化工原理吸收课后答案解析

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/ (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

3

1

170.582/1001

1000

0.5820.590/()0.987

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

==+∴===⋅ (2).求m .由333

333330.987

0.00974

101.33

1

170.0105

11001718

0.009740.928

0.0105

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

x y m x **

*

*==

=

===+===

2: 101.33kpa 、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 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 6.43103.31106 3.3110

O 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6522322()()6.431032

1.141011.4118()()kg O g 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/（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⨯===

(2)当0.02y =时.100g 水溶解的2CO

(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101.33kPa 、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0.2cm 的两截面上O 2的分压分别为13.33kPa 和6.67kPa,又知扩散系数为0.185cm 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

122523

125

523

()0.185/ 1.8510/.273101.325.0.221013.33. 6.671.8510(13.33 6.67) 2.7110(/)8.314273210A 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2.60×10-5m 2/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。

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℃、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. 查表2.4知道,空气的分子体积:

329.9/B V cm mol =

氨的分子体积:

325.8/A V cm mol =

又知29/.17/B A M g mol M g mol ==

则0.101.33a C kP 时,氨在空气中的扩散系数可由Maxwea Gilliland 式计算.