化工原理课后习题答案第七章吸收习题解答

化工原理课后习题答案第七章吸收

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第七章 吸 收

7-1 总压 kPa ，温度25℃时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数E 为 MPa ， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m 。（溶液密度近似取为1000kg/m 3）

解：溶质在液相中的摩尔分数：50640.0139100050

1864x ==+ 二氧化硫的平衡分压：*34.13100.0139kPa=57.41kPa p Ex ==⨯⨯

相平衡常数：634.1310Pa

40.77101.310Pa

E m P ⨯==

=⨯

7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。已知塔内温度为20℃，压强为×105 Pa ，亨利系数E 为。

解：相平衡常数为：6

5

48.910321.711.5210

E m P ⨯===⨯ 硫化氢的混合气进口摩尔浓度：1534

0.04305953429

y =

=+

若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：

41max 0.0430 1.3410321.71

y x m -=

==⨯

7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x - y 图上表示。 （1）含NO 2 (摩尔分率)的水溶液和含NO 2 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为，T=15℃，已知15℃时，NO 2水溶液的亨利系数E =×102 kPa ；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa （绝对压强）。

解：（1）相平衡常数为：513

1 1.6810Pa

1.658101.310Pa E m P ⨯===⨯ *1 1.6580.0030.00498y m x ==⨯=

由于 *y y >，所以该过程是吸收过程。 气相推动力为：*0.060.004980.0550y y -=-= 液相推动力为：*10.060.0030.03321.658

y x x x m -=-=-=

（2）相平衡常数为：523

2 1.6810Pa

0.8420010Pa E m P ⨯===⨯ *10.840.0030.00252y m x ==⨯=

由于 *y y >，所以该过程仍是吸收过程。

气相推动力为：*0.060.002520.0575y y -=-=

液相推动力为：*20.060.0030.06840.84

y x x x m -=-=-=

y

x

0.000.02

0.04

0.06

0.08

y

7-4 在某操作条件下用填料塔清水逆流洗涤混合气体，清水物理吸收混合气中的某一组分，测得某截面上该组分在气、液相中的浓度分别为 y = ，x = 。在该吸收系统中，平衡关系为y = ，气膜吸收分系数k y = ×10-4 kmol / (m 2·s)，液膜吸收分系数k x = ×10-5 kmol / ，试求：（1）界面浓度y i 、x i 分别为多少（2）指出该吸收过程中的控制因素，并计算气相推动力在总推动力中所占的百分数。

解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： i i ()()y x k y y k x x -=-

45i i 1.810(0.014) 2.110(0.02)y x --⨯⨯-=⨯⨯- （1） 在界面处气液两相达平衡，有： i i 0.5y x = （2）

联立方程（1）、（2）得 i 0.0265x =，i 0.0132y =

（2）气相传质阻力：

32411

5.55610s m /kmol 1.810

y k -==⨯⋅⨯ 以气相为基准的液相传质阻力：

42

50.5 2.38110s m /kmol 2.110

x m k -==⨯⋅⨯ 因此，吸收过程为液膜扩散控制。

总气相传质推动力为：0.0140.50.020.004y mx -=-⨯= 气相推动力：i 0.0140.01320.0008y y -=-= 气相推动力在总推动力中所占比例：i 0.0008

0.20.004

y y y mx -==-

7-5 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇蒸气，操作温度为25℃，压力为105kPa （绝对压力）。稳定操作状况下，塔内某截面上的气相中甲醇分压为 kPa ，液相中甲醇浓度为 / m 3。甲醇在水中的溶解度系数H = kmol / (m 3·kPa)，液膜吸收分系数k L = ×10-5 m / s ，气膜吸收分系数k G = ×10-5 kmol / (m 2·s·kPa.)。试求：（1）气液界面处气相侧甲醇浓度y i ；（2）计算该截面上的吸收速率。

解：（1）对于稳定吸收过程，气、液两相内传质速率应相等，有： i i ()()G L k p p k c c -=-

55i i 1.210(7.5) 2.110( 2.85)p c --⨯⨯-=⨯⨯- （1） 在界面处气液两相达平衡，有： i i 1

p c H

=

i i 1

2.162

p c =

（2） 联立方程（1）、（2）得 3i 5.644kmol/m c =，i 2.611kPa p = 气液界面处气相侧甲醇浓度：i i 2.6110.0249105

p y P === （2）该截面上的吸收速率：

552A i () 1.210(7.5 2.611) 5.8710kmol/(m s)G N k p p --=-=⨯⨯-=⨯

7-6 在及25℃的条件下，用清水在填料吸收塔逆流处理含的SO 2混合气体。进塔气中含SO 2分别为 （体积分数），其余为惰性气体。水的用量为最小用量的倍。要求每小时从混合气体中吸收2000 kg 的SO 2，操作条件下亨利系数 MPa ，计算每小时用水量为多少（m 3）和出塔液中SO 2的浓度（体积分数） 7-7 此题的第二问修改成“出塔气中SO 2的浓度（体积分数）