第五章吸收作业答案 -

6－3. 进入吸收器的混合气体中，NH3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

原料气中的溶质量Y1Y1解：

∵ 混合气体中组分的摩尔分率=体积分率

∴ Y1?y10.1??0.111 1?y11?0.1Y2 Y1又 ∵??1? ∴ Y2?Y1(1??)?0.111?(1?0.9)?0.0111 y2?

7. 温度为20℃，总压为0.1MPa时，co2水溶液的相干衡常数为m=1660。当总压为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：

Y20.0111??0.011 1?Y21?0.0111E(E在一定温度下不变) p ∴20℃,总压为0.1MPa时

E?mp?1660?0.1?166(MPa) ∴20℃,总压为1MPa时

E166 m???166(MPa)

P1∵m?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100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率[kmol/(m2?s]。

解:

查表得: 25℃时,水的饱和蒸气压p?A?3.168kPa 水在空气中的分子扩散系数

空气（25℃，101.325kPa）

D?0.256cm2?s??0.256?10?4m2/s

扩散距离为Z?100mm?0.1m NA?

Dp?(pA1?pA2) RTZpBm1

∵ pA1?p? ； pA1?p? AA pB1?p?p?.325?3.168?98.157(kPa) A?101pB2?p?101.325(kPa)

∴ pBm?pB2?pB1plnB2pB1

p?(p?p?A)?plnp?p?A101.325?(101.325?3.168)?ln101.325101.325?3.168?99.733(kPa)NA?Dp?(pA1?pA2)RTZpBm0.256?10?4101.325??(3.168?0) 8.315?298.15?0.199.733?3.32?10?7(kmol.(m2?s)

12. 水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A,吸收塔某截面上,气相主体中溶质A的分压为5kPa,液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数kY?2.5?10?5kmol/(m2?s)，液相传质系数kX?3.5?10?3kmol/(m2?s)。气液相平衡可用亨利定律表示，相平衡常数

m?0.7。总压为101.25kPa。试求：（1）气相总传质系数KY，并分析吸收过程是气膜控

制还是液膜控制；（2）试求吸收塔该截面上溶质A的传质速率NA。

解：

依题意得： （1）∵

11m ??KYkYkXKY?11m?kYkX1

∴

?10.7?2.5?1053.5?10?3?2.487?10?5[kmol/(m2?s)]∵KY?kY?2.5?10?5[kmol/(m2?s)]

2

∴该吸收过程为气膜控制

（2）∵Y?pA5??0.052

p?pA101.325?5 X?xA0.015??0.0152 1?xA1?0.015Y??mX?0.7?0.0152?0.011

∴该截面溶质A的传质速率为：

NA?KY(Y?Y?)

?2.187?10?5?(0.052?0.011) ?1.02?10?6[kmol/(m2?s]14. 从矿石焙烧炉送出的气体，含体积分数9%的SO2，其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO2的95%。吸收塔的操作温度为30℃，压力为lOOkPa。每小时处理的炉气量为1000m2 (30℃、lOOkPa时的体积流量)，所用液—汽比为最小值的

1.2倍．求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。 平衡关系数据为 液相中溶解度SO27.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1 /kg(SO2)?[100kg(H2O)]?1 气相中SO2平衡分压/kPa 91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63 解：

依题意得：

Y1?y10.09??0.0991?y11?0.09

Y1?(1??)Y2?(1?095)?0.099?0.00495G?1000273.15100???(1?0.09) 22.4173.15?30101.325?36.13(kmol/h)进吸收塔时SO2的分压为：

p1?py1?100?0.09?9(kPa)

1.0?0.51.0?A ?10.5?4.810.5?93

由平衡关系内插得溶液可求得平衡溶度A：

A?0.868?10?2kgSO2/100kgH2o

?换算为摩尔比得：X1?0.86818??2.44?10?3 10064Y?YL()min?1?2GX10.099?0.00495

2.44?10?3?38.55?LL()?1.2?()min?1.2?38.55?46.26 GG每小时用水量为：

LL?G?1.2?()minG?36.13?46.26?1671.38(kmol/h) ?1671.38?18(kg/h)?30084(kg/h)∵ ()?LGY1?Y2 X1∴ 出塔时水溶液组成为：

X1?Y1?Y20.099?0.00495??2.03?10?3 L46.26G15.在一吸收塔中，用清水在总压0.1MPa、温度20℃条件下混合气体中的CO2，将其组成从2％降至0.2％(摩尔分数)。 20℃时CO2水溶液的亨利系数E?144MPa。吸收剂用量为最小用量的1.2倍试求：(1)液-汽比L/G及溶液出口组成X1；(2)总压改为1MPa时的L/G及X1。

解：

4

（1）总压力=0.1MPa时

∵Y1?y10.02??0.0204 1?y11?0.02Y2?y20.01%??0.001 1?y21?0.01%x2?0

E144??1440 p0.1m?∴()min?LGY1?Y20.0204?0.001??1643.3

Y1m?X20.02041140?0又∵

LY1?Y2? GX1?X2Y1?Y20.0204?0.001??1.18?10?5 LG1643.3∴X1?（2）总压p??1MPa?10p时

由（1）中可得以下关系：

LL()??10() GG?X1?10X1?10?1.18?10?4

18. 气体混合物中溶质的组成 Y1?0.02(摩尔比)，要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为Y??1.0X。试求：（1）下列3种情况下的液相出口组成X1与气相总传质单元数NOG（利用图5-23）并进行比较，用推动力分析NOG的改变(3种情况的溶质回收率均为99％)。

①入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G?2；

2入塔液体为纯吸收剂，液-气比L/G?1.2； ○

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