化工熱力學(xué)(下冊)第二版 夏清 第2章 吸收答案

1、Rupture9第二章 吸收1. 從手冊中查得101.33 KPa、25 時，若100 g水中含氨1 g，則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987 KPa。已知在此組成范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)H (kmol/ (m3·kPa)及相平衡常數(shù)m。解：（1） 求由.求算.已知：.相應(yīng)的溶液濃度可用如下方法算出：以水為基準(zhǔn)，因為溶液很稀.故可近似認(rèn)為其密度與水相同.并取其值為.則：(2). 求.由 2. 101.33 kpa、10 時，氧氣在水中的溶解度可用pO2=3.31×106x表示。式中：PO2為氧在氣相中的分壓，kPa、x為氧在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。試求在此溫度及壓

2、強下與空氣充分接觸后的水中，每立方米溶有多少克氧。解： 氧在空氣中的摩爾分?jǐn)?shù)為.故：因值甚小，故可以認(rèn)為即：所以：溶解度3. 某混合氣體中含有2%(體積)CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30 ，總壓強為506.6 kPa。從手冊中查得30 時CO2在水中的亨利系數(shù)E=1.88x105 KPa，試求溶解度系數(shù)H (kmol/（m3·kPa、）)及相平衡常數(shù)m，并計算每100克與該氣體相平衡的水中溶有多少克CO2。解：(1). 求由求算.(2). 求(1) 當(dāng)時.水溶解的(2) (3)因很小，故可近似認(rèn)為故克水中溶有4在101.33 kPa、0 下的O2與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子

3、擴散過程。已知相距0.2 cm的兩截面上O2的分壓分別為13.33 kPa和6.67 kPa，又知擴散系數(shù)為0.185 cm2/s，試計算下列兩種情況下O2的傳遞速率，kmol/(m2·s)：(1) O2與CO兩種氣體作等分子反向擴散。(2) CO氣體為停滯組分。解： （1） 等分子反向擴散時的傳遞速率：（2） 通過停滯的擴散速率 5 一淺盤內(nèi)存有2 mm厚的水層，在20 的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴散到大氣中。假定擴散始終是通過一層厚度為5 mm的靜止空氣膜層，此空氣膜層以外的水蒸氣分壓為零。擴散系數(shù)為2.60×10-5 m2/s，大氣壓強為101.33 KPa。求蒸干水層所

4、需的時間。解： 這是屬于組分通過停滯組分的擴散。已知擴散距離（靜止空氣膜厚度）為.水層表面的水蒸氣分壓的飽和水蒸氣壓力為.靜止空氣膜層以外;水蒸氣分壓為單位面積上單位時間的水分蒸發(fā)量為故液面下降速度：水層蒸干的時間： 6. 試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0 、101.33 kPa時氨和氯化氫在空氣中的擴散系數(shù)D (m2/s)，并將計算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比較。 解：(1). 氨在空氣中的擴散系數(shù).查表知道，空氣的分子體積：氨的分子體積：又知則時，氨在空氣中的擴散系數(shù)可由式計算.(2) 同理求得7. 在101.33 kPa、27 下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中的組成

5、都很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.955 kmol/(m3·kPa)，氣膜吸收系數(shù)kG=1.55×10-5 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù)kL=2.08×10-5 kmol/(m2·kmol/m3)。試求總吸收系數(shù)KG，并算出氣膜阻力在總阻力中所占百分?jǐn)?shù)。解： 總吸收系數(shù)氣膜助在點助中所占百分?jǐn)?shù).8. 在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇，操作溫度27 ，壓強101.33 KPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5 kPa，液相中甲醇組成為2.11 kmol/m3。試根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)算出該截

6、面上的吸收速率。解： 吸收速率由上題已求出又知：則該截面上氣相甲醇的平衡分壓為則 9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 下用清水吸收混合氣中的H2S，將其組成由2%降至0.196 (體積)。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)E=5.52×16 kPa。若取吸收劑用量為理論最小用量的12倍，試計算操作液氣比及出口液相組成若壓強改為1013 kPa，其他條件不變，再求手及解： （1） 求下，操作液氣比及出口液相組成。最小液氣比操作液氣比為出口液相濃度（2） 求下的操作液氣比及出口液組成則：出口液相組成：11. 在101.33 kPa下用水吸收據(jù)于空氣中的氨。已知氨的摩爾分?jǐn)?shù)

7、為0.1，混合氣體于40 下進入塔底，體積流量為0.556 m3/s，空塔氣速為1.2 m/s。吸收劑用量為理論最小用量的1.1倍，氨的吸收率為95%，且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)的平均值為0.1112。在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為，試求塔徑及填料層高度。解：塔截面積：塔徑：又知：則：塔上填料層高度：12在吸收塔中用清水吸收混合氣中的SO2，氣體流量為5000 m3(標(biāo)準(zhǔn))/h，其中SO2占10%，要求SO2回收率為95%。氣、液逆流接觸，在塔的操作條件下SO2在兩相間的平衡關(guān)系近似為。試求：(1) 若取用水量為最小用量的15倍，用水量應(yīng)為多少?(2) 在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板

8、數(shù);(3) 如仍用(2)中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從95%提高到98%，用水量應(yīng)增加到多少?解：（1） 求用水量：（2） 求理論板數(shù) 梯級圖解法在直角坐標(biāo)圖中給出平衡線及操作線由圖中點開始在操作線與平衡線之間畫梯級得理論板層數(shù) 用克列姆塞爾算圖則相對回收率在理論最小用水量下，J據(jù)此查圖得： 而查圖（或由式計算）可知當(dāng)：時兩種方法解得的結(jié)果相同。（3） 求時所需增加的水量用克列姆塞爾法估算，已知：據(jù)此查圖得.則：故需要增加的用水量13. 在一個接觸效能相當(dāng)于8層理論塔板的篩板塔內(nèi)，用一種摩爾質(zhì)量為250、密度為則900 kg/m3的不揮發(fā)油吸收捏于空氣中的丁燒。塔內(nèi)操作壓強為101.33 k

9、Pa，溫度為15 ，進塔氣體含丁烷5%(體積)，要求回收率為95%。丁烷在15 時的蒸氣壓強為194.5 kPa，液相密度為58O kg/m3假定拉烏爾定律及道爾頓定律適用，求：(1) 回收每1 m3丁烷需用溶劑油多少(m3)?(2) 若操作壓強改為304.O kPa，而其他條件不變，則上述溶劑油耗量將是多少(m3)?解： (1). 由拉烏爾定律.由于為低組成吸收，可以認(rèn)為由克列姆塞爾方程得到：解得：由此可知，每回收丁烷所需純?nèi)軇┯蛿?shù)量為丁烷的摩爾質(zhì)量為.則回收每液體丁烷所需溶劑油的體積為(2). 若則：因為故(條件未變，仍用上法求得) 14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇膠水溶液吸收混于氣態(tài)烴中

10、的H2S，進塔氣相含H2S 2.91%(體積)，要求吸收率不低于99%，操作溫度300 K，壓強為101.33 kPa，平衡關(guān)系為，進塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S組成為0.013 kmol(H2S)/kmol(溶劑)。已知單位塔截面上單位時間流過的惰性氣體量為0.015 kmol/(m2·s)，氣相體積吸收總系數(shù)為0.000395 kmol/(m3·s·kPa)，求所需填料層高度。解：已知：則：又知：15有一吸收塔，填料層高度為3 m，操作壓強為101.33 KPa，溫度為20 ，用清水吸收棍于空氣中的氨?；旌蠚赓|(zhì)量流速G=58O kg/(m2·h

11、)，含氨6%(體積)，吸收率為99%;水的質(zhì)量流速W=770 kg/(m2·h)。該塔在等溫下逆流操作，平衡關(guān)系為。KGa與氣相質(zhì)量流速的0.8次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無關(guān)。試計算當(dāng)操作條件分別作下列改變時，填料層高度應(yīng)如何改變才能保持原來的吸收率(塔徑不變)：(1) 操作壓強增大一倍;(2) 液體流量增大一倍;(3) 氣體流量增大一倍。解： 已知混合氣體的平均摩爾質(zhì)量（1） 由于故故：填料層高度比原來減少了（2） （計算過程同（1）.液體流速的增加對無顯著影響.則：即所需填料層高度較原來減少了(3)氣體質(zhì)量流速增大時，總吸收系數(shù)相應(yīng)增大.即所需填料層高度較原來增加 16. 要在一個板式塔中用清水吸收混于空氣中的丙醇蒸氣?；旌蠚怏w流量為30 kmol/h，其中含丙醇1%(體積)。要求吸收率達到90%，用水量為90 kmol/h。該塔在101.33 KPa、27 下等溫操作，丙醇在氣、液兩相中的平衡關(guān)系為，求所需理論板數(shù)。解：由題意知則：又因為.則：第三章2. 解：(1) 塔徑兩種填料的值如下.陶瓷拉西環(huán)(亂堆)：陶瓷拉西環(huán)(亂堆)：比較兩種填料的值可知，小填料的泛點氣速應(yīng)比大填料的低，故應(yīng)接小填料計算塔徑.由圖中的亂堆填料泛點線查得故：塔徑：(