化工原理下册第六章吸收习题答案内容.doc

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1、|6-1 已知在 101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨 1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为 987 Pa。试求：(1) 溶解度系数 H (kmolm-3Pa-1)；(2) 亨利系数 E(Pa)；(3) 相平衡常数 m；(4) 总压提高到 200 kPa(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 1000）3/kg解：（1）根据已知条件 PapNH987*33/524.01/3 mkolcN定义 333*NHHcpPakolcNNH 34/109.5333（2）根据已知条件可知 5.8/7/3 x根据定义式 33*NHNHxEp可

2、得 Pa4102.93（3）根据已知条件可知 974.35/87/*33 pyNH于是得到 2.0333*NHxym（4）由于 和 仅是温度的函数，故 和 不变；而E33NHE，与 和 相关，故 。pxym* T09.28.13NH分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。（2）注意 ， 和 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。EHm|6-2 在 25下，CO 2 分压为 50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：(1) 含 CO2 为 0.01 mol/L 的水溶液；(2) 含 CO2 为 0.05 mol/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

3、*2250COCOExkPap根据 化工原理 教材中表 8-1 查出kPaECO5106.25所以可以得到 4*10.32COx又因为 34525 /1037.8106.2 mkPaolEMHOHCO 所以得 34* /0167.5137.22 kolpcCOCO于是：（1）为吸收过程， 。3/06.mkolc（2）为解吸过程， 。3/.l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： kPaHcpCO9.210347.*22 推动力 （吸收）kPa1.0| kPaHcpCO4.190347.5*22 推动力 （解吸）kPa.9或者 , 用摩尔分数差表示时 由 ，判断出将发生

4、吸收过程，推动力4108.2 COx；4102.x由 ，判断出将发生解吸过程，推动力492CO 4109.5x（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 101.3 kPa，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 300 kPa(绝对压力 )。解 (1) 根据化工原理教材中表 8-1 知 T = 35时，SO 2 的 , 故kPaE410567. 563.10

5、74PEm根据相平衡关系 , 得 56.56*Axy由于 ，所以将发生解吸过程。传质推动力为Ay* 026.3.056.y|(2 ) T = 15时 , SO 2 的 ，故kPaE4109.293.4m根据相平衡关系 , 得 029.1.29*Axy由于 ，所以将发生吸收过程。 传质推动力为Ay* 01.29.03y(3)同理可知 , 当 T = 35，p = 300 kPa 时 , ，故kPaE40567.9.18Pm0.*Axy由于 ，所以将发生吸收过程。推动力为Ay* 01.89.03y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

6、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 1000 m3 ，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(m 3) 。解 惰性气体量 ，进口中 NH3 之量为 ,出口中 NH3 380.10mV120之量为 ,于是总出气量= 880 + 9 = ,被吸收的 NH3 量为398.21 8m,为 77.3kg。ol4528.10-34.05.0 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

7、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 2.610-5m2/s，大气压强为 1.013105Pa。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。121lnBBAApRTZDPN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

8、为：,3.10 ,97.8346.20,3.0,.2 121kPapP kPakapBA BBA 代入上式得： smkolpRTZDNBBAA 26- 5-11/03.5 97.8310ln.310.2934.806n水的摩尔质量 ，设垂直管截面积为 A，在 时间内汽化的水量kolgM/ d|应等于水扩散出管口的量，即则AdZMNA smMNA /1054.91083.586在 ， 到 ， 之间积分，得00m312s48-102.54.96-6 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 ，液气比为 0.8

9、，求：yx(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 ，5.1GL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，01.2X1.0.Y 当 ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题 8-9 图(b), 18.0mVL。根据物料衡算可知1*max1YX03.1.08.12*112 XVL此时 , 吸收率为 %7.21.03E| 当 ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡( 题 8-9 图(b) ，15.mVL。仍可以根据物料衡算 ，求出0

10、2*min2XY min2121YVXL07.1X%9.E(2) 并流操作且 时(题 8-9 图(c) ，因为 ，所以有8.0VLH1mXY根据操作线关系,有 VLX12式，联立，求得: 065.1Y于是 %5.401.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

11、相传质分系数 =0.310-2kmol/（m 2hkPa），液相传质分系数 = 0.4 m/h。操作Gk Lk条件下平衡关系 。求总传质系数 KY（kmol/ （m 2h）。50yx解 根据|* 1111 ypKypKyKyKYN AYYYA 和 *AGApN得 *1ypKGY现已知 ， ， ，因kPap4.102.y 4* 108.20645Amx此要先根据下式求出 才能求出 :GKYLGHk1因此还要求出 ：HkPamolpmxcA 3* /01.54.18于是便可求出 kPahkolKG2/017.和 hmkolY2/187.0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

12、各系数的量级。6-8 在 1.013105Pa、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=0.511 kPa m3/kmol，气膜吸收分系数 kG=1.55105kmol/(m2skPa)，液膜吸收分系数 kL=2.08105 (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 和 ，可知ALAAcKpN* HpA*GL1所以只要求出 即可。又GK 24371617305.198.067.5113-5- LGHk所以 PahmkolKG25-/10.4L/.因为 为气相阻力， 为总阻力，故Gk1GK1

13、%4.723176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1.013105Pa。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 求出。其中*pKNGA| kPap07.5Hc33* 12.9.1kPasmkolkKLG 2555 /0.108.29.10.1于是可得 smkolNA 2535 /1068.102.7102.分析 (1) 此时，根据 , 还可以55-

14、1068.7. iiGA ppK计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（ ）以及液相侧中的甲醇浓kPai401度 （ ），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。3/748.2mkolHpcii(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3/2mol0.0064%)，这些水又有何用呢？(3) 若将题目中 甲醇浓度改为 ，则质量分数为 6.4 %，便可以用精馏3/2mkol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。