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 ..020251102y 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*******／18x =+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==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 //1170010610018X ==．或 ..00105001061100105x 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122111Y Y Y Y Y η-===-被吸收的溶质量原料气中溶质量解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 ()...211109011100111Y Y η=-=-⨯=（）摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y 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/.//1170010511710018x ==+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 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../()3058107980728H c p kmol m kPa ===⋅ 液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (0798)07610000105y m x ===⨯ 或 //.76100076m 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 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 331310A 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.3189997m 水中最大可能溶解.664210kmol -⨯氧故 31m 水中最大可能溶解的氧量为 (642642109997)3571018kmol O --⨯⨯=⨯...4222357103211410O 114O kg g --⨯⨯=⨯=(2) 利用亨利定律*AA c p H=计算 () (536)9997== 167610／33131018s sH kmol m kPa EM ρ-≈⨯⋅⨯⨯ 31m 水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).5432021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==⨯⨯=⨯／ 溶液 ...4222357103211410114kg O g O --⨯⨯=⨯=【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 *..20300150038180A p x E ⨯===3NH 水溶液的总浓度 ./3998218s s c kmol m M ρ≈= 水溶液中3NH 的最大浓度 .99820038118A c cx ==⨯． ./33211kmol NH m =溶液 (2) 利用亨利定律*AA c p H=计算 .,3998280==0．693 kmol/(m kPa)8018s sE kPa H EM ρ=≈⋅⨯ ()*(.)..3320300150693211 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.''01= 1660=1661p m mp =⨯ 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/39718s sc 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*...55416621016621018051030p x kPa -=⨯=⨯⨯⨯=气相分压差表示的推动力 *503020p p p kPa ∆=-=-=（吸收） ② 液相中CO 2的浓度30.05kmol m ／A c =水溶液液相中CO 2的摩尔分数40.05/9.02710997/18A x c c -===⨯与液相平衡的气相平衡分压为*...554166210166210902710150p x kPa -=⨯=⨯⨯⨯=气相分压差表示的推动力 *15050100p p p kPa ∆=-=-= （解吸） (2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相250CO p kPa =分压平衡的液相组成为 *..5550166210166210p x ==⨯⨯ 平衡的液相浓度①液相中CO 2的浓度./32001 A c kmol CO m =水溶液 液相浓度差表示的推动力为* (3)001666001000666kmol ／m A A c c c ∆=-=-= （吸收）②液相中CO 2的浓度320.05 CO /A c kmol m =水溶液 液相浓度差表示的推动力为*.../300500166600333A A c c c kmol m ∆=-=-= （解吸）吸收过程的速率【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气(温度25℃，总压101.325kPa)流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00mm 。

试计算在稳定状态下的汽化速率，()2kmol m s ⋅／。

解 25℃时水的饱和蒸气压为.32895kPa从教材表5-2中查得，25℃，.101325kPa 条件下，H 2O 在空气中的分子扩散系数././2420256025610D cm s m s -==⨯。

扩散距离.m 10001Z mm ==，总压101.325 p kPa = 水表面处的水汽分压 .132895A p kPa = 空气分压 ..1110132532895B A p p p =-=- .9804 kPa =管上口处有大量干空气流过，水汽分压20A p = 空气分压.2101325B p kPa = 空气分压的对数平均值为习题5-10附图...ln ln.2121328959981013259804B B Bm B B p p p kPa p p -=== 水的汽化速率 ()12A A A BmD pN p p RTZ p =⨯⨯- ()()..../ (47202561010132532895034510831429801998)kmol m s --⨯=⨯⨯-=⨯⋅⨯⨯【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为.101325kPa 条件下，测定CCl 4蒸气在空气中的分子扩散系数。