化工原理-吸收课后答案

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 0C.101.33kPa 时,氨在空气中的扩散系数可由 Maxwea : Gilliland 式计算.
4.36 105 (273)3/2 ( 1 1 )1/2
DNH3
17 29 101.33 (25.8)1/3 (29.9)1/3
10614 105 m2 / s
(2)同理求得
DHCl 1.323105 m2 / 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/(m3·kPa), 气 膜 吸 收 系 数 kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa), 液 膜 吸 收 系 数 kL=2.08×10-5kmol/(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。
(13.33
6.67)
2.71105 (kmol
/
m2
s)
（2） O2 通过停滞 CO 的扩散速率
NA
DP RTZPBm
( PA1
PA2 )
DP RTZ
ln
PB 2 PB1
1.85105 101.33 8.314 273 2103
ln 101.33 6.67 101.33 13.33
3.01105 kmol / m2 s
m E 5.52104 545 P 1013
则：
L'
( V
)min
Y1 Y2
Y1 m
X
2
0.0204 0.0001 0.0204 / 545
51.8
L 1.2 51.8 62.2 V
出口液相组成：
X
' 1
X2
V' L'
(Y1
Y2 )
0
1 62.2
(0.0204
0.001)
3.12 104
.解:总吸收系数
KG
1 1 1 kG HkC
1
1 1.55 105
1.955
1 2.08 105
1.122 105 kmol /(m2 s kPa )
5
气膜 P 助在点 P 助中所占百分数.
1/ kG 1/ kG 1/ HkC
1.122 1.55
72.3
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
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。 解:(1).求 H 由 H 求算
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
的时间。
解:这是属于组分 ( A) 通过停滞组分的扩散。
V 5000 (1 0.10) 201kmol / h 22.4
Lmin
V wenku.baidu.comY1 Y2 )
X
1
X
2
201 (0.111 0.00556) 0.1111 0
CNH3 H
.求算.
已知:
P NH3
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:
1
CNH3
17 100 1
0.582kmol / m3
1000
H
CNH3 P
NH3
0.582 0.987
化工原理-吸收课后答案
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,试求溶解度系数 H(kmol/ (m3·kPa))及相平衡常数 m。 解: (1) 求 H
由P NH3
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 NA 1.122105 (5 1.08) 4.4105 kmol /(m2 s) 0.1583kmol /(m2 h)
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。
解:吸收速率 N A KG (PA PA )
由上题已求出 kG 1.122105 kmol /(m2 s kPa )
0.590kmol /(m3
kPa )
y m x NH3
NH3 NH3
y NH3
P NH3 P
0.987 101.33
0.00974
1
(2).求 m .由 xNH3
1
17 100
0.0105
17 18
m
y NH3
0.00974
0.928
xNH3 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
解：（1）等分子反向扩散时 O2 的传递速率
NA
D RTZ
( PA1
PA2 )
D 0.185cm2 / s 1.85105 m2 / s.
T 273K
P 101.325kPa.Z 0.2cm 2103 m
PA1 13.33kPa.PA2 6.67kPa
NA
1.85 105 8.314 273 2103
5.39 105
E 1.88105
因 x 很小,故可近似认为 X x
X
5.39 105
kmol(CO2 ) kmol ( H 2O)
5.39 105
(
44 18
)
kg(CO2 ) kg ( H 2O)
1.318
104
kg(CO2 ) kg ( H 2O)
故100 克水中溶有 CO2 0.01318gCO2
2
PO2 PyO2 101.33 0.21 21.28kPa
xO2
PO2 3.31106
21.28 3.31106
6.43106
因 xO2 值甚小,故可以认为 X x
即: X O2 xO2 6.43106
所以:溶解度
6.43106 118
32
1.14 105
kg(O2 ) kg ( H 2O)
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
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 0.1112 kmol/(m3 s)。在操作条件下的气液平衡关系为 Y * 2.6X ,
EM H2O
H
EM H2O
1000 1.88105 18
2.955104 kmol /(m3 kPa )
(2)求 m
m E 1.88105 371 506.6
(2) 当 y 0.02 时.100g 水溶解的 CO2
P CO2
506.6 0.02
10.13kPa
(3)
x
P CO2
10.13
试求塔径及填料层高度。
解：
7
Y1
0.1 1 0.1
0.1111
Y2 Y1(1) 0.1111 (1 0.95) 0.005555
X 2 0.
L
( V
)min
Y1 Y2
Y1 m
X
2
0.1111 0.005555 0.1111 2.6
2.47
L 1.1 2.47 2.72 V
X1
V L
(Y1
0.556 /1.2 0.463m2 塔径：
D 4 0.463 0.77m
又知：V 0.556 273 0.9 0.0195kmol / s 22.4 273 40
则：
HG
V KYa
0.0195 0.1112 0.463
0.38m
塔上填料层高度：
Z HG NG 0.3813.8 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:
(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
8
增加到多少?
解：
（1）求用水量：
Y1
0.10 1 0.10
0.1111
Y2 0.1111 (1 0.95) 0.00556
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 V
及出口液相组成
NA
DP RTZPBm
( PA1
PA2 )
DP RTZ
ln
PB 2 PB1
2.6105 101.33 8.314 293 5103
ln 101.33 101.33 2.3346
5.03106 kmol /(m2 s)
4
故液面下降速度:
d N A M A 5.03106 18 9.07 108 m / s
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
3
知相距 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/(m2·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。
已知扩散距离（静止空气膜厚度）为 Z 5103 m .水层表面的水蒸气分压 (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
D 2.6105 m2 / s.P 101.33kPa.T 273 20 293K
单位面积上单位时间的水分蒸发量为
Y2 )
X2
1 2.72
(0.1111 0.005555)
0
0.0388
S mV 2.6 0.956 L 2.72
NG
1 1 S
ln[(1
S ) Y1 Y2
Y2 Y2
S]
1 1 0.956
ln[(1 0.956)
0.1111 0.005555
0.956] 13.8
塔截面积：
X1
若压强改为
1013kPa,其他条件不变,再求
L V
手及
X1
。
解：（1）求101.33kPa 下，操作液气比及出口液相组成。
m E 5.52104 545 P 101.33
Y1
y1 1 y1
0.02 1 0.02
0.0204
Y2
y2 1 y2
0.001 1 0.001
0.001
X2 0
最小液气比
L ( V
)min
Y1 Y2
Y1 m
X
2
0.0204 0.001 0.0204 / 545
518
操作液气比为 L V
1.2
(L V
)min
1.2 518
622
6
出口液相浓度
X1
X2
V L
(Y1
Y2 )
0 1 (0.0204 0.001) 3.12105 622
（2）：求1013kPa 下的操作液气比及出口液组成
d
L
998.2
水层蒸干的时间:
h dh / d
5 103 9.07 108
2.205104 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(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: