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1、1 第二章第二章 吸收吸收习题习题解答解答 1 从手册中查得 101.33KPa、25时,若 100g 水中含氨 1g,则此溶液上方的氨气平 衡分压为 0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数 H(kmol/ (m3kPa)及相平衡常数 m。 解解: (1) 求H 由.求算. 3 3 NH NH C P H 已知:.相应的溶液浓度可用如下方法算出: 3 0.987 NHa PkP 3 NH C 以水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为100g .则: 3 1000/kg m 3 3 3 3 3 1 17 0.582/ 100 1 1000 0
2、.582 0.590/() 0.987 NH NH a NH Ckmol m C HkmolmkP P (2).求.由m 333 3 3 3 3 3 0.987 0.00974 101.33 1 17 0.0105 1100 1718 0.00974 0.928 0.0105 NHNHNH NH NH NH NH NH ymx P y P x y m x 2: 101.33kpa、1O时,氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31106x 表示。式中:Po2为 氧在气相中的分压,kPa、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与 空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解解:氧在空
3、气中的摩尔分数为.故0.21 2 22 2 2 6 6 101.33 0.2121.28 21.28 6.43 10 3.31 1063.31 10 OOa O O PPykP P x 因值甚小,故可以认为 2 O xXx 即: 22 6 6.43 10 OO Xx 所以:溶解度 6 5 22 3 22 ()()6.43 1032 1.14 1011.4 1 18()() kg Og O kg H Om H O 3. 某混合气体中含有 2%(体积)CO2,其余为空气。混合气体的温度为 30,总压强 为 506.6kPa。从手册中查得 30时 C02 在水中的亨利系数 E=1.88x105KPa
4、,试求 溶解度系数 H(kmol/（m3kPa、 ）)及相平衡常数 m,并计算每 100 克与该气体相平衡 的水中溶有多少克 CO2。 解解:(1).求由求算H 2 H O H EM 2 43 5 1000 2.955 10/() 1.88 1018 a H O HkmolmkP EM (2)求m 5 1.88 10 371 506.6 E m (2) 当时.水溶解的0.02y 100g 2 CO (3) 2 2 5 5 506.6 0.0210.13 10.13 5.39 10 1.88 10 COa CO PkP P x E 因很小,故可近似认为xXx 55 22 22 4 2 2 ()(
5、)44 5.39 105.39 10() ()18() () 1.318 10 () kmol COkg CO X kmol H Okg H O kg CO kg H O 故克水中溶有100 22 0.01318COgCO 3 4.在 101.33kPa、0下的 O2与 CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知 相距 0.2cm 的两截面上 O2的分压分别为 13.33kPa 和 6.67kPa,又知扩散系数为 0.185cm2/s,试计算下列两种情况下 O2的传递速率,kmol/(m2s): (1) O2与 CO 两种气体作等分子反向扩散; (2) CO 气体为停滞组分。 解：解：（1）
6、等分子反向扩散时的传递速率 2 O 12 252 3 12 5 52 3 () 0.185/1.85 10/ . 273 101.325.0.22 10 13.33.6.67 1.85 10 (13.336.67)2.71 10 (/) 8.314 273 2 10 AAA a AaAa A D NPP RTZ Dcmsms TK PkP Zcmm PkP PkP Nkmol ms （2）通过停滞的扩散速率 2 OCO 5 2 12 3 1 52 1.85 10101.33101.336.67 ()lnln 8.314 273 2 10101.33 13.33 3.01 10/ B AAA B
7、mB PDPDP NPP RTZPRTZP kmol ms 5一浅盘内存有 2mm 厚的水层,在 20的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中。 假定扩散始终是通过一层厚度为 5mm 的静止空气膜层,此空气膜层以外的水蒸 气分压为零。扩散系数为 2.6010-5m2/s,大气压强为 101.33KPa。求蒸干水层所需 的时间。 解解:这是属于组分通过停滞组分的扩散。( )A 已知扩散距离（静止空气膜厚度）为.水层表面的水蒸气分压 3 5 10Zm 的饱和水蒸气压力为(20)C 1 2.3346 Aa PkP 静止空气膜层以外;水蒸气分压为 2 0 A P 52 2.6 10/ .101.33.273
8、20293 a Dms PkP TK 4 单位面积上单位时间的水分蒸发量为 5 2 12 3 1 62 2.6 10101.33101.33 ()lnln 8.314 293 5 10101.332.3346 5.03 10/() B AAA BmB PDPDP NPP RTZPRTZP kmolms 故液面下降速度: 6 8 5.03 1018 9.07 10/ 998.2 AA L dNM m s d 水层蒸干的时间: 3 4 8 5 10 2.205 106.125 /9.07 10 h h sh dd 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算 0、101.33kPa 时氨和氯化氢在空
9、气 中的扩散系数 D(m2/s),并将计算结果与表 2-2 中的数据相比较。 解解:(1):氨在空气中的扩散系数. 查表知道,空气的分子体积:2.4 3 29.9/ B Vcmmol 氨的分子体积: 3 25.8/ A Vcmmol 又知29 /.17 / BA Mg mol Mg mol 则时,氨在空气中的扩散系数可由式计算.0.101.33 a CkP MaxweaGilliland: 3 53/21/2 52 1/31/3 11 4.36 10(273)() 1729 10614 10/ 101.33(25.8)(29.9) NH Dms (2)同理求得 52 1.323 10/ HCl
10、 Dms 7.在 101.33kPa、27下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的 组成都很低,平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 H=1.955kmol/(m3kPa),气 5 膜吸收系数 kG=1.5510-5kmol/(m2skPa),液膜吸收系数 kL=2.0810- 5kmol/(m2kmol/m3)。试求总吸收系数 KG,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。 .解解:总吸收系数 52 55 11 1.122 10/() 1111 1.55 101.955 2.08 10 Ga GC Kkmolms kP kHk 气膜助在点助中所占百分数.PP 1/1.122 72.3
11、 1/1/1.55 G GC k kHk 8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇,操作温度 27,压强 101.33KPa。稳定 操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5 kPa,液相中甲醇组成为 2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。 解解:吸收速率() AGAA NKPP 由上题已求出 52 1.122 10/() Ga kkmolms kP 又知： 3 1.955/() a HkmolmkP 则该截面上气相甲醇的平衡分压为 /2.11/1.9551.08.5. AaAa PC HkP PkP 则 552 2 1.122 10(5 1.08)4.4 10
12、/() 0.1583/() A Nkmolms kmolmh 9：在逆流操作的吸收塔中,于 101.33kpa、25下用清水吸收混合气中的 H2S,将其 组成由 2%降至 0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数 E=5.5216kPa。若 取吸收剂用量为理论最小用量的 12 倍,试计算操作液气比及出口液相组成 V L 若压强改为 1013kPa,其他条件不变,再求手及。 1 X V L 1 X 解：解：（1）求下，操作液气比及出口液相组成。101.33 a kP 6 4 1 1 1 2 2 2 2 5.52 10 545 101.33 0.02 0.0204 11 0.02 0.0
13、01 0.001 11 0.001 0 E m P y Y y y Y y X 最小液气比 12 min 1 2 0.02040.001 ()518 0.0204/545 YYL Y V X m 操作液气比为 min 1.2 ()1.2 518622 LL VV 出口液相浓度 1212 5 () 1 0(0.02040.001)3.12 10 622 V XXYY L （2）：求下的操作液气比及出口液组成1013 a kP 4 5.52 10 545 1013 E m P 则： 12 min 1 2 0.02040.0001 ()51.8 0.0204/545 1.2 51.862.2 YYL
14、 Y V X m L V 出口液相组成： 11，在 101.33kPa 下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为 0.1,混合气 体于 40下进入塔底,体积流量为 0.556m3/s,空塔气速为 1.2m/s。吸收剂用量为理 论最小用量的 1.1 倍,氨的吸收率为 95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数 4 1212 1 ()0(0.02040.001)3.12 10 62.2 V XXYY L 7 的平均值为 0.1112。在操作条件下的气液平衡关系为,试 Ya Ks)kmol/(m3XY6 . 2 * 求塔径及填料层高度。 解：解： 1 21 2 12 min 1 2 1122 0.1 0.1111 1 0.1 (1)0.1111 (1 0.95)0.005555 0. 0.1111 0.005555 ()2.47 0.1111 2.6 1.1 2.472.72 1 ()(0.1111 0.005555)00.0388 2.72 2.6 0.956 2.72 1 ln 1 G Y YY X YYL Y V X m L V V XYYX L mV S L N S 12 22 10.1111 (1)ln(1 0.956
