化工热力学下册第二版夏清第章吸收答案

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 3 kPa）及相平衡常数 m。解：（1）求H由 Pnh3晋.求算已知：PNh 3 0.987kP,.相应的溶液浓度Cnh3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1000kg/m3.yNHyNH(2).求m.由XNH则：mNH3XNH3Pnh3 0.987 c ccc" 0.00974P 101.33 1/17 cc0.01

2、05 1/17 100/18,0.00974 c cccyNH3 / XNH30.928NH330.01052. 101.33 kpa、10 C时，氧气在水中的溶解度可用p02=3.31 X06x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：因Xo2值甚小，故可以认为X Xg(02)即：Xo XO 6.43 10 所以：溶解度 6.43 10_32 1.14 10 5kg(O2)/kg(H2O) 11.4 31 18m (H2O)3. 某混合气体中含有2%（体积

3、）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/ （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H由H 求算.EMh2o(2).求 m(1)当y 0.02时.100g水溶解的CO2因x很小，故可近似认为X x 故100克水中溶有C020.01318gC024. 在101.33 kPa、0 C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0.2 cm的两截面上O2的分压分别为13.33 kP

4、a和6.67 kPa,又知扩散系数为0.185 cmF/s, 试计算下列两种情况下 O2的传递速率，kmol/(m 2 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O2的传递速率：(2) O2通过停滞CO的扩散速率5. 浅盘内存有2 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 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 X0-5 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

5、离(静止空气膜厚度)为 Z 5 103m.水层表面的水蒸气分压(20oC)的饱和 水蒸气压力为 Pai 2.3346kFa.静止空气膜层以外；水蒸气分压为Pa20 单位面积上单位时间的水分蒸发量为故液面下降速度：水层蒸干的时间：6. 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).氨在空气中的扩散系数.查表2.4知道，空气的分子体积：氨的分子体积：又知 M B 29g / mol .Ma 17g / mol 则0oC.101.33kFa时，氨在空气中的扩散系数可由 Maxwea:

6、 Gilliland式计算.(2)同理求得7. 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=1.955 kmol/(m3 kPa)，气膜吸收系数 kG=1.55 X0-5 kmol/(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：总吸收系数气膜P助在点P助中所占百分数.8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度 27 r，压强101.33 KPa。稳定 操作状况下塔内某截面上的

7、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则 Na 1.122 105 (5 1.08) 4.4 10 5kmol/(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E=5.52

8、>16 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，再求手及解：（1）求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成。最小液气比（hn操作液气比为V出口液相浓度Y.m1.2() minX20.0204 0.001518.0.0204/5451.2 518622.（2）求1013kPa下的操作液气比及出口液组成 则：出口液相组成：11. 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

9、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0.1112的平均值为。在操作条件下的气液平衡关系为，试求塔径及填料层高度。Yi丫2 Y(1X20.(L)minV0.11111 0.1)0.1111 (1 0.95)0.005555.YY2Y_mX20.1111 0.0055550.11112.62.47.解：LV1.12.472.72.X1NogV-Y 丫2)mV 2.6L 2.721Sln(1X21硕(O.11110.956.S)HS0.005555)00.0388.ln(10.956)0.11110.95613.81 0.9560.005555塔截面积: 塔

10、径：又知：V0.55622.4273273 400.90.0195kmol/s.则：塔上填料层高度：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。试求:平衡关系近似为(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(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：(2)求理论板数(a)梯级图解法 在丫 X直角坐标图中给出平衡线oECY 26.7 7及

11、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丫1 Y2丫 mX2O.1111O.。05560.95在理论最小用水量下,Nt,J据此查图2 21得:LAmin 0.95 而弋 mV查图2 21 (或由式20.9577c计算)可知当:A 1.43.0.95 时mV两种方法解得的结果相同。(3)求 98%时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知:0.98.Nt 5.50.1111据此查图2 21得A 1.75 .则：l'1.75mV1.75 26.7 2019390kmol/h.故需要增加的用水量13. 在一个接触效能相当于

12、8层理论塔板的筛板塔内，用一种摩尔质量为 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) 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.由于为低组成吸收，可以认为 Y 1.92X 由克列姆塞尔方程得到：解得：由此可知，每回收1kmol 丁烷所需纯溶剂油

13、数量为 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(2).若 p 304.0kPa.贝U:因为X20故0Y10.042.(条件未变，仍用上法求得)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H2S2.91%(体积)，要求吸收率不低于99%，操作温度300 K，压强为101.33 kPa,平衡关系，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气体量为 0.015 kmol/(m 2 S),气相体积吸收总系数为 0.000395 kmol/(m3 s kP

14、a),求所需填料层高度。解:V U M V( Y 丫2) oG "KYa VYm已知:VYm则：(0.03 0.026) 0.0003 c “ccc cccc 0.00143.,0.03 0.026ln0.00032aap 0.000395 101.33 0.04kmol /(m S)又知：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/(m 2 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

15、流速的0.8次方成正比而与液不变）:（1）操作压强增大一倍；（2）液体流量增大一倍；（3）气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（塔径体流量增大一倍。解：已知混合气体的平均摩尔质量(1) P2p由于m卫故NoGP10.9 0.452mV 0.45 19.28 门“0.2028L42.781Ym'X2''ln()(1 S) S1S笔m X2ln 0.0638 0(1 0.2028)0.2028mp/ p1 0.20280.000638 05.496Q Hog KYaKcap故：填料层高度比原来减少了 3 1.19

16、8 1.802m（2）（计算过程同（1）.液体流速的增加对Kca无显着影响.则：Z' Nog' Hog' 5.496 0.43582.395m.即所需填料层高度较原来减少了3 2.395 0.605m气体质量流速增大时，总吸收系数 aa相应增大.即所需填料层高度较原来增加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30kmol/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 r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：由题意知m 2.53贝又因为X20.贝 第三章2.解：（1）塔径两种填料的值如下.2051/m4501/m50mm 50mm 4.5mm陶瓷拉西环（乱堆）: 25mm 25mm 2.5mm陶瓷拉西环（乱堆）： 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，故应接小填料计算塔径 由图（3 18）中的乱堆填料泛点线查得 故：塔径：（2）.压强降因两段填料层具有不同的值，故塔内流动阻力应分两段计算.上层：25mm 25mm 2.5mm.乱堆瓷环 由图（3 18）查得则全塔压降 Vp总 1373.4 5