化工原理(下册)第六章吸收习题答案.docx

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1、6-1在101.3kPa(绝对压力下)，100g水中含氨1g的溶液上方的平衡氨气分压为987Pa。试求：(1)溶解度系数H(kmolm-3Pa);(2)亨利系数E(Pa);(3)相平衡常数m；(4)总压提高到200kPa(表压州寸的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100(Ugm3)解：(1)根据条件定义(2根据条件可知根据定义式可得(3)根据条件可知于是得到(4)由于”和E仅是温度的函数，故必和与必不变；而n*FXP1m=yx=一,与7和P相关，故6AH=X0.928=0.309。pxpxp33分析(1)注意一些近似处理并分析其误差。12)注意E,”和切

2、的影响因素，这是此题练习的主要内容之一。6-2在25下，CO2分压为50kPa的混合气分别与下述溶液接触：含CO2为0.01mol/L的水溶液；(2)含CO2为0.05mol/L的水溶液。试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力。解：由亨利定律得到根据化工原理教材中表8-1查出所以可以得到又因为所以得于是：(1)为吸收过程，=0.0067的血/根3。(2)为解吸过程，c=0.0333kmolm分析(1)推动力的表示方法可以有很多种，比方，用压力差表示时:3.347 10-4=299kPc推动力M = 20kPa （吸收） Pco2 Hcy 3.347 W4= 149.4APa推动力Ap = 9

3、9AkPa （解吸）或者，用摩尔分数差表示时由%。2=蹴=L8xlO-4，判断出将发生吸收过程，推动力x=1.20110-4;由Xg=9x10：判断出将发生解吸过程，推动力Ar=5.99l(T4(2)推动力均用正值表示。6-3指出以下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101.3kPa,t=35C;(2)气液组成及总压同(1),t=15C;(3)气液组成及温度同(1),总压为30OkPa(绝对压力)。解根据化工原理教材中表8-1知丁=35时，SO2的E=0.567104,

4、故根据相平衡关系，得由于力，所以将发生解吸过程。传质推动力为（2）T=15C时，SCh的E=0.294104,故根据相平衡关系，得由于y；%，所以将发生吸收过程。传质推动力为同理可知，当7=35,p=300kPa时，E=0.567l0鼠尸小故m=三=瓜9P由于y；%，所以将发生吸收过程。推动力为示意图见题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，即吸收和解吸。64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展。进气量为1000it?,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

5、的体积(11P)。0.12/0.88IOOOXIOI325 八 8891013250.120.018.314x2988.314 298= 4544zo/,为 77.3kgo解惰性气体量V=10000.88=880m3,进口中NH3之量为120加,出口中NH3之量为1202%=9加3,于是总出气量=8809=8893被吸收的NE量为分析(1)进展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变化,所以以体积作为衡算的基准。(2)此题是并流还是逆流？有区别吗？(3)假设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

6、么影响？6-5一浅盘内存有2mm厚的水层，在20C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2.6xl0-5rn2s,大气压强为1.013xl()5pa。求蒸干水层所需时间。解：此题中水层Z的变化是时间。的函数，且与扩散速率有关。查教材附录水的物理性质得，20时水的蒸汽压为2.3346kPa0条件为：代入上式得：水的摩尔质量M=I8Zg匕o/,设垂直管截面积为A,在d。时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即NAAde=AdZ则金色M=a=9,054xl0%/SAMdp100O6=o,Z=O到e=O,z

7、=2x1o-m之间积分，得6-6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。A在气、液两相中的平衡关系为y=，液气比为0.8,求：415(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假设G,各量又是多少分别在y-x图上表示；液体出口最高组成是多少此时的吸收率又是多少图(a)时，题6-6图0.01V 0.1 I I 11 1 _ Y - 111(2)假设改为并流操作，解逆流操作(题6-6X2一一，L一一21-0.011-0.1当V=0.8m=l,以及塔高无穷高时,在塔顶到达吸收平衡(题8-9图(b),匕min=石=m2=00。仍可以根据物料衡算X/

8、X2)=V(K-%miJ，求出(2)并流操作且V=0.8时(题8-9图(C),因为=00,所以有根据操作线关系,有式，联立，求得：于是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，但吸收率不是最局。6-7用水吸收气体中的SCh,气体中SCh的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO2的平均浓度为lg1000go塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现气相传质分系kG=0.3102kmol/(m2hkPa),液相传质分系数的=0.4mho操作条件下平衡关系y=50x。

9、求总传质系数Ky(kmol(m2h)。解根据N=二LKN二”Apby)、=KyPA二屋A丫V-y-JrO-yX1-)p(1-yX1-/)p(-yX-/)和得P=XWAkPa,y=0.02,y=mx.=50-l1/64,-=2.811()4,因此要先1a1/64+1000/18根据下式求出KG才能求出Ky：因此还要求出H：于是便可求出和分析此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。68在1.013xl05pa、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。H=0.511kPam3kmol,气膜吸收分系数ZG=I.55xl5kmo

10、l(m2skPa),液膜吸收分系数h=2.08xl()5(ms)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NA=KG(PA-p：)=M(c；-CA)和p；=g,可知Ll所以只要求出KG即可。又所以因为;为气相阻力，J为总阻力，故GKG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1.013105Pao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2.1IkmoI11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NA=KG(-/)求出。其中于是可得分析此时，

11、根据NA=KG(P-PJ=I.55l0-5(5.07p,)=5.68l0-5,还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压(Pi=I.405kPa)以及液相侧中的甲醇浓度(G=HPi=2.74SkmoI/病)，此值远高于主体溶液中的甲醛浓度。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2加。病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0.0064%),这些水又有何用呢(3)假设将题目中甲醇浓度改为2公加利3,则质量分数为6.4%,便可以用精储法回收其中的甲醇。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、

12、液相进出口摩尔分数。题6-10附图(c)(d)611在某逆流吸收塔内，于101.3kPa、24下用清水吸收混合气体中的H2S,将其浓度由2%降至0.1%(体积分数)。系统符合亨利定律，E=545xlO1.3kPa。假设吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。解：yl=0.02y2=0.001E=5.52104KPaP=101.33KPa则Yl=0.0204Y2=0001=0.0011-0.021-0.001又据全塔物料衡算L(XI-X2)=V(Yl-Y2)即操作液气比上为776.25出口液相组成X1为2.5X105V612用纯水逆流吸收气体混合物中的SO2,SO2的初始

13、浓度为5%(体积分数),操作条件下的相平衡关系为y=5.0x,分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m的相对大小。当G=4,LGm=5.0,操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为：由物料衡算关系可求得液体出口浓度为：从以上计算结果可知，当Gm时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。6-13在某填料吸收塔中，用清水处理含SCh的混合气体。逆流操作，进塔气体中含S02为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相

14、对分子质量取28O水的用量比最小用量大65%,要求每小时从混合气中吸收2000kg的SO2o操作条件下气、液平衡关系为y=26.73计算每小时用水量为多少立方米。解：根据题意得根据吸收的S02质量求得混合气中惰性气体的流量根据物料衡算解得U=4.35x10-51._X_0.087-4.35x10-5Vjrnin=Xle-X2=0.087/26.7则L=1.65Lmin=1.6526.7359.375=1.58104kmoUh则每小时的用水量为6-14用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为，采用的液气比是最小液气比的P倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以小用两个参数列出计算NOG的表达式。解：令进塔气体浓度为yl,则出塔气体浓度为j=Yi(1-)2=In也由上题证明的结果：NoG=31-my1=y1-三1又6-15在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质的