化工热力学(下册)第二版夏清第2章吸收答案

第二章 吸收

1. 从手册中查得 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为 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33NH NH C P H

*

=

.求算.

已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 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

31000/kg m .则：

3333

31/17

0.582/1001

1000

0.582

/0.590/()

0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *=

=+∴===⋅ (2). 求m .由333

333330.987

0.00974

101.33

1/17

0.0105

1/17100/18

0.00974

/0.928

0.0105

NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x **

**==

=

===+=== 2. kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=×106x 表示。式中：P O2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：

222

26

6

101.330.2121.2821.28 6.4310

3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈ 即：2266.4310O O X x -≈=⨯

所以：溶解度6522232()6.431032

1.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯=

=⨯=⎢⎥⨯⎣⎦

3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2，其余为空气。混合气体的温度为30 ℃，总压强为 kPa 。从手册中查得30 ℃时CO 2在水中的亨利系数E = KPa ，试求溶解度系数H (kmol/（m 3·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CO 2。

解：(1). 求H 由2H O

H EM ρ

=

求算.

243

5

1000 2.95510/()1.881018

a H O

H kmol m kP EM ρ

-=

=

=⨯⋅⨯⨯ (2). 求m

5

1.8810371506.6

E

m ρ⨯===

(1) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (2)

(3)

2255

506.60.0210.1310.13 5.39101.8810

CO a

CO P kP P x E **

-=⨯====⨯⨯ 因x 很小，故可近似认为X x ≈

55

2222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---⎡⎤⎡⎤=⨯=⨯⨯⎢⎥⎢⎥

⎣⎦

⎣⎦⎡⎤

=⨯⎢⎥

⎣⎦

故100克水中溶有220.01318CO gCO

4．在 kPa 、0 ℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距 cm 的两截面上O 2的分压分别为 kPa 和 kPa ，又知扩散系数为 cm 2/s ，试计算下列两种情况下O 2的传递速率，kmol/(m 2·s)： (1) O 2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2O 的传递速率：

122523125

523

()0.185/ 1.8510/.273101.325.0.221013.33. 6.671.8510(13.33 6.67) 2.7110(/)8.314273210

A A A a A a A a

A D

N P P RTZ

D cm s m s T K P kP Z cm m P kP P kP N kmol m s -----=

-==⨯====⨯==⨯∴=⨯-=⨯⋅⨯⨯⨯

（2） 2O 通过停滞CO 的扩散速率

52123152 1.8510101.33101.33 6.67

()ln ln

8.314273210101.3313.333.0110/B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s

---⨯⨯-=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅ 5． 一浅盘内存有2 mm 厚的水层，在20 ℃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×10-5 m 2/s ，大气压强为 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3510Z m -=⨯.水层表面的水蒸气分压(20)C 的饱和水蒸气压力为1 2.3346A a P kP =. 静止空气膜层以外;水蒸气分压为20A P =

522.610/.101.33.27320293a D m s P kP T K -=⨯==+=

单位面积上单位时间的水分蒸发量为

52123162 2.610101.33101.33()ln ln

8.314293510101.33 2.33465.0310/()

B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s ---⨯⨯=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅ 故液面下降速度：

685.0310189.0710/998.2A A L d N M m s d δθρ--⋅⨯⨯===⨯ 水层蒸干的时间：

348

510 2.20510 6.125/9.0710

h h s h d d θθ--⨯===⨯=⨯ 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 ℃、 kPa 时氨和氯化氢在空气中的扩散系数D (m 2/s)，并将计算结果与表2-2中的数据相比较。