化工热力学(下册)第二版夏清第2章吸收答案

1、第二章吸收1. 从手册中查得101.33 KPa、25 C时，若100 g水中含氨1 g,则此溶液上 方的氨气平衡分压为0.987 KPa。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/ (m 101.33 kpa、10 C时，氧气在水中的溶解度可用 pO2=3.31 中：Po2为氧在气相中的分压，kPa、x为氧在液相中的摩尔分数, 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： kPa)及相平衡常数m。解：(1)求H由PNh3匹.求算.3 H已知：PNH30.987kFa.相应的溶液浓度CNh3可用如下方法算出：以10

2、0g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1000kg/m屯Py°2 101.33 0.21 21.28kR.则：1/17CNH0.582kmol/m3 100 11000Cnh3 / PNH3牆 0.590kmOl/(m3 kPa)yNHmNH3 XNH3yNHPNH3(2).求m .由XNH0.9870.00974 P 101.331/170.0105 1/17 100/18z 0.00974 cccc yNH3 / Xnh30.928330.0105X06x表示。式试求在此温6.43 10 6因xO2值甚小,故可以认为即：X°2 XO26.43

3、 106所以：溶解度6.43 106321 181.14 105kg(O2)/kg(H2O) 11.4g(°2)m3(H2O)3. 某混合气体中含有2%(体积)C02,其余为空气。混合气体的温度为30 C, 总压强为506.6 kPa。从手册中查得30 C时CO2在水中的亨利系数E=1.88x105 KPa，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HEMh2o求算.H EMH2O1000面105 182955 104kmOl/(m3 (2).求 m(1)Fco21.88506.61

4、053710.02时.100g水溶解的CO2506.6 0.0210.13kFaFCo210.135x -55.39 10E 1.88 105 kmol(CO2)因x很小，故可近似认为X xX 5.39 105.39 10 5 (聖)kg(C°2)kmol(H2O)18 kg(H2O)1.318 104kg(C02) kg(H20)故100克水中溶有C020.01318gC024在101.33 kPa、0 C下的02与CO混合气体中发生稳定的分子扩散过程。 已知相距0.2 cm的两截面上02的分压分别为13.33 kPa和6.67 kPa，又知扩散 系数为0.185 cm2/s，试计

5、算下列两种情况下 02的传递速率，kmol/(m 2 s):(1) 02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02的传递速率：NaDRTZ20.185cm /s(PA1p2)521.85 10 m /s.273K101.325kFa.ZFA1 13.33kpa .PA230.2cm2 10 mNa1.856.67kPa10 53 (13.33 6.67)2.71 10 5(kmol/m2 s)8.314 273 2 10 3(2)O2通过停滞CO的扩散速率NaDPRTZR(PA1 Fa2 )Bm3.01 10 5kmol /m2 s5. 一浅盘内

6、存有DPRTZ唔1.85 10 5 101.33 , 101.33 6.673 In8.314 273 2 10 3101.33 13.332 mm厚的水层，在20 C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 5 mm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 >10-5 m2/s,大气压强为101.33 KPa。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Z 5 10 3m.水层表面的水蒸气分压（20°C）的饱和水蒸气压力为PA1 2.3346kFa.静止空气膜层以外；水蒸

7、气分压为Pa2052单位面积上单位时间的水分蒸发量为DP(PA1巳2 )Na RTZPBm5.03 10 6kmol /(m2 s)故液面下降速度：RTZPB12.6 10 5 101.33101.3331 n 8.314 293 5 10 3101.33 2.3346d Na Ma 5.03 10 6 18dl998.29.0710 8m/s水层蒸干的时间:h2.2059.07 10104s6.125hdh/d6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 C、101.33 kPa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

8、散系数.查表2.4知道，空气的分子体积：3VB 29.9cm /mol氨的分子体积：3VA 25.8cm /mol又知 Mb 29g /mol.M A 17g /mol则0oa时，氨在空气中的扩散系数可由 Maxwea: Gilliland式计算.DNHa10614 105m2/s4.36 105阳严咕尹101.33 (25.8)1/3(29.9)1/3同理求得52Dhci 1.323 10 m /s7. 在101.33 kPa、27 C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/(m 3 kPa)，气膜吸收系数k

9、G=1.55 X0-5kmol/(m 2 s kPa)，液膜吸收系数kL=2.08 X0"5 kmol/(m 2 kmol/m 3)。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Kg521.122 10 kmol /(m s kPa)155kGHkc 1.55 101.955 2.08 10气膜P助在点P助中所占百分数.1/kG1.1221/ kG 1/ HkC1.558. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27 C,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2.11 kmol/m3。试根据上

10、题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。解:吸收速率Na Kg(PA Pa )由上题已求出 kG 1.122 10 5kmol /(m2 s kPa)又知：H 1.955kmol /(m3 kPa)则该截面上气相甲醇的平衡分压为PA C /H 2.11/1.955 1.08kPa .PA 5kPa .5 5 2则 NA 1.122 10 5 (5 1.08) 4.4 10 5 kmol /(m2 s)0.1583kmol /(m2 h)9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 C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

11、 E=5.52 X6 kPa。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若压强改为1013 kPa,其他条件不变,解：（1）求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成4545.E 5.52 10 mP 101.330.021 0.02丫2丫21 V20.02040.0011 0.0010.001X2 0最小液气比（L）min操作液气比为V丫1 丫2丫1 X0.0204 0.001 f 518.0.0204/5451.2 518 622.出口液相浓度XiX2VL(Y 匕)1622(0.02040.001)3.12 10(2)求1013kR下的操作液气比及出口液组成

12、则:Y YX20.0204 0.00010.0204/54551.8Em -P4552 10 545545.1013V2 58 622出口液相组成:X1X2*(丫1 丫2)0162.2(0.02040.001)3.12 1011. 在101.33 kPa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 C下进入塔底，体积流量为 0.556 m3/s,空塔气速为1.2 m/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的平均值为体积吸收总系数0.1112在操作条件下的气液平衡关系，试求塔径及填料层高度解：丫2Y1(1需 “111)0.111

13、1 (1 0.95)0.005555.X20.minLY2Y10.1111 0.0055551.1X1NogX2m0.11112.62.472.72.右丫mV丫2）2.62.721 s ln(1X22.720.956.丫 丫2S)Y2 丫22.47.(0.1111S0.005555)00.0388.In (10.956)0.11110.9561 0.9560.00555513.8塔截面积:0.556/1.220.463m2.塔径:又知:则:Hog4 0.4630.77m.0.55627322.4273 400.01950.90.0195kmol /s.KYa0.1112 0.4630.38m.

14、塔上填料层高度:Z Hog Nog 0.38 13.8 5.23m.12. 在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2，气体流量为5000 m3（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 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； 如仍用 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：0.101 0.100.1111丫20.1111 (1 0.95)0.00556V 5000 (1 0.10) 201kmo

15、l/h.22.4V(Y1 丫2)X1X2201 (0.1110.00556)0.1111 :026.75100kmol / h.1.5Lmin1.5 51007650kmol(水)/h.(2)求理论板数(a)梯级图解法X1¥(Y 丫2)X22017650(0.1111 0.00556)0.00277.在丫 X直角坐标图中给出平衡线oE.CY26.7 7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Nt 5.5 (b)用克列姆塞尔算图则相对回收率第 丫20.1111 0.00556Y mX20.1111在理论最小用水量下，Nt,J据此查图2 21得:L .Amin0.

16、95 而上 0.95mVL 1.5Lmin 1.5 0.95mV1.5 0.95 26.7 201 7650kmol（水）/h查图2 21 (或由式2 77c计算)可知当:A 1.43.0.95 时mVNt5.5两种方法解得的结果相同(3)求 98 oo时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：0.98. Nt 5.5据此查图2 21得A'1.75.则：L 1.75mV 1.75 26.7 2019390kmol/h.故需要增加的用水量L L 9390 7650 1740kmo(水)/h 3.13 104kg(水)/h.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

17、量为 250、密度为则900 kg/m3的不挥发油吸收捏于空气中的丁烧。塔内操作压强为101.33 kPa,温度为15 C ,进塔气体含丁烷5%(体积)，要求回收率为95%。丁 烷在15 C时的蒸气压强为194.5 kPa,液相密度为58O kg/m3假定拉乌尔定律及 道尔顿定律适用，求：(1) 回收每1 m3 丁烷需用溶剂油多少(m3)?(2) 若操作压强改为304.O kPa，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.p1.92x.194.5x101.33由于为低组成吸收，可以认为 Y 1.92X"I 帀 °0526人 OH 

18、6;丫2Y(1) 0.0526 (1 0.95)0.00263.由克列姆塞尔方程得到:Ntln -丫2 丫2Y丫2InIn0.0526 ¥0.0263 00.0526 0.00263Y-0解得:丫 0.042X-丄竺2 0.022.1.92-.92由此可知，每回收Ikmol 丁烷所需纯溶剂油数量为1X- X210.022 045.5kmol（油）/km。1（ 丁烷）丁烷的摩尔质量为58.08.则回收每1m3液体丁烷所需溶剂油的体积为45.5 250/90058.08/580126.2m3（油）/m3（丁烷）(2).若 p 304.0kPa.则:194.5yx 0.6398XY 0.6

19、398X.304.0因为X2 0故丫2015.24 250190058.08/580342.28m (油)/m3（液体丁烷）Y10.042.（条件未变，仍用上法求得）X1 丫1 m10.0420.0656.0.6398115.24kmol(油) /kmol(丁烷)为X20.0656 014. 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H2S 2.91%（体积），要求吸收率不低于99%，操作温度300 K，压强为101.33kPa,平衡关系为，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S组成为0.013 kmol(H2S)/kmol(溶剂)。已知单位塔截面上单 位时间流过的惰性

20、气体量为 0.015 kmol/(m 2 s)，气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m 3 s kPa)，求所需填料层高度。解：Z Hog Nogv(y YKYa VYm已知:Y；0.02911 0.02910.03% Y(1) 0.03 (1 0.99) 0.0003X1 0.013Y1mX1 2 0.013 0.026X20.Y20VYm 则：(0.03 0.026) 0.0003ln0.03 0.0260.00030.00143.KGap 0.000395 101.33 0.04kmol /(m2 S)又知:V 0.015kmol/(m2 s)Hog0.0150.040.3

21、75m.Nog0.03 0.00030.0014320.8Z 0.375 20.8 7.8m.15. 有一吸收塔，填料层高度为3 m，操作压强为101.33 KPa，温度为20 C，用清水吸收棍于空气中的氨混合气质量流速G=58O kg/(m2 h)，含氨6%(体积)，吸收率为99%;水的质量流 速W=770 kg/(m2 h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为KGa与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作下列改变时，填料层 高度应如何改变才能保持原来的吸收率(塔径不变)：(1)操作压强增大一倍;(2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大一倍。解：已知Z

22、 3m, p 101.325kF>,T 293k.0.06¥0.0638兀 0.1 0.06Y2 Y(1) 0.0638 (1 0.99) 0.000638混合气体的平均摩尔质量29 0.9417 0.0628.28kg/kml5802(1 0.06)19.28kmol/(m h)28.2877018mV42.78kmol/(m2 h)0.405642.78In (1S)(Y1 mX2) SY2 mX210.0638 0ln(1 0.4056)0.40561 0.40560.0006386.884NogH OGNog6.884如(1) p 2pmp/p'0.9 -0.4

23、52mV °45 ®28 0.202842.78由于E 故 Nogp1TTln(册）（1 S）S0.0638 0ln (1 0.2028)0.20281 0.20280.000638 05.496ppP1Hog Hog 0.4358 0.2179mP2Z Hog' Nog'0.2179 5.496 1.198m.填料层高度比原来减少了 3 1.198 1.802m(2)L' 2LmVmV2L丄 0.40560.2028VNog 5.496.（计算过程同（1） 液体流速的增加对KGa无显著影响.H OG H OG 0.4358 m.则：Z' N

24、og' Hog' 5.496 0.4358 2.395m.即所需填料层高度较原来减少了3 2.395 0.605m2VmV'L（3）2 0.4056 0.8112 LNog1 ln 100 (1 0.8112) 0.8112 15.8 1 0.8112气体质量流速增大时，总吸收系数 Kca相应增大.KGa V0.8IKca' KGa(V)0"2。IV2VH og 'o82 H og 20.4358 0.501 m.Kca p 2 KGa pZ' Hog' Nog' 15.8 0.5017.92m.即所需填料层高度较原来增

25、加7.92 3 4.92m16. 要在一个板式塔中用清水吸收混于空气中的丙醇蒸气。混合气体流量为30 kmol/h，其中含丙醇1%（体积）。要求吸收率达到90%，用水量为90 kmol/h 该塔在101.33 KPa、27 C下等温操作，丙醇在气、液两相中的平衡关系为,求所需理论板数解：V 30 (1 0.01)29.7kmol/h.Y10.010.01011 0.01Y2 Y(1 a) 0.0101 (1 0.90) 0.00101L 90kmol /hX1 X2V(Y1 Y2)029.7(0.。101 0.00101) 0.003L90由题意知m 2.53 则：A L90 “A -1.1977mV2.53 29.7又因为X20.则:A 0.90NtIn Ain"977 °.9O1 0.90in 1.197715.05第三章2解：塔径两种填料的值如下.50mm 50mm 4.5mm 陶瓷拉西环(乱堆)：2051/ m25mm 25mm 2.5mm 陶瓷拉西环(乱堆)：4501/m比较两种填料的 值可知，小填料的泛点气速应比大填料的低, 算塔径.故应接小填料计Wc( v )0.54000700 1.16(1050)0.163由图(3 18)中的乱堆填料泛点线查得V L0.2 0.12僭 0.952.1050故:0.