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/ （m 3 kPa）及相平衡常数 m。解：（1）求H由PnhCNH3H求算.已知：PNh3 0.987kP,.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：yNH3mNH3XNH3yNH3(2).求m.由XNH3PNH3P0.987101.330.009741/171/17 100/180.0105m y

2、NH3 / XNH30.009740.01050.9282. 101.33 kpa、10 C时，氧气在水中的溶解度可用 p02=3.31 X06x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：因xo2值甚小，故可以认为X x即：Xo2XO26.43 10所以：溶解度6.43 10 6 321 181.14 10 5kg(O2)/kg(H2O)114 mgHO)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 C,总压强 为506.6

3、 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。解：(1).求H由H求算.EMh2o(2).求 m(1)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0.185 cms, 试计算下列两种情况下

4、 O2的传递速率，kmol/(m 2 s):(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O2的传递速率：(2) O2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 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2.60 X0-5 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 3m.水层表面的水蒸气分压(20°

5、;C)的饱和水蒸气压力为 Pa1 2.3346kFa.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/mol.MA 17g / mol则0oa时，氨在空气中的扩散系数可由 Maxwea: Gilliland式计算.(2)同理求得7. 在101.33 kPa、27 C下用水吸收混于空气中

6、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 X0-5 kmol/(m 2 s kPa)，液膜吸收系数 kL=2.08 X0-5 kmol/(m 2 kmol/m 3)。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.8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度 27 T，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2.11 kmol/m3。试 根据上题中的有关数据算出该截

7、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 5kmol/(m2 s kPa)又知：3H 1.955kmol/(m 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 10 5kmol/(m2 s) 'V20.1583kmol/(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0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E=5.52 >16 kPa。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

8、成若压强改为1013 kPa,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（*）minX2 m0.0204 0.001518.0.0204/545操作液气比为-V出口液相浓度1.2min1.2 518622.（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的平均值为0.

9、1112。在操作条件下的气液平衡关系为，试求塔径及填料层高度Yi0.1111丫2 Y(1X20.(L) iminV1 0.1)0.1111 (1 0.95)0.005555.0.11110.005555X20.11112.62.47.解：L1.12.472.72.X1NogV(Y 丫2)mVL 2.721Sln(1X21(0.11112.720.956.S0.005555)00.0388.ln(10.956)0.11110.95613.81 0.9560.005555塔截面积: 塔径：又知：V0.55622.4273273 400.90.0195kmol / s.则：塔上填料层高度:12. 在

10、吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2，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。试求:平衡关系近似为(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；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.CY26.7 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第

11、 丫20.1111 0.00556 0 95丫 mX20.1111在理论最小用水量下，Nt ，J据此查图2 21得: L .Amin 0.95 而上 0.95mV查图2 21 (或由式2 77c计算)可知当：A 1.43.0.95 时mV两种方法解得的结果相同。(3)求98 oo时所需增加的水量用克列姆塞尔法估算，已知：0.98. Nt 5.5据此查图2 21得A 1.75 .则：L'1.75mV1.75 26.7 2019390kmol/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

12、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194.5 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) 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

13、.0kPa.则:因为X2 0故Y>0Y0.042.(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气态烃中的H2S,进塔气相含H2S2.91%(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，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H2S组成为0.013 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0.015kmol/(m 2 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：ZHog Nogv(Y 丫2)KYa VYm已知:VYm则：(0.03

14、 0.026) 0.0003 0.00143.,0.03 0.026In0.0003KYa2aap 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101.33 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/(m 2 h)，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）

15、:（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) p2pmp/ p0.910.452mV 竺88 0.202842.78由于-m卫故NOGpn( J 管)(1S')S'1 S 笔 m X21 0.2028ln000)6 (1 °.2028)°20285.496Q H ogKGap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Kg3无显着影响.则：Z Nog Hog 5.496 0.43582.395m.即所需填料层高度较原来减少了3 2.395

16、 0.605m气体质量流速增大时，总吸收系数 aa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，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，求所需理论板数。解：由题意知m 2.53则：又因为X20.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