化工原理第六章吸收习题答案解析

等于水扩散出管口的量，即
N A Ad
M
AdZ
则 dZ N AM 5.03 10 6 18 9.054 10 8 m / s
d
1000
在 0， Z 0 到 0， Z 2103m 之间积分，得
2 10-3 9.054 10-8
2.21104 s
6-6 含组分 A 为的混合气，用含 A 为（均为摩尔分数）的液体吸收其中的 A。
解
根据定义式 N A KG
pA p*A
K L c*A cA
和
p
* A
c*A H
，可知
KL
1 H
KG
所以只要求出 KG 即可。又
1 KG
1 kG
1 Hk L
1 5.67 10-5
1
1.98 10-3 0.075
17637
6734
24371
所以
KG 4.110-5 kmol / m2 • h • Pa
3.347104 kmol/
kPa• m3
所以得
c* CO2
HCO2
pCO2
3.347104 50 0.0167kmol/ m3
于是：（1）为吸收过程， c 0.0067kmol/ m3 。
（2）为解吸过程， c 0.0333kmol/ m3 。
分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时：
1000 kg / m3 ）
解：（1）根据已知条件
定义
p* NH3
987Pa
cNH 3
1/17 101/1000
0.5824kmol/ m3
p* NH 3
cNH3
H NH3
HNH3 cNH3 pNH3 5.9104 kmol/ m3 • Pa
（2）根据已知条件可知
根据定义式
1/17
xNH 3
操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的， 但吸收率不是最高。
6-7 用水吸收气体中的 SO2 ，气体中 SO2 的平均组成为(摩尔分数)，水中 SO2 的 平 均 浓 度 为 1g/1000g 。 塔 中 操 作 压 力 为 ( 表 压 ) ， 现 已 知 气 相 传 质 分 系 数 kG =×10-2kmol/（m2·h·kPa），液相传质分系数 kL = m/h。操作条件下平衡关 系 y 50x 。求总传质系数 KY（kmol/（m2·h））。 解 根据
1/17 100/18
0.0105
可得
p* NH3
ENH3 xNH3
ENH3 9.42104 Pa （3）根据已知条件可知
于是得到
y* NH 3
p* NH 3
/
p
987/101325 0.00974
mNH3
y* NH3
xNH3 0.928
（ 4 ） 由 于 H 和 E 仅 是 温 度 的 函 数 ， 故 H NH 3 和 ENH3 不 变 ； 而
KL 0.02m / h
因为 1 为气相阻力， 1 为总阻力，故
kG
KG
气相阻力 总阻力 17637 24371 72.4%
分析 此题应和题 6-9 一起综合考虑。
6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为 27℃，压强为 ×105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为，液相中甲醇浓度 为 m3。试根据题 6-8 中有关数据计算出该截面的吸收速率。
y
* A
mx A
56
0.001
0.056
由于 y*A yA ，所以将发生解吸过程。传质推动力为
y 0.056 0.03 0.026
(2 ) T = 15℃时 , SO2 的 E 0.294104 kPa，故
根据相平衡关系 , 得
m E 0.294 104 29 P 101 .3
y
此时 , 吸收率为
E 0.11 0.03 72.7% 0.11
② 当 L V 1.5 m 1 ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9 图
(b))， Y2min Y2* mX 2 0.01 。仍可以根据物料衡算 LX1 X 2 V Y1 Y2min ，
求出
X1 0.077 E 0.11 0.01 90.9%
0.11 (2) 并流操作且 L V 0.8 时(题 8-9 图(c))，因为 H ，所以有
根据操作线关系,有
Y1 mX 1
式①，②联立，求得:
Y2 Y1 L X2 X1 V
X1 Y1 0.0655
于是
E 0.11 0.0655 40.5% 0.11
分析 逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡； 此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。
8.314 298
8.314 298
分析 (1) 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。此 处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为 衡算的基准。
(2) 本题是并流还是逆流 有区别吗
(3) 如何才能不断移走热量 该用填料塔还是板式塔
(4) 不移走热量对吸收有什么影响
解 惰性气体量 V 1000 0.88 880m3 ，进口中 NH3 之量为120m3 ,出口中 NH3 之
量为120 0.01 0.99 9m3 ,于是总出气量= 880 + 9 = 889m3 ,被吸收的 NH3 量为 0.12 0.88
0.121000101325 - 0.01 889101325 4544mol ,为 。
* A
mx A
29
0.001
0.029
由于 y*A yA ，所以将发生吸收过程。 传质推动力为
y 0.03 0.029 0.001 (3)同理可知 , 当 T = 35℃，p = 300 kPa 时 , E 0.567104 kPa，故 m E 18.9
P y*A mx A 18.9 0.001 0.0189
由于 y*A yA ，所以将发生吸收过程。推动力为
示意图见题 6-3 图。
y 0.03 0.0189 0.0111
题 6-3 图
分析 体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变 ,即吸收和解 吸。
6-4 氨-空气混合气中含氨(摩尔分数)，在常压和 25℃下用水吸收，过程中不 断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为 1000 m3 ，出口气体中含氨(摩尔 分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(m3) 。
压为 kPa，t=35℃； (2) 气液组成及总压同(1) ，t=15℃； (3) 气液组成及温度同(1) ，总压为 300 kPa(绝对压力)。
解 (1) 根据《化工原理》教材中表 8-1 知 T = 35℃时，SO2 的 E 0.567104 kPa, 故
根据相平衡关系 , 得
m E 0.567 104 56 P 101 .3
①
p* CO2
cCO2 H CO2
0.01 3.347 104
29.9kPa
推动力
p 20.1kPa（吸收）
②
p* CO2
cCO2 H CO2
0.05 3.347 104
149.4kPa
推动力
p 99.4kPa（解吸）
或者 , 用摩尔分数差表示时
①
由
xCO2
0.01 1000
1.8104
6-1 已知在 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨 1 g 的溶液上方的平衡氨
气分压为 987 Pa。试求：
(1) 溶解度系数 H (kmol·m-3·Pa-1)；
(2) 亨利系数 E(Pa)；
(3) 相平衡常数 m；
(4) 总压提高到 200 kPa(表压)时的 H，E，m 值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为
6-5 一浅盘内存有 2mm 厚的水层，在 20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到 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×10-5m2/s，大气压强为×105Pa。求蒸干水层所 需时间。
解：本题中水层 Z 的变化是时间 的函数，且与扩散速率有关。
解 吸收速率可以用公式 N A KG p p* 求出。其中
p 5.07kPa
p*
c
2 10 3
1.023 10 3 kPa
H 1.955
KG
1
1 kG 1 HkL
1 1.55105
1
1.955
1 2.08
105
1.12105 kmol/ m2 • s • kPa
代入上式得：
NA
DP RTZ
pA1 pB1
pA2 pB2
ln
pB2 pB1
2.6010-5 101.3 101.3 0 101.3
ln
8.314 293 0.005 101.3 98.97 98.97
5.0310-6 kmol/ m2 • s
水的摩尔质量 M 18kg / kmol，设垂直管截面积为 A，在 d 时间内汽化的水量应
已知 A 在气、液两相中的平衡关系为 y x ，液气比为，求：
(1)
逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少此时的吸收率是多少若
L G
1.5
，各
量又是多少分别在 y-x 图上表示；
(2) 若改为并流操作，液体出口最高组成是多少此时的吸收率又是多少
解 (1) 逆流操作(题 6-6 图(a))时，已知
题 6-6 图
NA KY Y Y*
KY
1
y
y
1
y* y
*