化工热力学（下册）第二版 夏清 第2章 吸收答案

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第二章 吸收

1. 从手册中查得101.33 KPa、25 ℃时，若100 g水中含氨1 g，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987 KPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m3·kPa))及相平衡常数m。 解：（1） 求H 由PNH3??CNH3H.求算.

已知：PNH3??0.987kPa.相应的溶液浓度CNH3可用如下方法算出：

以100g水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为

1000kg/m3.则：

1/17?0.582kmol/m3100?1 10000.582?H?CNH3/PNH3???0.590kmol/(m3?kPa)0.987CNH3?yNH3??mNH3xNH30.987?0.00974P101.33(2). 求m.由 1/17xNH3??0.01051/17?100/180.00974m?yNH3?/xNH3??0.9280.0105 2. 101.33 kpa、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用pO2=3.31×106x表示。式中：PO2为氧在气相中的分压，kPa、x为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。

解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故：

yNH3???PNH3?PO2?PyO2?101.33?0.21?21.28kPa 21.28?6xO2???6.43?103.31?1063.31?106PO2因xO2值甚小，故可以认为X?x 即：XO2?xO2?6.43?10?6

?g(O)?6.43?10?6?32?1.14?10?5kg(O2)/kg(H2O)?11.4?32? 所以：溶解度?1?18?m(H2O)?Rupture9

3. 某混合气体中含有2%(体积)CO2，其余为空气。混合气体的温度为30 ℃，总压强为506.6 kPa。从手册中查得30 ℃时CO2在水中的亨利系数E=1.88x105 KPa，试求溶解度系数H (kmol/（m3·kPa、）)及相平衡常数m，并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO2。

解：(1). 求H由H??EMH2O求算.

H??EMH2O?1000?43?2.955?10kmol/(m?kPa) 51.88?10?18(2). 求m

1.88?105m???371

?506.6E(1) 当y?0.02时.100g水溶解的CO2 (2)

PCO2??506.6?0.02?10.13kPa(3)

10.13?5x???5.39?105E1.88?10PCO2?因x很小，故可近似认为X?x

?kmol(CO2)?44?kg(CO2)??5X?5.39?10?5??5.39?10?()???kmol(HO)18kg(HO)?2??2??kg(CO2)??1.318?10?4???kg(H2O)?

故100克水中溶有CO20.01318gCO2

4．在101.33 kPa、0 ℃下的O2与CO混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知相距0.2 cm的两截面上O2的分压分别为13.33 kPa和6.67 kPa，又知扩散系数为0.185 cm2/s，试计算下列两种情况下O2的传递速率，kmol/(m2·s)： (1) O2与CO两种气体作等分子反向扩散。 (2) CO气体为停滞组分。

解： （1） 等分子反向扩散时O2的传递速率：

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D(PA1?PA2)RTZD?0.185cm2/s?1.85?10?5m2/s.T?273KNA?P?101.325kPa.Z?0.2cm?2?10?3mPA1?13.33kPa.PA2?6.67kPa1.85?10?5?52?NA??(13.33?6.67)?2.71?10(kmol/m?s)?38.314?273?2?10

（2） O2通过停滞CO的扩散速率

DPDPPB21.85?10?5?101.33101.33?6.67NA?(PA1?PA2)?ln?lnRTZPBmRTZPB18.314?273?2?10?3101.33?13.33 ?3.01?10?5kmol/m2?s 5． 一浅盘内存有2 mm厚的水层，在20 ℃的恒定温度下逐渐蒸发并扩散到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5 mm的静止空气膜层，此空气膜层

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以外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.60×10m/s，大气压强为101.33 KPa。求蒸干水层所需的时间。

解： 这是属于组分(A)通过停滞组分的扩散。

已知扩散距离（静止空气膜厚度）为Z?5?10?3m.水层表面的水蒸气分压(20C)的饱和水蒸气压力为PA1?2.3346kPa. 静止空气膜层以外;水蒸气分压为PA2?0

D?2.6?10?5m2/s.P?101.33kPa.T?273?20?293K 单位面积上单位时间的水分蒸发量为

PB2DPDP2.6?10?5?101.33101.33NA?(PA1?PA2)?ln?lnRTZPBmRTZPB18.314?293?5?10?3101.33?2.3346 ?5.03?10?6kmol/(m2?s)故液面下降速度：

d?NA?MA5.03?10?6?18???9.07?10?8m/s d??L998.2水层蒸干的时间：

h5?10?3????2.205?104s?6.125h ?8dh/d?9.07?10 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0 ℃、101.33 kPa时氨和氯化氢在空气中的扩散系数D (m2/s)，并将计算结果与表2-2中的数据相比较。

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解：(1). 氨在空气中的扩散系数. 查表2.4知道，空气的分子体积：

VB?29.9cm3/mol 氨的分子体积：

VA?25.8cm3/mol

又知MB?29g/mol.MA?17g/mol

则0C.101.33kPa时，氨在空气中的扩散系数可由MaxweaGilliland式计算.

DNH3114.36?10?5?(273)3/2?(?)1/2?521729??10614?10m/s 1/31/3101.33???(25.8)?(29.9)??(2) 同理求得

DHCl?1.323?10?5m2/s

7. 在101.33 kPa、27 ℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的组成都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H=1.955 kmol/(m3·kPa)，气膜吸收系数kG=1.55×10-5 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=2.08×10-5 kmol/(m2·kmol/m3)。试求总吸收系数KG，并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。 解： 总吸收系数

KG?111?kGHkC?111?1.55?10?51.955?2.08?10?5?1.122?10?5kmol/(m2?s?kPa)

气膜P助在点P助中所占百分数.

1/kG1.122??72.3

1/kG?1/HkC1.558. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇，操作温度27 ℃，压强101.33 KPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为5 kPa，液相中甲醇组成为2.11 kmol/m3。试根据上题中的有关数据算出该截面上的吸收速率。

解： 吸收速率NA?KG(PA?PA?) 由上题已求出kG?1.122?10?5kmol/(m2?s?kPa) 又知：H?1.955kmol/(m3?kPa)

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则该截面上气相甲醇的平衡分压为

PA??C/H?2.11/1.955?1.08kPa.PA?5kPa.

则

NA?1.122?10?5?(5?1.08)?4.4?10?5kmol/(m2?s)?0.1583kmol/(m?h)2

9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 ℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其组成由2%降至0.196 (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数

LE=5.52×16 kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的12倍，试计算操作液气比VL及出口液相组成X1若压强改为1013 kPa，其他条件不变，再求V手及X1

解： （1） 求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成。

E5.52?104m???545.P101.33y0.02Y1?1??0.02041?y11?0.02 Y2?y20.001??0.0011?y21?0.001X2?0Y?YL0.0204?0.001最小液气比()min?12??518.

YV0.0204/5451?X2mLL操作液气比为?1.2?()min?1.2?518?622.

VV出口液相浓度

X1?X2?V(Y1?Y2)L1?0??(0.0204?0.001)?3.12?10?5622

（2） 求1013kPa下的操作液气比及出口液组成

E5.52?104m???545. P1013则：

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