化工原理第五章吸收课后习题及答案

第五章 吸收

相组成的换算

【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？ 解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..02

0251102

y Y y =

==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？

解 摩尔分数//117

=0．010*******／18

x =

+

浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。

溶液中NH 3的量为 /3

11017n k m o

l -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯

溶液中NH 3的浓度//.333

11017==0．581／101109982

n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 39982

00105058218

s s

c x kmol m M ρ=

=

⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105

x X x =

==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。

吸收率的定义为

解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)

01111101

y Y y =

==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)

=0010981100111

Y y Y =

=++ 气液相平衡

【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。

解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117

0010511710018

x =

=+

气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a

＝

亨利系数 *./.0798*******

E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333

110170581 101109982

n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../(3

058107980728H c p k m o l m k

P a ===⋅

液相中3NH 的摩尔分数 //117

0010511710018

x =

=+．／

气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)

y m x =

==⨯ 或 //.76100076

m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =⨯，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。

解 总压.101325 p kPa =

空气中2O 的压力分数 .021A p p ==／体积分数 空气中2O 的分压 *..021101325 A p kPa =⨯ 亨利系数 .6331310E k P a =⨯ (1) 利用亨利定律*A p Ex =计算

与气相分压..021101325A p kPa =⨯相平衡的液相组成为

*. ..626

02110132564210 331310

A p x kmol O kmol E ⨯===⨯⨯．／溶液 此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -⨯ 因为溶液很稀，其中溶质很少

1kmol 水溶液≈1kmol 水=18 kg 水

10℃，水的密度 .3

9997k g m

ρ=／ 故 1k m o l 水溶液≈.3189997m ／水 即

.318

9997

m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧 故 31m 水中最大可能溶解的氧量为 (2) 利用亨利定律*A

A c p H

=

计算 31m 水中最大可能溶解的氧量为

*(..)(.).54

32

021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／ 溶液

【5-6】含NH 3体积分数1.5%的空气-NH 3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH 3总压为203kPa 。NH 3

在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数80E kPa =。试求氨水溶液的最大浓度，33NH ／kmol m 溶液。

解 气相中3NH 的摩尔分数.0015y =

总压203p kPa =，气相中3NH 的分压*.2030015A p py kPa ==⨯ (1) 利用亨利定律*p Ex =计算 与气相分压

p 相平衡的液相中NH 3的摩尔分数为

3NH 水溶液的总浓度 .

/39982

18

s s

c kmol m M ρ≈=

水溶液中3NH 的最大浓度 .9982

0038118

A c cx ==

⨯． ./33211kmol NH m =溶液 (2) 利用亨利定律*A

A c p H

=

计算 ()*(.)..3

320300150693211 kmol NH /m A A c p H ==⨯=溶液

【5-7】温度为20℃，总压为0.1M Pa 时，CO 2水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa 时，相平衡常数m 为多少？温度为20℃时的亨利系数E 为多少MPa

解 相平衡常数m 与总压p 成反比，

.'01 时 1660，1p MPa m p MPa === 时

亨利系数 ''166 E mp m p MPa ===

【5-8】用清水吸收混合气中的NH 3，进入吸收塔的混合气中，含NH 3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH 3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为30012 kmol NH kmol ．／水。此物系的平衡关系为

*.076Y X =。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？

解 已知.1006y =，则()/./..111100609400638Y y y =-== 已知.20004y =，则()./..32000410004=40210Y =-⨯ 已知10.012X =，则*10.760.0120.00912Y =⨯= 已知20X =，则*20Y =

塔顶气相推动力 *3222 4.0210=Y Y Y -∆=-⨯

塔底气相推动力 *

1110.06380.009120.0547Y Y Y ∆=-=

-= 【5-9】CO 2分压力为50kPa 的混合气体，分别与CO 2浓度为./3001kmol m 的水溶液和CO 2浓度为

.3005kmol m ／的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系*.5166210p xkPa =⨯。试求上述两种情