化工原理 吸收课后答案.doc

1、1第二章 吸收习题解答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:(1) 求 H由 .求算.33NCP已知: .相应的溶液浓度 可用如下方法算出:30.987HakP 3NHC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1g.则:3/km33 33170.582/.9/()NH aNHCkolmlkPP(2).求 .由m333330.987.41.5780.94.281NHNHNHyxxyx

2、2: 101.33kpa、1O时,氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31106x 表示。式中:P o2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:氧在空气中的摩尔分数为 .故022222 6610.321.8430.O aPykPx 因 值甚小,故可以认为2OXx即: 226.4310Xx所以:溶解度 5223()()2.4101.48kgOgHmO3. 某混合气体中含有 2%(体积)CO 2,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

3、.88x105KPa,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:(1).求 由 求算H2HOEM2 43510.910/().8aHOkmolP(2)求 m51.03716E(2) 当 时. 水溶解的2yg2CO(3)2 55010.3.98COaPkPxE 因 很小,故可近似认为 Xx5 52 242()()4.3910.3910()8.8()kmolCkgCOXHOHg 故 克水中溶有10220.138g34.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

4、.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/(m 2s):(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：（1）等分子反向扩散时 的传递速率2O12523125 523()0.85/.0/.73.167.80(.67)2.10(/)34AAaAAaDNPRTZcmssKkcmPkPN kmols （2） 通过停滞 的扩散速率OC5212 315 .8.1.67()lnln347203.3.0/BAABmPDPDRTZRTZkols5一浅盘

5、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: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3510Zm的饱和水蒸气压力为(20)C 12.46AaPk静止空气膜层以外;水蒸气分压为 52.61/.0.3709aDmskTK4单位面积上单位时间的水分蒸发量为 5212 316 .601.10.3()lnln83492465.03/BAABm

6、PDPDNRTZRTZkols 故液面下降速度: 685.0319.071/8.2ALdMms水层蒸干的时间: 3485102.5106.25/9.7h shd6. 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:(1):氨在空气中的扩散系数 .查表 知道,空气的分子体积:2.439/BVcmol氨的分子体积: 325.8/Acl又知 9.17/BAMgmogol则 时,氨在空气中的扩散系数可由 式计算.0.13aCkP MaxweGiland:353/21/2521/34.6(7)(

7、)9064/.8.NHDms (2)同理求得 521.0/HCl ms7.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:总吸收系数 5255111.20/().0.92.08G aCK kmolskPkH 气膜 助在点 助中所占百分数.P1/127.3.5GCk8. 在吸收

8、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:吸收速率 ()AGANKP由上题已求出 521.20/()akkmolskP又知： 3.95/()aHol则该截面上气相甲醇的平衡分压为 /2.1/.085.A aAaPCkP则5522.(.)4.1/()0183/Nmolskmolh9：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

9、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VL若压强改为 1013kPa,其他条件不变,再求 手及 。1XL1X解：（1）求 下，操作液气比及出口液相 组成。0.3akP64125.2053.20.1EmPyYX最小液气比 12min0.4.1() 58/YLVX操作液气比为 in.().62出口液相浓度 12125()0.04.3.1206VXYL（2）：求 下的操作液气比及出口液组成13akP45.05Em则： 12min0.4.01() 5.8/.586.YLVX出口液相组成：11，在 101.33kPa 下用水吸收据

10、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 41212 1()0(.204.1).206VXYL 7的平均值为 0.1112 。在操作条件下的气液平衡关系为 ,试YaKs)kmol/(3 XY6.2*求塔径及填料层高度。解：1212min120.1()(0.95).() 2.4716.47.1()(0.5)0.38.6957ln1GYXLYVXYXLmVSN 121.1()ln(0.956)0.95613.8.Y

11、S 塔截面积： 20.56/.43m塔径： .0.7D又知： 5623.9015/.4Vkmols则： 0.15.38246GYaHK塔上填料层高度： 0.381.53GZNm12在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2,气体流量 为 5000m3(标准)/h,其中SO2 占 10%,要求 SO2 回收率为 95%。气、液逆流接触,在塔的操作条件下 SO2 在8两相间的平衡关系近似为 。试求:XY7.26*(1)若取用水量为最小用量的 15 倍,用水量应为多少?(2)在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数;(3)如仍用(2)中求出的理论 板数,而要求回收率从 95%提高到 98%,用水量应增加到

12、多少?解：（1）求用水量：212minin (0.1.(95)0.65./.4()(.1.5)10/067.5. /YVkmolhYL kmolhXkolh水 ）（2）：求理论板数梯级图解法()a1201)(.0.56).027765VXYXL在 直角坐标图中给出平衡线 及操作线oECYBT由图中 点开始在操作线与平衡线之间画梯级B得理论板层数 5.TN用克列姆塞尔算图()b295.0X则相对回收率 120.1.560.9Ym在理论最小用水量下， ，J 据此查图 得：TN219而min0.95Amin0.95LVi (1.2671/Lkolh水 ）查图 （或由式 计算）可知当：c时.430.9

13、5LAmV5TN两种方法解得的结果相同。（3）求 时所需增加的水量98用克列姆塞尔法估算，已知： 0.985.TN据此查图 得21.75A则: .75.26.13/LmVkmolh故需要增加的用水量 4() (930740/.10/kolg水 水 ）13. 在一个接触效能相当于 8 层理论塔板的筛板塔内,用一种摩尔质量为 250、密度为则 900kg/m3 的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为 101.33kPa,温度为 15,进 塔气体含丁烷 5%(体积),要求回收率为 95%。丁烷在 15时的蒸气压强为 194.5kPa,液相密度为 58Okg/m3 假定拉乌尔 定律及道尔顿定律

14、适用,求:(1)回收每 1m3 丁烷需用溶 剂油多少(m 3)?(2)若操作压强 改为 304.OkPa,而其他条件不变,则上述溶 剂油耗量将是多少(m3)?解:(1).由拉乌尔 定律194.5.203pyxx10由于为低组成吸收,可以认为 1.92YX1220.5.60.()(5).63YX由克列姆塞尔方程得到: 1 12110.526lnln38TYYN 解得: 10.42.0.2.9YX由此可知,每回收 丁烷所需纯溶剂油数量为1kmol1245.0.lX(丁 烷 ）（ 油 ） /kol丁烷的摩尔质量为 .则回收每 液体丁烷所需溶剂油的体积为831345./9162/80m（ 丁 烷 ）（ 油 ）(2).若 则:3.pkPa98.0.63984.yxYX 因为 故20X2(条件未变,仍用上法求得)1.Y11240.65.3981.2/.mkmollx（ 丁 烷 ）（ 油 ）35.44./80/（ 油 ） （ 液 体 丁 烷 ）14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇胶水溶液吸收混于气态烃中的 H2S,进塔气相含