新版化工原理吸收课后答案-新版.pdf
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1.85 10 5 N A 8.314 273 2 10 3 (13.33 6.67)
2.71 10 5( kmol / m2 s)
（ 2） O2 通过停滞 CO 的扩散速率
NA
DP RTZPBm
( PA1
PA2 )
3.01 10 5 kmol / m2 s
DP ln PB2 RTZ PB1
1.85 8.314
因 xO2 值甚小 ,故可以认为 X x
即 : XO2 xO2 6.43 10 6
所以 :溶解度
6.43 10 6 32 1 18
1.14 10 5 kg(O2 ) kg(H 2O)
11.4
g(O2 ) m3(H 2O)
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℃,总压强 为 506.6kPa。从手册中查得 30℃时 C02 在水中的亨利系数 E=1.88x105KPa,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。
(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 ; (3)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
7
增加到多少 ?
解：
（ 1）求用水量：
0.10
Y1
0.1111
1 0.10
Y2 0.1111 (1 0.95) 0.00556
已知 : PNH3 0.987kPa .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:
CNH 3 H
1
17
0.582kmol / m3
100 1
1000
CNH 3 PNH 3
0.582 0.590kmol /( m3 kPa) 0.987
10 5 273
101.33 2 10 3
ln 101.33 101.33
6.67 13.33
5．一浅盘内存有 2mm 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 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 ×10-5m2/s,大气压强为 101.33KPa。求蒸干水层所需的
(3) x
PCO2
E
10.13
5
5 5.39 10
1.88 10
因 x 很小 ,故可近似认为 X x
X 5.39 10 5 kmol (CO2 ) kmol ( H 2O )
1.318 10 4 kg (CO2) kg (H 2O)
5.39 10 5
44 ()
kg ( CO 2 )
18 kg( H 2O)
0.0204/ 545
操作液气比为 L
L 1.2 ( )min
1.2 518
622
V
V
5
出口液相浓度
V
X1 X 2
(Y1 Y2 )
L
0 1 (0.0204 0.001) 3.12 10 5 622
（ 2）：求 1013kPa 下的操作液气比及出口液组成
E 5.52 104
m
545
P 1013
则：
L' ( V ) min
(273)3/ 2 (25.8)1/3
( 1 1 )1/ 2 17 29 (29.9)1/3
10614 10 5m2 / s
(2)同理求得 DHCl 1.323 10 5m2 / s
7.在 101.33kPa、27℃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=1.955kmol/(m 3·kPa),气 膜 吸 收 系 数 kG=1.55 ×10-5kmol/(m 2·s·kPa), 液 膜 吸 收 系 数 kL=2.08 ×10-5kmol/(m 2·kmol/m 3)。试求总吸收系数 K G,并算出气膜阻力在总阻力中 所占百分数。
5000
V
(1 0.10) 201kmol / h
22.4
Lmin
V (Y1 Y2 ) X1 X2
201 (0.111 0.00556) 0.1111 0
26.7
L 1.5Lmin 1.5 5100 7650kmol (水）/ h
Y1 Y2
Y1 m
X2
0.0204 0.0001 0.0204/ 545
L 1.2 51.8 62.2
V
51.8
出口液相组成：
X
' 1
V' X 2 L' (Y1 Y2 )
0 1 (0.0204 0.001) 3.12 10 4 62.2
11，在 101.33kPa 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
故 100 克水中溶有 CO2 0.01318gCO2
4．.在 101.33kPa、0℃下的 O2 与 CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知
2
相距 0.2cm 的两截面上 O2 的分压分别为 13.33kPa 和 6.67kPa,又知扩散系数为 0.185cm2/s,试计算下列两种情况下 O2 的传递速率 ,kmol/(m 2·s):
解 :吸收速率 N A KG ( PA PA )
由上题已求出 kG 1.122 10 5 kmol /(m2 s kPa ) 又知： H 1.955kmol /( m3 kPa) 则该截面上气相甲醇的平衡分压为
PA C / H 2.11/1.955 1.08kPa.PA 5kPa .
则 N A 1.122 10 5 (5 1.08) 4.4 10 5 kmol /( m2 s) 0.1583kmol /( m2 h)
4
D
0.463 0.77m
又知： V 则：
0.556 273 0.9
22.4 273 40
0.0195 kmol / s
V HG
K Ya
0.0195 0.38 m
0.1112 0.463
塔上填料层高度：
Z H G N G 0.38 13.8 5.23m 12．在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2,气体流量为 5000m3(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 * 26.7 X 。试求 :
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3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0100111101001111095000556500001020120101110005565100267151551007650011110005560002777650oecy及操作线bt由图中点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数550111100055609501111mx在理论最小用水量下21得
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
1
PO2 PyO2 101.33 0.21 21.28kPa
xO2
PO2
21.28
3.31 106 3.31 106
6.43 10 6
9：在逆流操作的吸收塔中 ,于 101.33kpa、25℃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=5.52×16kPa。 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 L 及出口液相组成
V X1 若压强改为 1013kPa,其他条件不变 ,再求 L 手及 X1 。
d
L
998.2
水层蒸干的时间 :
h dh / d
5 10 3 9.07 10 8
2.205 104 s 6.125h
6. 试根据马克斯韦尔 -吉利兰公式分别估算 0℃、101.33kPa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。 解 :(1):氨在空气中的扩散系数 .
第二章 吸收习题解答
1 从手册中查得 101.33KPa、 25℃时,若 100g 水中含氨 1g,则此溶液上方的氨气平
衡分压为 0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律 H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数 m。
,试求溶解度系数
解:
(1) 求 H
由 PNH 3
CNH 3 .求算 . H
.解:总吸收系数
1
KG
1
1
1
1
1
1.122 10 5 kmol /(m2 s kPa)
kG Hk C 1.55 10 5 1.955 2.08 10 5
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气膜 P 助在点 P 助中所占百分数 .
1/ kG
1.122 72.3
1/ kG 1/ Hk C 1.55
8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇 ,操作温度 27℃,压强 101.33KPa。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 2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。
(0.1111 0.005555) 0
L
2.72
S mV 2.6 0.956 L 2.72
0.0388
NG
1 ln[(1 S) Y1 Y2
1S
Y2 Y2
S]
1 ln[(1 0.956) 0.1111 0.956] 13.8
1 0.956
0.005555
塔截面积：
0.556/1.2 0.463m2
塔径：
单位面积上单位时间的水分蒸发量为
DP
NA
(PA1 PA2 )
RTZPBm
5.03 10 6 kmol /(m2 s)
DP ln PB 2 RTZ PB1
2.6 10 5 101.33
101.33
8.314 293 5 10 3 ln 101.33 2.3346
3
故液面下降速度 :
d N A M A 5.03 10 6 18 9.07 10 8 m/ 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
D
NA
( PA1 PA2 )
RTZ
D 0.185cm2 / s 1.85 10 5 m2 / s.
T 273K P 101.325kPa.Z 0.2cm 2 10 3m PA1 13.33kPa .PA2 6.67kPa
解 :(1).求 H 由 H
求算
EM H 2O
H
EM H 2O
1000 1.88 105 18
2.955 10 4 kmol /(m3 kPa )
(2)求 m
E 1.88 105
m
371
506.6
(2) 当 y 0.02 时 .100 g 水溶解的 CO2
PCO2 506.6 0.02 10.13kPa
查表 2.4 知道 ,空气的分子体积 :
VB 29.9cm3 / mol
氨的分子体积 :
VA 25.8cm3 / mol
又知 M B 29g / mol.M A 17g / mol
则 0 C.101.33kPa 时 ,氨在空气中的扩散系数可由 Maxwea Gilliland 式计算 .
DNH 3
4.36 10 5 101.33
yNH 3
m x NH 3 NH 3
yNH 3 (2).求 m .由
xNH 3
PNH 3
0.987 0.00974
P 101.33
1
17
0.0105
1 100
17 18
m
y NH 3
x NH 3
0.00974 0.928
0.0105
2: 101.33kpa、 1O℃时,氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31 ×106x 表示。式中 :Po2 为
体于 40℃下进入塔底 ,体积流量为 0.556m3/s,空塔气速为 1.2m/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 * 2.6 X ,
试求塔径及填料层高度。
V
解：（ 1）求 101.33kPa 下，操作液气比及出口液相组成。
E 5.52 104
m
545
P 101.33
Y1
y1 1 y1
0.02 1 0.02
0.0204
Y2
y2 1 y2
0.001 0.001
1 0.001
X2 0
最小液气比
L ( )min
V
Y1 Y2
Y1 m
X2
0.0204 0.001 518
解：
6
0.1 Y1 1 0.1 0.1111
Y2 Y1 (1 ) 0.1111 (1 0.95) 0.005555
X 2 0.
L (V ) min
Y1 Y2 Y1 X 2 m
0.1111 0.005555 2.47 0.1111 2.6
L 1.1 2.47 2.72
V
V
1
X1
(Y1 Y2) X 2
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 C )
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
D 2.6 10 5 m2 / s.P 101.33kPa.T 273 20 293K
2.71 10 5( kmol / m2 s)
（ 2） O2 通过停滞 CO 的扩散速率
NA
DP RTZPBm
( PA1
PA2 )
3.01 10 5 kmol / m2 s
DP ln PB2 RTZ PB1
1.85 8.314
因 xO2 值甚小 ,故可以认为 X x
即 : XO2 xO2 6.43 10 6
所以 :溶解度
6.43 10 6 32 1 18
1.14 10 5 kg(O2 ) kg(H 2O)
11.4
g(O2 ) m3(H 2O)
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℃,总压强 为 506.6kPa。从手册中查得 30℃时 C02 在水中的亨利系数 E=1.88x105KPa,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。
(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 ; (3)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
7
增加到多少 ?
解：
（ 1）求用水量：
0.10
Y1
0.1111
1 0.10
Y2 0.1111 (1 0.95) 0.00556
已知 : PNH3 0.987kPa .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:
CNH 3 H
1
17
0.582kmol / m3
100 1
1000
CNH 3 PNH 3
0.582 0.590kmol /( m3 kPa) 0.987
10 5 273
101.33 2 10 3
ln 101.33 101.33
6.67 13.33
5．一浅盘内存有 2mm 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 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 ×10-5m2/s,大气压强为 101.33KPa。求蒸干水层所需的
(3) x
PCO2
E
10.13
5
5 5.39 10
1.88 10
因 x 很小 ,故可近似认为 X x
X 5.39 10 5 kmol (CO2 ) kmol ( H 2O )
1.318 10 4 kg (CO2) kg (H 2O)
5.39 10 5
44 ()
kg ( CO 2 )
18 kg( H 2O)
0.0204/ 545
操作液气比为 L
L 1.2 ( )min
1.2 518
622
V
V
5
出口液相浓度
V
X1 X 2
(Y1 Y2 )
L
0 1 (0.0204 0.001) 3.12 10 5 622
（ 2）：求 1013kPa 下的操作液气比及出口液组成
E 5.52 104
m
545
P 1013
则：
L' ( V ) min
(273)3/ 2 (25.8)1/3
( 1 1 )1/ 2 17 29 (29.9)1/3
10614 10 5m2 / s
(2)同理求得 DHCl 1.323 10 5m2 / s
7.在 101.33kPa、27℃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=1.955kmol/(m 3·kPa),气 膜 吸 收 系 数 kG=1.55 ×10-5kmol/(m 2·s·kPa), 液 膜 吸 收 系 数 kL=2.08 ×10-5kmol/(m 2·kmol/m 3)。试求总吸收系数 K G,并算出气膜阻力在总阻力中 所占百分数。
5000
V
(1 0.10) 201kmol / h
22.4
Lmin
V (Y1 Y2 ) X1 X2
201 (0.111 0.00556) 0.1111 0
26.7
L 1.5Lmin 1.5 5100 7650kmol (水）/ h
Y1 Y2
Y1 m
X2
0.0204 0.0001 0.0204/ 545
L 1.2 51.8 62.2
V
51.8
出口液相组成：
X
' 1
V' X 2 L' (Y1 Y2 )
0 1 (0.0204 0.001) 3.12 10 4 62.2
11，在 101.33kPa 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
故 100 克水中溶有 CO2 0.01318gCO2
4．.在 101.33kPa、0℃下的 O2 与 CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知
2
相距 0.2cm 的两截面上 O2 的分压分别为 13.33kPa 和 6.67kPa,又知扩散系数为 0.185cm2/s,试计算下列两种情况下 O2 的传递速率 ,kmol/(m 2·s):
解 :吸收速率 N A KG ( PA PA )
由上题已求出 kG 1.122 10 5 kmol /(m2 s kPa ) 又知： H 1.955kmol /( m3 kPa) 则该截面上气相甲醇的平衡分压为
PA C / H 2.11/1.955 1.08kPa.PA 5kPa .
则 N A 1.122 10 5 (5 1.08) 4.4 10 5 kmol /( m2 s) 0.1583kmol /( m2 h)
4
D
0.463 0.77m
又知： V 则：
0.556 273 0.9
22.4 273 40
0.0195 kmol / s
V HG
K Ya
0.0195 0.38 m
0.1112 0.463
塔上填料层高度：
Z H G N G 0.38 13.8 5.23m 12．在吸收塔中用清水吸收混合气中的 SO2,气体流量为 5000m3(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 * 26.7 X 。试求 :
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3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0100111101001111095000556500001020120101110005565100267151551007650011110005560002777650oecy及操作线bt由图中点开始在操作线与平衡线之间画梯级得理论板层数550111100055609501111mx在理论最小用水量下21得
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
1
PO2 PyO2 101.33 0.21 21.28kPa
xO2
PO2
21.28
3.31 106 3.31 106
6.43 10 6
9：在逆流操作的吸收塔中 ,于 101.33kpa、25℃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=5.52×16kPa。 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 L 及出口液相组成
V X1 若压强改为 1013kPa,其他条件不变 ,再求 L 手及 X1 。
d
L
998.2
水层蒸干的时间 :
h dh / d
5 10 3 9.07 10 8
2.205 104 s 6.125h
6. 试根据马克斯韦尔 -吉利兰公式分别估算 0℃、101.33kPa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。 解 :(1):氨在空气中的扩散系数 .
第二章 吸收习题解答
1 从手册中查得 101.33KPa、 25℃时,若 100g 水中含氨 1g,则此溶液上方的氨气平
衡分压为 0.987KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律 H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数 m。
,试求溶解度系数
解:
(1) 求 H
由 PNH 3
CNH 3 .求算 . H
.解:总吸收系数
1
KG
1
1
1
1
1
1.122 10 5 kmol /(m2 s kPa)
kG Hk C 1.55 10 5 1.955 2.08 10 5
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气膜 P 助在点 P 助中所占百分数 .
1/ kG
1.122 72.3
1/ kG 1/ Hk C 1.55
8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇 ,操作温度 27℃,压强 101.33KPa。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 2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。
(0.1111 0.005555) 0
L
2.72
S mV 2.6 0.956 L 2.72
0.0388
NG
1 ln[(1 S) Y1 Y2
1S
Y2 Y2
S]
1 ln[(1 0.956) 0.1111 0.956] 13.8
1 0.956
0.005555
塔截面积：
0.556/1.2 0.463m2
塔径：
单位面积上单位时间的水分蒸发量为
DP
NA
(PA1 PA2 )
RTZPBm
5.03 10 6 kmol /(m2 s)
DP ln PB 2 RTZ PB1
2.6 10 5 101.33
101.33
8.314 293 5 10 3 ln 101.33 2.3346
3
故液面下降速度 :
d N A M A 5.03 10 6 18 9.07 10 8 m/ 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
D
NA
( PA1 PA2 )
RTZ
D 0.185cm2 / s 1.85 10 5 m2 / s.
T 273K P 101.325kPa.Z 0.2cm 2 10 3m PA1 13.33kPa .PA2 6.67kPa
解 :(1).求 H 由 H
求算
EM H 2O
H
EM H 2O
1000 1.88 105 18
2.955 10 4 kmol /(m3 kPa )
(2)求 m
E 1.88 105
m
371
506.6
(2) 当 y 0.02 时 .100 g 水溶解的 CO2
PCO2 506.6 0.02 10.13kPa
查表 2.4 知道 ,空气的分子体积 :
VB 29.9cm3 / mol
氨的分子体积 :
VA 25.8cm3 / mol
又知 M B 29g / mol.M A 17g / mol
则 0 C.101.33kPa 时 ,氨在空气中的扩散系数可由 Maxwea Gilliland 式计算 .
DNH 3
4.36 10 5 101.33
yNH 3
m x NH 3 NH 3
yNH 3 (2).求 m .由
xNH 3
PNH 3
0.987 0.00974
P 101.33
1
17
0.0105
1 100
17 18
m
y NH 3
x NH 3
0.00974 0.928
0.0105
2: 101.33kpa、 1O℃时,氧气在水中的溶解度可用 po2=3.31 ×106x 表示。式中 :Po2 为
体于 40℃下进入塔底 ,体积流量为 0.556m3/s,空塔气速为 1.2m/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 * 2.6 X ,
试求塔径及填料层高度。
V
解：（ 1）求 101.33kPa 下，操作液气比及出口液相组成。
E 5.52 104
m
545
P 101.33
Y1
y1 1 y1
0.02 1 0.02
0.0204
Y2
y2 1 y2
0.001 0.001
1 0.001
X2 0
最小液气比
L ( )min
V
Y1 Y2
Y1 m
X2
0.0204 0.001 518
解：
6
0.1 Y1 1 0.1 0.1111
Y2 Y1 (1 ) 0.1111 (1 0.95) 0.005555
X 2 0.
L (V ) min
Y1 Y2 Y1 X 2 m
0.1111 0.005555 2.47 0.1111 2.6
L 1.1 2.47 2.72
V
V
1
X1
(Y1 Y2) X 2
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 C )
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
D 2.6 10 5 m2 / s.P 101.33kPa.T 273 20 293K