第五章吸收课后习题答案

第五章 吸收课后习题答案

一、 填空

1.减小；靠近。

2.不变；增加。

3.对数平均推动力法；脱吸因数法。

4.气；液；吸收；液；气；解吸

5. 散装填料 二、选择

1. B ；

2.A ；

3.C ；

4.D ；

5.A ． 三、计算题

相组成的换算

【5-1】在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数，下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.17%，试计算进、出塔气体中氨的摩尔比Y 1、Y 2。

解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数1y 和2y 。

0903.029/945.017/055.017

/055.01=+=

y

0029

.029/9983.017/0017.017

/0017.02=+=y

进、出塔气体中氨的摩尔比1Y 、2Y 为

10.09030.0993

10.0903

Y =

=-

0029.00029

.010029

.02=-=

Y

气液相平衡

【5-2】 某系统温度为10℃，总压101.3kPa ，试求此条件下在与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气？（已知10℃时，氧气在水中的亨利系数E 为3.31×106kPa 。）

解：由于s

s

EM H

ρ≈

，所以

34-6

A A m /kmol 1057.318

1031.327

.211000⨯=⨯⨯⨯=

=

=*

s

A

s EM p Hp c ρ

故 m A =3.57×10-4×32×1000=11.42 g/m 3

【5-3】 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。

解：水溶液中氨的摩尔分数为

76.6

170.07576.61000

1718

x ==+ 由

*p Ex =

亨利系数为

*15.0kPa 200.00.075

p E x =

==kPa

相平衡常数为

t 200.0 1.974101.3

E m p =

== 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 ℃时水的密度为

992.2ρ=kg/m 3

溶解度系数为

kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 18

0.2002

.99233S

⋅=⋅⨯=

=

EM H ρ

【5-4】 在101.3kPa ，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为：y ＊

=0.94x ，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成x A =0.05的氨水接触，确定过程的方向。若含氨0.02摩尔分数的混合气和x A =0.05的氨水接触，又是如何?

解：用相平衡关系确定与实际气相组成 y=0.094成平衡的液相组成

94.0/*y x ==0.094/0.94=0.1

由于x A =0.05

若含氨0.02摩尔分数的混合气和x A =0.05的氨水接触，则

021.094.0/02.094.0/*===y x

*A x x >

所以，气液相接触时，氨由液相传质进入气相，发生解吸过程。

吸收速率

【5-5】 在温度为20℃、总压为101.3kPa 的条件下，CO 2与空气混合气缓慢地沿着Na 2CO 3溶液液面流过，空气不溶于Na 2CO 3溶液。CO 2透过1mm 厚的静止空气层扩散到Na 2CO 3溶液中，混合气体中CO 2的摩尔分率为0.2，CO 2到达Na 2CO 3溶液液面上立即被吸收，故相界面上CO 2的浓度可忽略不计。已知温度20℃时，CO 2在空气中的扩散系数为0.18cm 2/s 。试求CO 2的传质速率为多少？

解：已知：CO 2在空气中的扩散系数D =0.18cm 2/s=1.8×10-5m 2/s 扩散距离z =1mm=0.001m ，气相总压p =101.3kPa

气相主体中溶质CO 2的分压p A1=py A1=101.3×0.2=20.27kPa 气液界面上CO 2的分压p A2=0

所以，气相主体中空气（惰性组分）的分压p B1=p －p A1=101.3－20.27=81.06kPa 气液界面上的空气（惰性组分）的分压p B2=p －p A2=101.3－0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为：

B1B2B1B2ln -p p p p p Bm =

kPa 8.9006

.813.101ln 06

.81-3.101==

代入

()A2A1A -p p p P

RTZ D N Bm

=

得：

()()

0 -100.27210

8.90103.10110120273314.8108.13

333-5-⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=A

N =0.167mol/(m 2·s) 【5-6】 在总压为100kPa 、温度为30℃时，用清水吸收混合气体中的氨，气相传质系数k G =3.84×10-6

kmol/(m 2·s·kPa)，液相传质系数k L =1.83×10-4 m/s ，假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律，测得液

相溶质摩尔分率为0.05，其气相平衡分压为6.7kPa 。求当塔内某截面上气、液组成分别为y =0.05，x =0.01时：(1)以p A -p A *、c A -c A *表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数；(2)分析该过程的控制因素。

解：（1）根据亨利定律kPa 13405

.07.6A ===*

x p E

相平衡常数34.1100

134===

p E m 溶解度常数4146

.018

1341000

s

s

=⨯=

=

EM H ρ

*

-A

A p p =100×0.05-134×0.01=3.66kPa G L G 111k Hk K +==2537972406171318010

86.311083.14146.0164=+=⨯+⨯⨯-- 6G 1094.3-⨯=K kmol/（m 2·s·kPa ）

)(A A G A *-=p p K N =3.94×10-6×3.66=1.44×10-5 kmol/（m 2·s ）

56.01000

/1899.001

.0A =⨯=

c kmol/m 3

A A c c -*=0.4146×100×0.05－0.56=1.513 kmol/m 3

m/s 105.94146

.01094.366G L --⨯=⨯==H K K

)(A A L A c c K N -=*

=9.5×10-6×1.513=1.438×10-5 kmol/（m 2·s ）

（2）与

*

-A

A p p 表示的传质总推动力相应的传质阻力为53797（m 2·s·kPa ）/ kmol ； 其中气相阻力为

131801

G

=k m 2·s·kPa/ kmol ；

液相阻力

2406171

L

=Hk m 2·s·kPa/ kmol ；

气相阻力占总阻力的百分数为

%8.94%100253797

240617

=⨯