化工热力学第二版 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：

(2). 求m .由333

333330.9870.00974101.331/170.01051/17100/18

0.00974/0.9280.0105

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： 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.

(2). 求m

(1) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO

因x 很小，故可近似认为X x ≈

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：

（2） 2O 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 ℃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 o 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 =

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 ℃、 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。

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29/.17/B A M g mol M g mol ==

则0.101.33a C kP o 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 kPa 、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 = kmol/(m 3·kPa)，气膜吸收系数k G =×10-5 kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收系数k L =×10-5

kmol/(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。

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 ℃，压强 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 kmol/m 3。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()A G A A N K P P *=-

由上题已求出521.12210/()G a k kmol m s kP -=⨯⋅⋅

又知：31.955/()a H kmol m kP =⋅

则该截面上气相甲醇的平衡分压为

则55221.12210(5 1.08) 4.410/()

0.1583/()A N kmol m s kmol m h --=⨯⨯-=⨯⋅=⋅

9. 在逆流操作的吸收塔中，于 kpa 、25 ℃下用清水吸收混合气中的H 2S ，将其组成由2%降至 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E =×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成若压强改为1013 kPa ，其他条件不变，再求手及

解： （1） 求101.33a kP 下，操作液气比及出口液相组成。 最小液气比12min 120.02040.001()518.0.0204/545Y Y L Y V X m

--===- 操作液气比为min 1.2() 1.2518622.L L V V

=⨯=⨯= 出口液相浓度

（2） 求1013a kP 下的操作液气比及出口液组成

则：

出口液相组成：

11. 在 kPa 下用水吸收据于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为，混合气体于40 ℃下进入塔底，体积流量为 m 3/s ，空塔气速为 m/s 。吸收剂用量为理论最小用量的倍，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。在操作条件下的气液平衡关系为，试求塔径及填料层高度。