化工原理王志魁第五版习题解答：第五章 吸收.pdf

1 第五章吸收 气液相平衡气液相平衡 5 5 空气中氧的体积分数为 21 试求总压为 101 325kPa 温度为 10 时 3 1m水中最大可能溶解多 少克氧 已知 10 时氧在水中的溶解度表达式为 6 3 313 10px 式中 p为氧在气相中的平衡分压 单位 为kPax 为溶液中氧的摩尔分数 解解总压 101 325 pkPa 空气中 2 O的压力分数 0 21 A pp 体积分数 空气中 2 O的分压 0 21 101 325 A pkPa 亨利系数 6 3 313 10EkPa 1 利用亨利定律 A pEx 计算 与气相分压 0 21 101 325 A pkPa 相平衡的液相组成为 A p xkmol Okmol E 62 6 0 21 101 325 6 42 10 3 313 10 溶液 此为1kmol水溶液中最大可能溶解 6 2 6 42 10 kmol O 因为溶液很稀 其中溶质很少 1kmol水溶液 1kmol水 18 kg 水 10 水的密度 3 999 7kgm 故1kmol水溶液 3 18 999 7m 水 即 3 18 999 7 m水中最大可能溶解 6 6 42 10 kmol 氧 故 3 1m水中最大可能溶解的氧量为 6 4 2 6 42 10999 7 3 57 10 18 kmol O 42 22 3 57 10321 14 10O11 4Okgg 2 利用亨利定律 A A c p H 计算 53 6 999 7 1 676 10 3 313 1018 s s HkmolmkPa EM 3 1m水中最大可能溶解的氧量为 2 543 2 0 21 101 325 1 676 103 57 10 AA cp Hkmol Om 溶液 42 22 3 57 10321 14 1011 4kg Og O 5 9 CO2分压力为 50kPa 的混合气体 分别与 CO2浓度为 3 0 01kmol m的水溶液和 CO2浓度为 3 0 05kmolm 的水溶液接触 物系温度均为 25 气液相平衡关系 5 1 662 10pxkPa 试求上述两种情况下 两相的推动力 分别以气相分压力差和液相浓度差表示 并说明 CO2在两种情况下属于吸收还是解吸 解温度25 t 水的密度为 3 s 997kg m 混合气中 CO2的分压为50pkPa 水溶液的总浓度 s s ckmol m M 3 997 18 水溶液 1 以气相分压差表示的吸收推动力 液相中 CO2的浓度 3 2 0 01 A ckmol COm 水溶液 液相中 CO2的摩尔分数 4 0 01 1 805 10 997 18 A xcc 与液相平衡的气相平衡分压为 A pxkPa 554 1 662 101 662 101 805 1030 气相分压差表示的推动力 AAA pppkPa 503020 吸收 液相中 CO2的浓度 3 0 05kmolm A c 水溶液 液相中 CO2的摩尔分数 4 0 05 9 027 10 997 18 A xcc 与液相平衡的气相平衡分压为 A pxkPa 554 1 662 101 662 109 027 10150 气相分压差表示的推动力 AAA pppkPa 15050100 解吸 2 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相 A COpkPa 2分 50平衡的液相组成为 A p x 55 50 1 662 101 662 10 平衡的液相浓度 液相中 CO2的浓度 3 2 0 01 A ckmol COm 水溶液 3 液相浓度差表示的推动力为 AAA ccc 3 0 016660 010 00666kmol m 吸收 液相中 CO2的浓度 3 2 0 05 CO A ckmolm 水溶液 液相浓度差表示的推动力为 AAA ccckmol m 3 0 050 016660 0333 解吸 吸收过程的速率吸收过程的速率 5 10 如习题 5 10 附图所示 在一细金属管中的水保持 25 在管的上口有大量 干空气 温度 25 总压 101 325kPa 流过 管中的水汽化后在管中的空气中扩散 扩 散距离为 l00mm 试计算在稳定状态下的汽化速率 2 kmolms 解解25 时水的饱和蒸气压为 3 2895kPa 从 教 材 表 5 2 中 查 得 25 101 325kPa条 件 下 H2O 在 空 气 中 的 分 子 扩 散 系 数 242 0 2560 256 10Dcmsms 扩散距离 m1000 1Zmm 总压101 325 pkPa 水表面处的水汽分压 1 3 2895 A pkPa 空气分压 11 101 3253 2895 BA ppp 98 04 kPa 管上口处有大量干空气流过 水汽分压 2 0 A p 空气分压 2 101 325 B pkPa 空气分压的对数平均值为 lnln 21 2 1 3 2895 99 8 101 325 98 04 BB Bm B B pp pkPa p p 水的汽化速率 12AAA Bm Dp Npp RTZp 4 72 0 256 10101 325 3 289503 45 10 8 314 298 0 199 8 kmolms 5 12 用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质 A 吸收塔某截面上 气相主体中溶质 A 的分压为 5kPa 液 相 中 溶 质 A 的 摩 尔 分 数 为 0 015 气 膜 传 质 系 数 52 2 5 10 Y kkmolms 液 膜 传 质 系 数 32 3 5 10 X kkmolms 气液平衡关系可用亨利定律表示 相平衡常数0 7m 总压为 101 325kPa 试求 习题 5 10 附图 4 1 气相总传质系数 Y K 并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制 2 试求吸收塔该截面上溶质 A 的传 质速率 A N 解解 1 气相总传质系数 Y K 42 53 1110 7 4 102 10 2 5 103 5 10 YYX m Kkk 4 4 02 10 5 2 488 10 Y K 2 kmol ms 气膜阻力 42 14 10 Y kmskmol 液膜阻为 22 2 10 x m kmskmol 气膜阻力与总阻力的比值为 4 4 1 4 10 0 995 1 4 02 10 Y Y k K 为气膜控制 2 传质速率 A N 5 0 0519 101 3255 A A p Y pp 0 015 001520 7 0015200106 11 0 015 x XYmX x 2 kmol m s 56 2 488 100 05190 01061 03 10 AY NKYY 5 13 若吸收系统服从亨利定律 界面上气液两相平衡 推导出 KL与 kL kG的关系 解解因吸收系统服从亨利定律 A A Hpc 界面上气液两相平衡 i Hpc AAi 由 A ALA ccKN 得 K 1 A AA L ccN 1 由 iAAGA ppkN 得 H c H c Ai A GA kN cc k H Ai AA G N 2 由 AiALA cckN 得 1 A iA A L ccN k 3 2 式 3 式 并与 1 式比较得 GLL 11 k H kK 吸收塔的计算吸收塔的计算 5 16 在一吸收塔中 用清水在总压 0 1MPa 温度 20 条件下吸收混合气体中的 CO2 将其组成从 2 降至 0 1 摩尔分数 20 时 CO2水溶液的亨利系数144EMPa 吸收剂用量为最小用量的 1 2 倍 试求 5 1 液 气比 L G 及溶液出口组成 1 X 2 试求总压改为1MPa时的 L G 及 1 X 解 1 总压 1 0 1pMPaL GX 时及 1 122 1 0 02 0 02041 0 0010 11 0 02 y YYX y 144 0 11440mEp min 12 12 0 02041 0 001 1369 0 02041 14400 YYL GYmX min 1 21 2 13691643 LL GG 5 1212 0 02041 0 001 01 18 10 1643 G XXYY L 2 总压1pMPa 时的 1 L