化工热力学第二版夏清第2章吸收答案

第二章吸收1.从手册中查得KPa、25C时，若100g水中含氨19,则此溶液上方的氨气平衡分压为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/(m3 kPa))及相平衡常数m。解：(1)求H由Fnh鲁.求算.3H已知：PNH30.987kFa.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.则:yNH3mNHyNH3mNH3XNH3PN4 0.987P ［布疆0.009741/17 0.01051/17100/180.00974myNH3/XNH3 0.0105 .2. kpa、10°C时，氧气在水中的溶解度可用 Po=X106X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：⑵.求m.由yNHxNH3因X%值甚小，故可以认为Xx即：X。 心6.4310所以：溶解度竺需1.14105kg(O2)/kg(H2O) 11-4船)3.某混合气体中含有2%(体积)CO,其余为空气。混合气体的温度为30C，总压强为kPa。从手册中查得30C时CO在水中的亨利系数E=KPa试求溶解度系数H(kmol/(mkPa))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CO。解：(解：(1).求H由HEMH2O求算.⑵.求m⑴当y0.02时.100g水溶解的CO2因x很小，故可近似认为Xx故100克水中溶有CO20.01318gCO24在kPa、0C下的Q与CO昆合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距cm的两截面上O2的分压分别为kPa和kPa，又知扩散系数为cm2/s，试计算下列两种情况下Q的传递速率，kmol/(m2s):02与co两种气体作等分子反向扩散。CO气体为停滞组分。解：(1)等分子反向扩散时02的传递速率：(2)O2通过停滞CO的扩散速率5.一浅盘内存有2mm厚的水层，在20C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x10-5m/s，大气压强为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Z5103m.水层表面的水蒸气分压(20oC)的饱和水蒸气压力为PA12.3346kPa.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：试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0C、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MB29g/mol.MA17g/mol则0oC.101.33kFa时，氨在空气中的扩散系数可由Maxwea:Gilliland式计算.(2)同理求得在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=kmol/(m3kPa)，气膜吸收系数kc=x10-5kmol/(m2kPa)，液膜吸收系数kL=x10-5气膜吸收系数kc=x10-5kmol/(m2解：总吸收系数气膜P助在点P助中所占百分数・在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度 27C,压强KPa。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NaKg(PaPa)由上题已求出kG1.122105kmol/(m2skP,)又知：H1.955kmol/(m3kPa)则该截面上气相甲醇的平衡分压为贝uNa1.122105(51.08)4.4105kmol/(m2s)八0.1583kmol/(m21)在逆流操作的吸收塔中，于kpa、25C下用清水吸收混合气中的H2S,将其组成由2%笔至(体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数 E=x16kPa。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1013kPa，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()X20.02040.0010.0204/545最小液气比()X20.02040.0010.0204/545操作液气比为-1.2㈠i\ /min1.2518 622.出口液相浓度(2)求1013kPa下的操作液气比及出口液组成则：出口液相组成：在kPa下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为，混合气体于40C下进入塔底，体积流量为m3/s，空塔气速为m/s。吸收剂用量为理论最小用量的倍，氨的吸收率为95%且已估算出塔内气相体积吸收总系数的平均值为。在操作条件下的气液平衡关系为，试求塔径及填料层高度。解:丫110.1Y2丫(10.1111)0.1111(10.95) 0.005555.X2 0.minX丫110.1Y2丫(10.1111)0.1111(10.95) 0.005555.X2 0.minX20.11110.0055550.11112.62.47.2.72.X2 2.720.956.1.12.47X1L(Y丫2)mVL2.721N虞OG塔截面积：塔径：0.556 273又知：V-…27340224则：塔上填料层高度：(0.11110.005555)00.0388.S]1

hnf(10.9560.956)g0.0055550.956]13.80.90.0195kmol/s.在吸收塔中用清水吸收混合气中的SQ,气体流量为5000m3(标准)/h,其中SQ占10%要求SQ回收率为95%气、液逆流接触，在塔的操作条件下SQ在两相间的平衡关系近似为。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；⑶如仍用⑵中求出的理论板数，而要求回收率从 95%g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oE.CY 26.77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Nt5.5(b)用克列姆塞尔算图

则相对回收率v则相对回收率v丫111人20.11110.005560.1111 0.95在理论最小用水量下，Nt,J据此查图221得:LAmin0.95而^0.95mV查图221（或由式277c计算）可知当：A— 1.43. 0.95时mV两种方法解得的结果相同。⑶求98。。时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：，0.98.Nt5.5据此查图221得A 1.75.则：L1.75mV1.7526.7201 9390kmol/h.故需要增加的用水量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kPa，温度为15C,进塔气体含丁烷5%（体积），要求回收率为95%丁烷在15C时的蒸气压强为kPa,液相密度为580kg/m3假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用，求：（1） 回收每1m3丁烷需用溶剂油多少（m3）?（2） 若操作压强改为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Y1.92X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p304.0kPa.则:因为X20故丫20丫10.042.（条件未变，仍用上法求得）

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HS,进塔气相含HS%(体积)，要求吸收率不低于99%操作温度300K，压强为kPa，平衡关系为，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中HS组成为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kmol/(m2s)，气相体积吸收总系数为kmol/(m3skPa)，求所需填料层高度。解：ZHogNog"Y-勺已知：VYm则：已知：VYm则：(0.0沛02W

In0.00030003门…c0.00143.KyYaKGap0.000395101.330.04kmol/(mKyYa又知:有一吸收塔，填料层高度为3m,操作压强为KPa，温度为20C，用清水吸收棍于空气中的氨。混合气质量流速G=58Okg/(m2 h)，含氨6%(体积)，吸收率为99%水的质量流速W=770kg/(m2 h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为。 与气相质量流速的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：已知混合气体的平均摩尔质量⑴P2pmp/p由于-m卫故nmp/p由于-m卫故nogp0.9 0.452

迢*

0.202842.78YrS?S)S]0.20285.4960.06380ln[ (10.2028) 0.2028]0.0006380QHOG QHOG KYadap故：填料层高度比原来减少了31.1981.802m(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'5.4960.43582.395m.即所需填料层高度较原来减少了32.3950.605m(3)气体质量流速增大时，总吸收系数Kca相应增大.即所需填料层高度较原来增加7.9234.92m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90kmol/h该塔在KPa、27C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m2.53则：又因为X20.则：kk 3弟三早2.解：(1)塔径两种填料的值如下.50mm50mm4.5mm陶瓷拉西环(乱堆): 2051/m25mm25mm2.5mm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，故应接小填料计算塔径.由图(318)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：25mm25mm2.5mm.乱堆瓷环由图(318)查得则全塔压降Vp总1373.453145 8437pa.3.解：查附录知.V1.205