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/ （m3 kPa）及相平衡常数m。解：（1）求H由PnhCNH3H求算.已知：Rh3” = 0.987k巳.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:yNH二 mNH3XNH30987 =0.00974P 101.331/17yNH(2).求m .由所以：溶解度二6.43 10“ 321 18= 1.

2、14 10*kg(O2)/kg(H2O) =11.4XNH=0.01051/17 100/18* /0.00974 门 cccm=yNH3 /Xnh30.928330.01052. 101.33 kpa、10 C时，氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31 >T06x表示。式中：P02 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比X 即：XO 冷？話.43 10”3.某混合气体中含有2%（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30 &#

3、176;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/ （m3 kPa、）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。P解：（1）.求H由H求算.EM H2O(2).求 m 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02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02的分压分别为13.33 kPa和6.67 kPa，又知扩散系数为0.1

4、85cm2/s,试计算下列两种情况下 02的传递速率，kmol/(m2s):(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02的传递速率：(2) 02通过停滞CO的扩散速率5. 一浅盘内存有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5 mm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 >10-5 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。已知扩散距离(静止空气膜厚度)为 Z=5 10”m.水层表面的

5、水蒸气分压(20C)的饱 和水蒸气压力为 PA1 =2.3346kPa.静止空气膜层以外；水蒸气分压为Pa2 = 0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 Mb =29g/molMA =17g/mol则0C.101.33kFa时，氨在空气中的扩散系数可由 MaxweaL Gilliland式计算.(2)同理求得7. 在10

6、1.33 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 >0-5 kmol/(m2 s kPa)，液膜吸收系数 kL=2.08 >0-5 kmol/(m2 kmol/m3)。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.&在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇， 操作温度27 C,压强101.33 KPa。稳 定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa，液相中甲醇组成为 2.

7、11kmol/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(kmol/(m2 s kFa)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 10kmol/(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.佃6 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.52 >16 kPa。L若取吸收剂用量为理论最小用量

8、的 12倍，试计算操作液气比V及出口液相组成X1若压L强改为1013 kPa，其他条件不变，再求V手及X1解：(1)求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成最小液气比(fL)¥ -Y20.0204-0.001/)m" 一¥ X 一 0.0204/545 -.X2m操作液气比为L =1.2 (L)min =1.2 518 =622.VV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：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

9、塔气速为1.2 m/s。吸收剂用量为理 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 KYa的 平均值为0.1112kmol/(m 3 s)。在操作条件下的气液平衡关系为 Y* =26X，试求塔径及填料层高度。解：Y 0.10.11111-0.1乙=策(1 仝)=0.1111 (1 -0.95) =0.005555.X2 =0.L()minV0.1111 一 °.°05555 =2.47.0.11112.6L =1.1 2.47 =2.72.VV1X1(¥ -丫2) X2(0.1111 -0.005555) 0 = 0.0388.

10、L2.72NgmVL2.62.72=0.956.11 -Sln (1 -S)v *3丫/ S=11-0.956ln (1 -0.956)0.11110.0055550.956 =13.8塔截面积: 塔径：又知：0.556273V0.9 = 0.0195kmol / s22.4273 +40则：塔上填料层高度:12.在吸收塔中用清水吸收混合气中的SQ,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 相间的平衡关系近似为Y*=267X。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，

11、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oE.CY，26.7 7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Nt =5.5 (b)用克列姆塞尔算图 则相对回收率' 二 丫1 一丫2 = 0.1111 -°.°°556 =0£5Y mX20.1111在理论最小用水量下，Nt二乙,J据此查图2_21得：LAmin =0.95而 dj. 95mV查图2-21 (或由式2-77c

12、计算)可知当：A 二丄 1.43F =0.95 时mV两种方法解得的结果相同。(3) 求t =98鼻时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：丁 =0.98.Nt =5.5据此查图2 -21得A =1.75 .则：L' =1.75mV =1.75 26.7 201 =9390kmol / h.故需要增加的用水量13. 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

13、.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)?(2) 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.则：因为X2 =0故Y2 =0Y” =0.042(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

14、气态烃中的H2S，进塔气相含H2S 2.91%(体积)，要求吸收率不低于99%，操作温度300 K，压强为101.33 kPa,平 衡关系为Y* =2X ,进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S组成为0.0130.015kmol(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/(m2 s),气相体积吸收总系数为 0.000395 kmol/(m3 s kPa)，求所需填料层高度。解:已知:"0.0003KYa = Kg ap =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101.3

15、3 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/(m2，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 丫* = 0.9X。KGa与气相质量流 速的0.8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(1) p2pm 二 mp/p =0.90.452LL 42.78由于mL=Pr故N10.0638 0ln(1

16、 -0.2028)0.20281 -0.20280.000638 -0=5.496 H OGKYa"KGap11故：填料层高度比原来减少了 3-1.198 = 1.802m(2)(计算过程同(1).液体流速的增加对Kca无显着影响.贝U： Z' = Nog' Hog' =5.496 0.4358 =2.395m.即所需填料层高度较原来减少了 3 - 2.395二0.605m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7.92 - 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

17、,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 C下等温操作，丙醇在气、液两相中的平衡关系为 V = 253X，求所 需理论板数。解：由题意知m = 2.53贝又因为X2 =0.则：第三章2. 解：塔径 两种填料的 '值如下.50mm 50mm 4.5mm 陶瓷拉西环(乱堆)：=2051/ m25mm 25mm 2.5mm 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(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 L p总二 1373.4 5 3