化工原理下册 第六章吸收习题答案

6-1已知在101.3kPa(绝对压力下)，100g水中含氨1g的溶液上方的平衡氨气分压为987Pa。试求：(1)溶解度系数H(kmol·m-3·Pa-1)；(2)亨利系数E(Pa)；(3)相平衡常数m；(4)总压提高到200kPa(表压)时的H，E，m值。（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为10003/mkg）解：（1）根据已知条件PapNH987*33/5824.01000/10117/13mkmolcNH定义333*NHNHNHHcpPamkmolpcHNHNHNH34/109.5333（2）根据已知条件可知0105.018/10017/117/13NHx根据定义式333*NHNHNHxEp可得PaENH41042.93（3）根据已知条件可知00974.0101325/987/**33ppyNHNH于是得到928.0333*NHNHNHxym（4）由于H和E仅是温度的函数，故3NHH和3NHE不变；而pEpxExpxpxym**，与T和p相关，故309.0928.031'3NHm。分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。（2）注意E，H和m的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。6-2在25℃下，CO2分压为50kPa的混合气分别与下述溶液接触：(1)含CO2为0.01mol/L的水溶液；(2)含CO2为0.05mol/L的水溶液。试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力。解：由亨利定律得到*2250COCOExkPap根据《化工原理》教材中表8-1查出kPaECO51066.1252℃所以可以得到4*1001.32COx又因为34525/10347.3181066.11000222mkPakmolEMHOHOHCO℃所以得34*/0167.05010347.3222mkmolpHcCOCOCO于是：（1）为吸收过程，3/0067.0mkmolc。（2）为解吸过程，3/0333.0mkmolc。分析（1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时：①kPaHcpCOCOCO9.2910347.301.04*222推动力kPap1.20（吸收）②kPaHcpCOCOCO4.14910347.305.04*222推动力kPap4.99（解吸）或者,用摩尔分数差表示时①由4108.118100001.02COx，判断出将发生吸收过程，推动力410201.1x；②由41092COx，判断出将发生解吸过程，推动力41099.5x（2）推动力均用正值表示。6-3指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y图上表示。(1)含SO2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO2为0.03(摩尔分数)的混合气接触，总压为101.3kPa，t=35℃；(2)气液组成及总压同(1)，t=15℃；(3)气液组成及温度同(1)，总压为300kPa(绝对压力)。解(1)根据《化工原理》教材中表8-1知T=35℃时，SO2的kPaE410567.0,故563.10110567.04PEm根据相平衡关系,得056.0001.056*AAmxy由于AAyy*，所以将发生解吸过程。传质推动力为026.003.0056.0y(2)T=15℃时,SO2的kPaE410294.0，故293.10110294.04PEm根据相平衡关系,得029.0001.029*AAmxy由于AAyy*，所以将发生吸收过程。传质推动力为001.0029.003.0y(3)同理可知,当T=35℃，p=300kPa时,kPaE410567.0，故9.18PEm0189.0001.09.18*AAmxy由于AAyy*，所以将发生吸收过程。推动力为0111.00189.003.0y示意图见题6-3图。题6-3图分析体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变,即吸收和解吸。6-4氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25℃下用水吸收，过程中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为1000m3，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(m3)。解惰性气体量388088.01000mV，进口中NH3之量为3120m,出口中NH3之量为3988.012.099.001.0120m,于是总出气量=880+9=3889m,被吸收的NH3量为mol45442988.3141013258890.01-298314.8101325100012.0,为77.3kg。分析(1)进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。此处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。(2)本题是并流还是逆流?有区别吗?(3)如何才能不断移走热量?该用填料塔还是板式塔?(4)不移走热量对吸收有什么影响?6-5一浅盘内存有2mm厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。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2.6×10-5m2/s，大气压强为1.013×105Pa。求蒸干水层所需时间。解：本题中水层Z的变化是时间的函数，且与扩散速率有关。122121lnBBBBAAAppppppRTZDPN查教材附录水的物理性质得，20℃时水的蒸汽压为2.3346kPa。已知条件为：,3.101,97.983346.23.101,3.101,0,3.101221221kPappPkPapkPapkPapkPapBABBAA代入上式得：smkmolppppppRTZDPNBBBBAAA26-5-122121/1003.597.983.101ln97.983.10103.101005.0293314.83.1011060.2ln水的摩尔质量kmolkgM/18，设垂直管截面积为A，在d时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即AdZMAdNA则smMNddZA/10054.91000181003.586在0，0Z到0，mZ3102之间积分，得s48-3-1021.210054.91026-6含组分A为0.1的混合气，用含A为0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的A。已知A在气、液两相中的平衡关系为yx，液气比为0.8，求：(1)逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若5.1GL，各量又是多少？分别在y-x图上表示；(2)若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？解(1)逆流操作(题6-6图(a))时，已知题6-6图01.001.0101.02X，11.01.011.01Y①当18.0mVL，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),11.01*1max1mYXX。根据物料衡算可知03.001.011.08.011.02*112XXVLYY此时,吸收率为%7.7211.003.011.0E②当15.1mVL,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题8-9图(b))，01.02*2min2mXYY。仍可以根据物料衡算min2121YYVXXL，求出077.01X%9.9011.001.011.0E(2)并流操作且8.0VL时(题8-9图(c))，因为H，所以有11mXY根据操作线关系,有VLXXYY1212式①，②联立，求得:0655.011YX于是%5.4011.00655.011.0E分析逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。6-7用水吸收气体中的SO2，气体中SO2的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO2的平均浓度为1g/1000g。塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数Gk=0.3×10-2kmol/（m2·h·kPa），液相传质分系数Lk=0.4m/h。操作条件下平衡关系50yx。求总传质系数KY（kmol/（m2·h））。解根据*********11111111yypppKyyyyppKyyyyKyyyyKYYKNAAYYYYYA和*AAGAppKN得*11yypKKGY现已知kPap4.111，02.0y，4*1081.218100064164150Amxy，因此要先根据下式求出GK才能求出YK:LGGHkkK111因此还要求出H：kPamkmolpmxcxpcHAAAA3*/01.0504.111181000于是便可求出kPahmkmolKG2/0017.0和hmkmolKY2/187.0分析此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。6-8在1.013×105Pa、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知H=0.511kPa·m3/kmol，气膜吸收分系数kG=1.55×105kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收分系数kL=2.08×105(m/s)。试求吸收总系数KG并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。解根据定义式AALAAGAccKppKN**和HcpAA**，可知GLKHK1所以只要求出GK即可。又24371673417637075.01098.111067.511113-5-LGGHkkK所以PahmkmolKG25-/101.4hmKL/02.0因为Gk1为气相阻力，GK1为总阻力，故%4.722437117637总阻力气相阻力分析此题应和题6-9一起综合考虑。6-9在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压强为1.013×105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m3。试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。解吸收速率可以用公式*ppKNGA求出。其中kPap07.5kPaHcp33*10023.1955.1102kPasmkmolHkkKLGG2555/1012.11008.2955.111055.111111于是可得smkmolNA2535/1068.510023.107.51012.1分析(1)此时，根据55-1068.5-07.51055.1iiGApppKN,还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（kPapi405.1）以及液相侧中的甲醇浓度（3/748.2mkmolHpcii），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度。(2)是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气体，因此3/2mmol应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了(质量分数仅为0.0064%)，这些水又有何用呢？(3)若将题目中甲醇浓度改为3/2mkmol，则质量分数为6.4%，便可以用精馏法回收其中的甲醇。6-10附图为几种双塔吸收流程，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，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。题6-10附图(c)（