化工基础第章习题答案

化工基础第章习题答案 This manuscript was revised by the office on December 10, 2020.

第5章 传质过程及塔设备 气体的吸收

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 ..020251102

y Y y ===--． 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 /311017n kmol -=⨯

溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯

溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982

n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218

s

s c x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算

或 ..00105001061100105

x X x ===--． 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 (1110101111101)

y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 ...22200111=0010981100111Y y Y =

=++ 00g 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/.//1170010511710018

x ==+ 气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝

亨利系数 *./.0798*******E p x ===／

液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982

n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../()3058107980728H c p kmol m kPa ===⋅

液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018

x ==+．／ 气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／

相平衡常数 * (079807610000105)

y m x ===⨯ 或 //.76100076m E p ===

5. 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。试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧空气中氧的体积分数为21%.

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 kPa =⨯

(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

*. ..62602110132564210 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

.39997kg m ρ=／ 故 1kmol 水溶液≈.3189997m ／水

即 .3189997

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

*(..)(.).5432

021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／ 溶液 7. 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%，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 ∆=-=-=

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 =⨯。试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明CO 2在两种情况下属于吸收还是解吸。

解 温度25℃t =，水的密度为/3s 997kg m ρ=

混合气中CO 2的分压为50p kPa = 水溶液的总浓度/39718

s

s c kmol m M ρ≈=水溶液 (1) 以气相分压差表示的吸收推动力

①液相中CO 2的浓度

.32001 A c kmol CO m =／水溶液 液相中CO 2的摩尔分数././4001=180********

A x c c -==

⨯ 与液相平衡的气相平衡分压为 气相分压差表示的推动力 *503020p p p kPa ∆=-=-=（吸收）