第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，摩尔分数摩尔比 【5-2】 20℃的l00g水中溶解lgNH3, NH3在溶液中的组成用摩尔分数x、浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？解 摩尔分数浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度代替溶液中NH3的量为 溶液的体积 溶液中NH3的浓度或 NH3与水的摩尔比的计算或 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示吸收率的定义为解 原料气中NH3的摩尔分数摩尔比 吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为摩尔分数 气液相平衡【5-4】 l00g水中溶解，查得20℃时溶液上方的平衡分压为798Pa此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为)、溶解度系数H[单位为]和相平衡常数m解 液相中的摩尔分数气相中的平衡分压 亨利系数 液相中的浓度 溶解度系数 液相中的摩尔分数 气相的平衡摩尔分数 相平衡常数 或 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为，温度为10℃时，水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为，式中为氧在气相中的平衡分压，单位为为溶液中氧的摩尔分数。
解 总压空气中的压力分数 空气中的分压 亨利系数 (1) 利用亨利定律计算与气相分压相平衡的液相组成为溶液此为水溶液中最大可能溶解因为溶液很稀，其中溶质很少水溶液≈水=18 kg水10℃，水的密度 故 水溶液≈水即 水中最大可能溶解氧故 水中最大可能溶解的氧量为(2) 利用亨利定律计算水中最大可能溶解的氧量为 溶液【5-6】含NH3体积分数1.5%的空气-NH3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH3总压为203kPaNH3在水中的溶解度服从亨利定律在操作温度下的亨利系数试求氨水溶液的最大浓度，溶液解 气相中的摩尔分数总压，气相中的分压(1) 利用亨利定律计算与气相分压相平衡的液相中NH3的摩尔分数为水溶液的总浓度 水溶液中的最大浓度 溶液(2) 利用亨利定律计算溶液【5-7】温度为20℃，总压为时，CO2水溶液的相平衡常数为m=1660若总压为时，相平衡常数m为多少？温度为20℃时的亨利系数E为多少?解 相平衡常数m与总压p成反比， 时亨利系数 【5-8】用清水吸收混合气中的NH3，进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为水。
此物系的平衡关系为气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解 已知，则已知，则已知，则已知，则塔顶气相推动力 塔底气相推动力 【5-9】CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为的水溶液和CO2浓度为的水溶液接触物系温度均为25℃，气液相平衡关系试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明CO2在两种情况下属于吸收还是解吸解 温度，水的密度为混合气中CO2的分压为水溶液的总浓度水溶液(1) 以气相分压差表示的吸收推动力①液相中CO2的浓度水溶液液相中CO2的摩尔分数与液相平衡的气相平衡分压为气相分压差表示的推动力 （吸收）② 液相中CO2的浓度水溶液液相中CO2的摩尔分数与液相平衡的气相平衡分压为气相分压差表示的推动力 （解吸）(2) 以液相浓度差表示的吸收推动力与气相平衡的液相组成为平衡的液相浓度 ①液相中CO2的浓度水溶液液相浓度差表示的推动力为 （吸收）②液相中CO2的浓度水溶液液相浓度差表示的推动力为 （解吸）习题5-10附图吸收过程的速率【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气(温度25℃，总压101.325kPa)流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00mm。
试计算在稳定状态下的汽化速率，解 25℃时水的饱和蒸气压为从教材表5-2中查得，25℃，条件下，H2O在空气中的分子扩散系数扩散距离，总压水表面处的水汽分压 空气分压 管上口处有大量干空气流过，水汽分压空气分压空气分压的对数平均值为水的汽化速率 【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为条件下，测定CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数48℃时，CCl4的饱和蒸气压为37.6kPa，液体密度为垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm，终了为3cm，CCl4的蒸发时间为试求48℃时，CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数解 计算48℃时CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为已知CCl4液体密度48℃时CCl4的饱和蒸气压总压开始，终了CCl4的蒸发时间CCl4的摩尔质量摩尔气体常数已知数据代入计算式，得扩散系数【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A，吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5kPa，液相中溶质A的摩尔分数为0.015气膜传质系数，液膜传质系数气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数。
总压为试求：(1)气相总传质系数，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质A的传质速率解 (1)气相总传质系数 气膜阻力，液膜阻为气膜阻力与总阻力的比值为，为气膜控制2)传质速率【5-13】根据及，试将传质速率方程变换成的形式有何关系解 式中 式中 吸收塔的计算【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的，其余视为惰性气体冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含的95%吸收塔的操作温度为30℃，压力为，每小时处理的炉气量为时的体积流量），所用液-气比为最小值的1.2倍求每小时的用水量和出塔时水溶液组成平衡关系数据为液相中溶解度7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1气相中平衡分压91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63解 ①最小液一-比的计算吸收剂为水，，总压原料气中分压从平衡数据内插，得液相平衡溶解度换算为摩尔比 最小液-气比 ②用水量计算已知炉气流量 标准状态下理想气体的摩尔体积为炉气的摩尔流量为惰性气体流量 吸收用水量 ③出塔水溶液的组成【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。
20℃时CO2水溶液的亨利系数吸收剂用量为最小用量的1.2倍试求：(1)液-气比L/G及溶液出口组成2)试求总压改为时的L/G及解 (1)总压(2) 总压时的从上述计算结果可知，总压从0.1MPa增大到1MPa，溶液出口组成从增加到5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为，气相总传质系数入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算解 (1)气相总传质单元高度计算入塔混合气的流量 惰性气体流量 (2) 气相总传质单元数计算，回收率①吸收因数法计算 ② 对数平均推动力法计算 (3)填料层高度Z计算【5-17】混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成（摩尔比）混合气体处理量为（按标准状态，），塔径为1.5m亨利系数，液相体积总传质系数试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。
解 (1)用水量计算，，混合气流量 惰性气体流量 用水量 (2) 填料层高度Z计算水溶液的总浓度 体积传质系数 液相总传质单元高度 ①对数平均推动力法计算气液相平衡常数 液相总传质单元数②吸收因数法计算 填料层高度 【5-18】气体混合物中溶质的组成（摩尔比），要在吸收塔中用吸收剂回收气液相平衡关系为1)试求下列3种情况下的液相出口组成与气相总传质单元数 (利用教材中图5-23)，并迸行比较，用推动力分析的改变3种情况的溶质回收率均为99%①入塔液体为纯吸收剂，液-气比；②入塔液体为纯吸收剂，液-气比；③入塔液体中含溶质的组成（摩尔比），液-气比2)入塔液体为纯吸收剂，最小液-气比，溶质的回收率最大可达多少？解 (1)求回收率，相平衡常数m=1① 查图5-23，得 ② 查图5-23，得 ③ 查图5-23，得 计算结果比较：②与①比较，相同，减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小为达到一定的溶质回收率要求（即达到一定的要求），需要增大，同时也增大了。
③与②比较，相同，使增大，即操作线斜率相同，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，增大，同时也增大了2) 当液体出口组成与气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即由物料衡算得 回收率 溶质的回收率最大可达80%5-19】某厂有一填料塔，直径880mm，填料层高6m，所用填料为50mm瓷拉西环，乱堆每小时处理混合气（体积按计），其中含丙酮摩尔分数为5%用清水作吸收剂塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%塔底送出来的溶液，lkg含丙酮61.2g根据上述测试数据计算气相体积总传质系数操作条件下的平衡关系为上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮？若把填料层加高3m，可以多回收多少丙酮？解 (1)计算体积总传质系数先从已知数据求相平衡常数 塔底排出的水溶液，每l000g含丙酮61.2g丙酮的摩尔质量为传质单元数 也可用吸收因数法计算从教材图5-23查得或用计算式求出 =8.03已知填料层高度，计算再从式 计算惰性气体。