化工热力学(下册)第二版-夏清-第2章-吸收答案

Rupture9第二章吸收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/(m3·kPa))及相平衡常数m。解：（1）求H由33NHNHCPH.求算.已知：30.987NHaPkP.相应的溶液浓度3NHC可用如下方法算出：以100g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31000/kgm.则：333331/170.582/100110000.582/0.590/()0.987NHNHNHaCkmolmHCPkmolmkP(2).求m.由333333330.9870.00974101.331/170.01051/17100/180.00974/0.9280.0105NHNHNHNHNHNHNHNHymxPyPxmyx2.101.33kpa、10℃时，氧气在水中的溶解度可用pO2=3.31×106x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：氧在空气中的摩尔分数为0.21.故：222266101.330.2121.2821.286.43103.311063.3110OOaOOPPykPPx因2Ox值甚小，故可以认为Xx即：2266.4310OOXx所以：溶解度6522232()6.4310321.1410()/()11.4118()gOkgOkgHOmHORupture93.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CO2在水中的亨利系数E=1.88x105KPa，试求溶解度系数H(kmol/（m3·kPa、）)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H由2HOHEM求算.243510002.95510/()1.881018aHOHkmolmkPEM(2).求m51.8810371506.6Em(1)当0.02y时.100g水溶解的2CO(2)(3)2255506.60.0210.1310.135.39101.8810COaCOPkPPxE因x很小，故可近似认为Xx552222422()()445.39105.3910()()18()()1.31810()kmolCOkgCOXkmolHOkgHOkgCOkgHO故100克水中溶有220.01318COgCO4．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/(m2·s)：(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2O的传递速率：Rupture9122523125523()0.185/1.8510/.273101.325.0.221013.33.6.671.8510(13.336.67)2.7110(/)8.314273210AAAaAaAaADNPPRTZDcmsmsTKPkPZcmmPkPPkPNkmolms（2）2O通过停滞CO的扩散速率521231521.8510101.33101.336.67()lnln8.314273210101.3313.333.0110/BAAABmBPDPDPNPPRTZPRTZPkmolms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2.60×10-5m2/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()A通过停滞组分的扩散。已知扩散距离（静止空气膜厚度）为3510Zm.水层表面的水蒸气分压(20)C的饱和水蒸气压力为12.3346AaPkP.静止空气膜层以外;水蒸气分压为20AP522.610/.101.33.27320293aDmsPkPTK单位面积上单位时间的水分蒸发量为521231622.610101.33101.33()lnln8.314293510101.332.33465.0310/()BAAABmBPDPDPNPPRTZPRTZPkmolms故液面下降速度：685.0310189.0710/998.2AALdNMmsd水层蒸干的时间：3485102.205106.125/9.0710hhshdd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。Rupture9解：(1).氨在空气中的扩散系数.查表2.4知道，空气的分子体积：329.9/BVcmmol氨的分子体积：325.8/AVcmmol又知29/.17/BAMgmolMgmol则0.101.33aCkP时，氨在空气中的扩散系数可由MaxweaGilliland式计算.353/21/2521/31/3114.3610(273)()17291061410/101.33(25.8)(29.9)NHDms(2)同理求得521.32310/HClDms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/(m3·kPa)，气膜吸收系数kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=2.08×10-5kmol/(m2·kmol/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5255111.12210/()11111.55101.9552.0810GaGCKkmolmskPkHk气膜P助在点P助中所占百分数.1/1.12272.31/1/1.55GGCkkHk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5kPa，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()AGAANKPP由上题已求出521.12210/()GakkmolmskP又知：31.955/()aHkmolmkPRupture9则该截面上气相甲醇的平衡分压为/2.11/1.9551.08.5.AaAaPCHkPPkP则55221.12210(51.08)4.410/()0.1583/()ANkmolmskmolmh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=5.52×16kPa。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VL及出口液相组成1X若压强改为1013kPa，其他条件不变，再求VL手及1X解：（1）求101.33akP下，操作液气比及出口液相组成。411122225.5210545.101.330.020.0204110.020.0010.001110.0010EmPyYyyYyX最小液气比12min120.02040.001()518.0.0204/545YYLYVXm操作液气比为min1.2()1.2518622.LLVV出口液相浓度12125()10(0.02040.001)3.1210622VXXYYL（2）求1013akP下的操作液气比及出口液组成45.5210545.1013EmP则：Rupture9'12min120.02040.0001()51.80.0204/5451.251.862.2YYLYVXmLV出口液相组成：''41212'1()0(0.02040.001)3.121062.2VXXYYL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YaK的平均值为0.1112s)kmol/(m3。在操作条件下的气液平衡关系为XY6.2*，试求塔径及填料层高度。解：121212min1211220.10.111110.1(1)0.1111(10.95)0.005555.0.0.11110.005555()2.47.0.11112.61.12.472.72.1()(0.11110.005555)00.0388.2.722.60.956.2.721GYYYXYYLYVXmLVVXYYXLmVSLN122210.1111ln[(1)]ln[(10.956)0.956]13.8110.9560.005555YYSSSYY塔截面积：20.556/1.20.463.m塔径：40.4630.77.Dm又知：0.5562730.90.0195/.22.427340VkmolsRupture9则：0.01950.38.0.11120.463GYaVHmK塔上填料层高度：0.3813.85.23.GGZHNm12．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在两相间的平衡关系近似为XY7.26*。试求：(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%，用水量应增加到多少?解：（1）求用水量：1212min12min(0.100.111110.100.1111(10.95)0.005565000(10.10)201/.22.4()201(0.1110.00556)5100/.0.1111026.71.51.551007650/.YYVkmolhVYYLkmolhXXLLkmolh水）（2）求理论板数()a梯级图解法1122201()(0.11110.00556)0.00277.7650VXYYXL在YX直角坐标图中给出平衡线.26.77oECY及操作线BT由图中B点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数5.5TN()b用克列姆塞尔算图295.0X则相对回收率12120.11110.005560.950.1111YYYmXRupture9在理论最小用水量下，TN，J据此查图221得：min0.95A而min0.95LmVmin(1.51.50.951.50.9526.72017650/LLmVkmolh水）查图221（或由