化学工程基础课后习题及答案

化学工程基础课后习题及答案

【篇一：化工基础第5章习题答案】

xt>5.2气体的吸收

1.空气和co2的混合气体中，co2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，y?0.2摩尔分数摩尔比 y?

y0.2

0．25 1?y1?0.2

2. 20℃的l00g水中溶解lgnh3, nh3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x?

1/17

=0．0105

1/17?100／18

浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度?s?998.2kg/m3代替。溶液中nh3的量为 n?1?10?3/17kmol 溶液的体积

v?101?10?3/998.2 m3

n1?10?3/17

溶液中nh3的浓度c?==0．581kmol／m3 ?3

v101?10/998.2

99.82csx0．010?5．0kmol582／m3 或

ms18

nh3与水的摩尔比的计算 x?

1/17

0．0106

100/18

x0.0105??0．0106 1?x1?0.0105

或 x?

3.进入吸收器的混合气体中，nh3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时nh3的组成，以摩尔比y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为

y被吸收的溶质量y1?y2

1?2

原料气中溶质量 y1 y1

解原料气中nh3的摩尔分数y?0.1 摩尔比 y1?

y10.1

0.111 1?y11?0.1

吸收器出口混合气中nh3的摩尔比为

y2?(1??)y1?（1?0.9）?0.111?0.0111

摩尔分数 y2?

y20.0111

=?0.01098 1?y21?0.0111

4.l00g水中溶解lg nh3，查得20℃时溶液上方nh3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kmol/(m3?kpa)]和相平衡常数m。总压为100kpa。

解液相中nh3的摩尔分数x?

1/17

0.0105

1/17?100/18

0.798 kpa 气相中nh3的平衡分压 p*＝

亨利系数 e?p*／x?0.798/0.0105?76

n1?10?3/17

液相中nh3的浓度c0.581 kmol／m3 ?3

v101?10/998.2

3

*?05.81/0.79?8.0k7m28ol/(m?溶解度系数 h?c/p

kpa

液相中nh3的摩尔分数 x?

1/17

0．0105

1／17?100/18

／p?07.9／81 00气相的平衡摩尔分数 y*?p*

相平衡常数 m?

y*0.798??0.76 x100?0.0105

.0 76或 m?e/p?76/100

5. 10℃时氧在水中的溶解度表达式为p*?3.313?106x，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101.325kpa，温度为10℃时，1m3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p?101.325 kpa

空气中o2的压力分数 pa／p?体积分数?0.21 空气中o2的分压

p*a?0.21?101.325 kpa

e?3.313?106kpa 亨利系数

(1) 利用亨利定律p*a?ex计算

与气相分压pa?0.21?101.325kpa相平衡的液相组成为

p*0．21?101.325

x?a??6.42?106kmol o2／kmol溶液 6

e3.313?10

此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42?10?6kmol o2 因为溶液很稀，其中溶质很少

1kmol水溶液≈1kmol水=18 kg水

999.7kg／m3 10℃，水的密度

l／999.7m3水故 1kmo水溶液≈18

即

18

m3水中最大可能溶解6.42?10?6kmol氧 999.7

故 1m3水中最大可能溶解的氧量为 6.42?10?6?999.7

3.57104kmolo2

18

3.57?10?4?32?1.14?10?2kgo2?11.4go2

(2) 利用亨利定律p*a?

h?

ca

计算 h

s

ems

=

999.7

= 1.676?10?5kmol／?m3?kpa? 6

3.313?10?18

1m3水中最大可能溶解的氧量为

54

ca?p*／m3 溶液 ah?(0.21?101.325) (1.676?10)?3.57?10kmolo2 3.57?10?4?32?1.14?10?2kgo2?11.4go2

7. 用清水吸收混合气中的nh3，进入吸收塔的混合气中，含nh3体积分数为6%，吸

012kmol nh3／kmol水。此收后混合气中含nh3的体积分数为

0.4%，出口溶液的摩尔比为0．

物系的平衡关系为y*?0.76x。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y1?0.06，则y1?y1/?1?y1??0.06/0.94?0.0638 已知

y2?0.004，则y2?0.004/?1?0.004?=4.02?103 已知x1?0.012，则

y1*?0.76?0.012?0.00912 已知x2?0，则y2*?0

塔顶气相推动力?y2?y2?y2*=4.02?10?3

*

0.0638?0.009?12 0.0547塔底气相推动力 ?y1?y1?y1?

8.co2分压力为50kpa的混合气体，分别与co2浓度为

0.01kmol/m3的水溶液和co2浓度为0.05kmol／m3的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系p*?1.662?105xkpa。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co2在两种情况下属于吸收还是解吸。

解温度t?25℃，水的密度为?s?997kg/m3

混合气中co2的分压为p?50kpa 水溶液的总浓度c?

s

ms

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kmol/m3水溶液 18

(1) 以气相分压差表示的吸收推动力

ca?0.01kmol co2／m3水溶液①液相中co2的浓度

液相中co2的摩尔分数x?ca/c?与液相平衡的气相平衡分压为

0.01

=1.805?10?4

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p*?1.662?105x?1.662?105?1.805?10?4?30kpa

p?50?30?20kpa气相分压差表示的推动力 ?p?p?*（吸收）

②液相中co2的浓度ca?0.05kmol／m3水溶液液相中co2的摩

尔分数x?ca/c?与液相平衡的气相平衡分压为

p*?1.662?105x?1.662?105?9.027?10?4?150kpa

pp*p1*******kpa （解吸）气相分压差表示的推动力

0.05

9.027104

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