总压101.3KPa。求水面下降4cm需要多少天？
57
习题7附图
8．某填料塔用水吸收混合气中的丙酮蒸汽。混合气流量为16kmol/（h·m
2
）,操作压强101.3kPa。已知容积传质分系数k
y
a=64.6kmol/（h·m
3
），k
L
a=16.6kmol/h.m
3
.(kmol/m
3
)，相平衡关系为p
A
=4.62C
A
。式中气相分压p
A
的单位是kPa，平衡溶解度单位是(kmol/m
3
)。
求（1）容积总传质系数及传质单元高度H
OG
。
（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。
9．在设计某降膜吸收器时，规定塔底气相中含溶质y=0.05，液相中含溶质的浓度x=0.01（均为mol分率）。
两相的传质分系数分别为k
x
=8×10
-4
kmol/（s·m
2
），k
y
=5×10
-4
kmol/（s·m
2
）。操作压强为101.3kPa时相平衡关系为y=2x。试求,
（1）该处的传质速率N
A
（kmol/（s·m
2
））
（2）如果总压改为162kPa，塔径及气、液两相的摩尔流率均不变，不计压强变化对流体粘度的影响，此时的传质速率有何变化？讨论总压对k
y
、K
y
及(y-y
e
)的影响。
吸收过程数学描述
10．对低浓度气体吸收或解吸，由
xyy
k
m
kK
+=
11
出发，试证
OGOL
N
A
N
1
=。
习题13 附图
*11,低浓度气体逆流吸收，试证,
2
1
ln
1
1
y
y
L
mG
N
OG
=
58
式中,Δy
1
= y
1
- y
1e
为塔底的吸收推动力,
Δy
2
= y
2
- y
2e
为塔顶的吸收推动力。
*12,用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算NOG的表达式。
13．下图为两种双塔吸收流程，试在y～x图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的进、出口浓度。
14．较浓的溶液进入图示解吸塔塔顶，塔底吹气解吸，塔中部某处抽出一半液体，另一半液体由塔底排出，
试在y～x图上画出平衡线与操作线，并标出各股流体的浓度坐标。
吸收过程的设计型计算
15．流率0.4 kmol/（s·m
2
）的空气混合气中含氨2%（体积），拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入浓度为0.0004（mol分率）的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律，y=1.2x所用填料的总传质系数K
y
a=0.052kmol/（s·m
3
）。
试求：（1）液体在塔底的浓度x
1
。
（2）全塔的平均推动力Δy
m
。
（3） 所需塔高。
16,用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分，物系的相平衡关系服从亨利定律，吸收剂用量是最小用量的1.3倍，试求下列两种情况下所需的塔高，已知传质单元高度H
OG
=0.8m。
（1） 回收率η=90%。
（2） 回收率η=99%。
（3） 两种情况下的吸收剂用量有何差别？
习题14附图 习题18附图
17．含H
2
S 2.5×10
-5
(摩尔分率，下同)的水与空气逆流接触以使水中的H
2
S脱除，操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=545x，水的流率为5000kg/（m
2
·h）。
试求：（1）为使水中的H
2
S降至x=0.1×10
-5
所需的最少空气用量。
（2）当空气用量为G=0.40kmol/（h·m
2
）,设计时塔高不受限制，可以规定离解吸塔的水中含H
2
S最低浓度是多少？示意画出该种情况下的解吸操作线。
*18,采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO
2
，气体经两塔后总的SO
2
回收率为0.91，两塔的用水量相
59
等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度H
OG
均为1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。
试求两塔的塔高。
吸收过程的操作型计算
19．某吸收塔用25×25mm的瓷环作填料，充填高度5m，塔径1m，用清水逆流吸收每小时2250m
3
的混合气。
混合气中含有丙酮5%（体积），塔顶逸出废气含丙酮降为0.26%（体积），塔底液体中每kg水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x。试求
（1） 该塔的传质单元高度H
OG
及容积传质系数K
y
a；
（2） 每小时回收的丙酮量。
20．某填料吸收塔高2.7m，在常压下用清水逆流吸收混合气中的氨。混合气入 塔的摩尔流率为0.03 kmol/m
2
.s。
清水的喷淋密度0.018 kmol/（m
2
.s）。进口气体中含氨2%（体积），已知气相总传质系数K
y
a=0.1 kmol/（m
2
.s）,
操作条件下亨利系数为60kPa。
试求排出气体中氨的浓度。
*21,某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是3，气体入口浓度
y1=0.01回收率可达η=0.90。
今因解吸不良使吸收剂入口浓度x2升至0.00035，试求,
（1） 可溶组分的回收率下降至多少？
（2） 液相出塔浓度升高至多少？
已知物系的平衡关系为y=2x。
*22,在15℃、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽0.0145(摩尔分率，下同)
硫酸进出塔的浓度均为80%，硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为ye=1.05×10
-4
,且已知该塔的容积传质系数Kya∝G
0.8
。
空气经塔后被干燥至含水汽0.000322。
现将空气流率增加一倍，则出塔空气中的含水量为多少？
思 考 题
1,吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?
2,选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?
3,E,m,H 三者各自与温度、总压有何关系?
4,工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?
5,扩散流J
A
,净物流N,主体流动N
M
,传递速率N
A
相互之间有什么联系和区别?
6,漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么？
7,气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?
8,修伍德数、施密特数的物理含义是什么?
9,传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?
10,传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?
60
11,低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?
12,吸收塔高度计算中，将N
OG
与H
OG
分开,有什么优点?
13,建立操作线方程的依据是什么?
14,什么是返混?
15,何谓最小液气比? 操作型计算中有无此类问题?
16,x
2max
与(L/G)
min
是如何受到技术上的限制的? 技术上的限制主要是指哪两个制约条件?
17,有哪几种N
OG
的计算方法? 用对数平均推动力法和吸收因数法求N
OG
的条件各是什么?
18,H
OG
的物理含义是什么? 常用吸收设备的H
OG
约为多少?
19,吸收剂的进塔条件有哪三个要素? 操作中调节这三要素,分别对吸收结果有何影响?
20,吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别?
21,高浓度气体吸收的主要特点有哪些?
22,化学吸收与物理吸收的本质区别是什么? 化学吸收有何特点?
23,化学吸收过程中，何时成为容积过程? 何时成为表面过程?
61
气液相平衡
1．在盛水的鼓泡吸收器中通入纯CO
2
气，经长期接触后测得水中CO
2
的平衡溶解度为2.857×10
-2
mol/L溶液。
鼓泡器中的总压为101.3kPa，水温30℃，溶液的密度ρ
m
=996kg/m
3
。求亨利系数，并将此实验值与文献值E=188.5MPa
作比较。
2．惰性气与CO
2
的混合气中含CO
2
30% (体积百分数)，在1MPa(表压)下用水吸收。设吸收塔底水中溶解的
CO
2
达到饱和，此吸收液在膨胀槽中减压至20kPa(表压），放出大部分CO
2
，然后再在解吸塔中吹气解吸。
设全部操作范围内水与CO
2
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kgCO
2
气。
习题1 附图 习题2附图
3．20℃的水与N
2
气逆流接触以脱除水中溶解的O
2
气。塔底入口的N
2
气中含氧0.1% (体积)，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/m
3
水表示。
（1） 操作压强为101.3kPa（绝对）。
（2） 操作压强为40kPa（绝对）。
4．气液逆流接触的吸收塔，在总压为101.3kPa下用水吸收Cl
2
气，进入塔底的气体混合物中含氯1%（体积），
塔底出口的水中含氯浓度为x=0.8×10
-5
（摩尔分率）。试求两种不同温度下塔底的吸收推动力，分别以(x
e
-x)及(y-y
e
)
表示。
（1） 塔底温度为20℃。
（2） 塔底温度为40℃。
5．某逆流吸收塔塔底排出液中含溶质x=2×10
-4
（摩尔分率）,进口气体中含溶质2.5%（体积），操作压强为
101kPa。气液平衡关系为y=50x。
现将操作压强由101kPa增至202kPa，问塔底推动力(y-y
e
)及(x
e
-x)各增加至原有的多少倍。
扩散与相际传质速率
6．柏油马路上积水2mm，水温20℃。水面上方有一层0.2mm厚的静止空气层，水通过此气层扩散进入大气。
大气中的水汽分压为1.33kPa。问多少时间后路面上的积水可被吹干。
*7,某水杯中初始水面离杯上缘1cm,水温30℃，水汽藉扩散进入大气。杯上缘处的空气中水汽分压可设为零，
总压101.3KPa。求水面下降4cm需要多少天？
57
习题7附图
8．某填料塔用水吸收混合气中的丙酮蒸汽。混合气流量为16kmol/（h·m
2
）,操作压强101.3kPa。已知容积传质分系数k
y
a=64.6kmol/（h·m
3
），k
L
a=16.6kmol/h.m
3
.(kmol/m
3
)，相平衡关系为p
A
=4.62C
A
。式中气相分压p
A
的单位是kPa，平衡溶解度单位是(kmol/m
3
)。
求（1）容积总传质系数及传质单元高度H
OG
。
（2）液相阻力占总传质阻力的百分数。
9．在设计某降膜吸收器时，规定塔底气相中含溶质y=0.05，液相中含溶质的浓度x=0.01（均为mol分率）。
两相的传质分系数分别为k
x
=8×10
-4
kmol/（s·m
2
），k
y
=5×10
-4
kmol/（s·m
2
）。操作压强为101.3kPa时相平衡关系为y=2x。试求,
（1）该处的传质速率N
A
（kmol/（s·m
2
））
（2）如果总压改为162kPa，塔径及气、液两相的摩尔流率均不变，不计压强变化对流体粘度的影响，此时的传质速率有何变化？讨论总压对k
y
、K
y
及(y-y
e
)的影响。
吸收过程数学描述
10．对低浓度气体吸收或解吸，由
xyy
k
m
kK
+=
11
出发，试证
OGOL
N
A
N
1
=。
习题13 附图
*11,低浓度气体逆流吸收，试证,
2
1
ln
1
1
y
y
L
mG
N
OG
=
58
式中,Δy
1
= y
1
- y
1e
为塔底的吸收推动力,
Δy
2
= y
2
- y
2e
为塔顶的吸收推动力。
*12,用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，采用的液气比是最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算NOG的表达式。
13．下图为两种双塔吸收流程，试在y～x图上定性画出每种吸收流程中A、B两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的进、出口浓度。
14．较浓的溶液进入图示解吸塔塔顶，塔底吹气解吸，塔中部某处抽出一半液体，另一半液体由塔底排出，
试在y～x图上画出平衡线与操作线，并标出各股流体的浓度坐标。
吸收过程的设计型计算
15．流率0.4 kmol/（s·m
2
）的空气混合气中含氨2%（体积），拟用逆流吸收以回收其中95%的氨。塔顶淋入浓度为0.0004（mol分率）的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律，y=1.2x所用填料的总传质系数K
y
a=0.052kmol/（s·m
3
）。
试求：（1）液体在塔底的浓度x
1
。
（2）全塔的平均推动力Δy
m
。
（3） 所需塔高。
16,用纯溶剂对低浓度混合气作逆流吸收以回收其中的可溶组分，物系的相平衡关系服从亨利定律，吸收剂用量是最小用量的1.3倍，试求下列两种情况下所需的塔高，已知传质单元高度H
OG
=0.8m。
（1） 回收率η=90%。
（2） 回收率η=99%。
（3） 两种情况下的吸收剂用量有何差别？
习题14附图 习题18附图
17．含H
2
S 2.5×10
-5
(摩尔分率，下同)的水与空气逆流接触以使水中的H
2
S脱除，操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=545x，水的流率为5000kg/（m
2
·h）。
试求：（1）为使水中的H
2
S降至x=0.1×10
-5
所需的最少空气用量。
（2）当空气用量为G=0.40kmol/（h·m
2
）,设计时塔高不受限制，可以规定离解吸塔的水中含H
2
S最低浓度是多少？示意画出该种情况下的解吸操作线。
*18,采用图示的双塔流程以清水吸收混合气中的SO
2
，气体经两塔后总的SO
2
回收率为0.91，两塔的用水量相
59
等，且均为最小用水量的1.43倍，两塔的传质单元高度H
OG
均为1.2m。在操作范围内物系的平衡关系服从亨利定律。
试求两塔的塔高。
吸收过程的操作型计算
19．某吸收塔用25×25mm的瓷环作填料，充填高度5m，塔径1m，用清水逆流吸收每小时2250m
3
的混合气。
混合气中含有丙酮5%（体积），塔顶逸出废气含丙酮降为0.26%（体积），塔底液体中每kg水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x。试求
（1） 该塔的传质单元高度H
OG
及容积传质系数K
y
a；
（2） 每小时回收的丙酮量。
20．某填料吸收塔高2.7m，在常压下用清水逆流吸收混合气中的氨。混合气入 塔的摩尔流率为0.03 kmol/m
2
.s。
清水的喷淋密度0.018 kmol/（m
2
.s）。进口气体中含氨2%（体积），已知气相总传质系数K
y
a=0.1 kmol/（m
2
.s）,
操作条件下亨利系数为60kPa。
试求排出气体中氨的浓度。
*21,某填料吸收塔用含溶质x2=0.0002的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分，采用液气比是3，气体入口浓度
y1=0.01回收率可达η=0.90。
今因解吸不良使吸收剂入口浓度x2升至0.00035，试求,
（1） 可溶组分的回收率下降至多少？
（2） 液相出塔浓度升高至多少？
已知物系的平衡关系为y=2x。
*22,在15℃、101.3kPa下用大量的硫酸逆流吸收空气中的水汽。入塔空气中含水汽0.0145(摩尔分率，下同)
硫酸进出塔的浓度均为80%，硫酸溶液上方的水汽平衡浓度为ye=1.05×10
-4
,且已知该塔的容积传质系数Kya∝G
0.8
。
空气经塔后被干燥至含水汽0.000322。
现将空气流率增加一倍，则出塔空气中的含水量为多少？
思 考 题
1,吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?
2,选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?
3,E,m,H 三者各自与温度、总压有何关系?
4,工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?
5,扩散流J
A
,净物流N,主体流动N
M
,传递速率N
A
相互之间有什么联系和区别?
6,漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么？
7,气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?
8,修伍德数、施密特数的物理含义是什么?
9,传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?
10,传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?
60
11,低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?
12,吸收塔高度计算中，将N
OG
与H
OG
分开,有什么优点?
13,建立操作线方程的依据是什么?
14,什么是返混?
15,何谓最小液气比? 操作型计算中有无此类问题?
16,x
2max
与(L/G)
min
是如何受到技术上的限制的? 技术上的限制主要是指哪两个制约条件?
17,有哪几种N
OG
的计算方法? 用对数平均推动力法和吸收因数法求N
OG
的条件各是什么?
18,H
OG
的物理含义是什么? 常用吸收设备的H
OG
约为多少?
19,吸收剂的进塔条件有哪三个要素? 操作中调节这三要素,分别对吸收结果有何影响?
20,吸收过程的数学描述与传热过程的数学描述有什么联系与区别?
21,高浓度气体吸收的主要特点有哪些?
22,化学吸收与物理吸收的本质区别是什么? 化学吸收有何特点?
23,化学吸收过程中，何时成为容积过程? 何时成为表面过程?
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