化工原理第五章气体吸收答案

六 吸 收

浓 度 换 算

2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩 尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。

分 子 扩 散

2.2 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。

2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液 面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。

2.4 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质 阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。

2.5 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨 在气相中的组成ya=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数DG=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。

相 平 衡 与

六 吸 收

浓 度 换 算

2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的: (1)摩 尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。

分 子 扩 散

2.2 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。

2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液 面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为 7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。

2.4 浅盘内盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质 阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。

2.5 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔内某处，氨 在气相中的组成ya=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量NA = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数DG=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。

相 平 衡 与

六吸收

浓度换算

2.1甲醇15%(质量)的水溶液, 其密度为970Kg/m3, 试计算该溶液中甲醇的:

(1)摩尔分率; (2)摩尔比; (3)质量比; (4)质量浓度; (5)摩尔浓度。

分子扩散

2.2 估算1atm及293K下氯化氢气体(HCl)在(1)空气,(2)水(极稀盐酸)中的扩散系数。

2.3一小管充以丙酮,液面距管口1.1cm,20℃空气以一定速度吹过管口,经5 小时后液面下降到离管口2.05cm,大气压为750[mmHg],丙酮的蒸汽压为180[mmHg] , 丙酮液密度为7900[kg/m3],计算丙酮蒸汽在空气中的扩散系数。

2.4 浅盘盛水。水深5mm,在1atm又298K下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定传质阻力相当于3mm厚的静止气层,气层外的水蒸压可忽略,求蒸发完所需的时间。

2.5 一填料塔在常压和295K下操作，用水除去含氨混合气体中的氨。在塔某处，氨在气相中的组成y a=5%(摩尔百分率)。液相氨的平衡分压P=660Pa,物质通量N A = 10 - 4[kmol/m2·S],气相扩散系数D G=0.24[cm2/s],求气膜的当量厚度。

相平衡与亨利定律

2.6 温度为10℃的常压空气与水接触，氧在空气中的体积百分率为21

五 蒸馏习题解答

1解:

(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下: ∵xA=(p-pB0)/(pA0-pB0); yA=pA0×xA/p

以t=90℃为例,xA=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898 yA=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总: t℃ x y 4.612x/(1+3.612x) 80.02 1 1 1 90 0.6898 0.9150 0.9112 100 110 120 0.3777 130 0.0195 0.0724 131.8 0 0 0 0.4483 0.2672 0.1287 0.7875 0.6118 0.7894 0.6271 0.4052 0.0840 (2)用相对挥发度计算x-y值: y=αx/[1+(α-1)x]

式中α=αM=1/2(α1+α2) ∵α=pA0/pB0

α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974 ∴αM=1/2(α1

五 蒸馏习题解答

1解:

(1)作x-y图及t-x(y)图,作图依据如下: ∵xA=(p-pB0)/(pA0-pB0); yA=pA0×xA/p

以t=90℃为例,xA=(760-208.4)/(1008-208.4)=0.6898 yA=1008×0.6898/760=0.9150 计算结果汇总: t℃ x y 4.612x/(1+3.612x) 80.02 1 1 1 90 0.6898 0.9150 0.9112 100 110 120 0.3777 130 0.0195 0.0724 131.8 0 0 0 0.4483 0.2672 0.1287 0.7875 0.6118 0.7894 0.6271 0.4052 0.0840 (2)用相对挥发度计算x-y值: y=αx/[1+(α-1)x]

式中α=αM=1/2(α1+α2) ∵α=pA0/pB0

α1=760/144.8=5.249 ;α2=3020/760=3.974 ∴αM=1/2(α1

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

第五章 有毒有害气体吸收净化法

气体吸收 Gas Absorption

这一讲我们讨论吸收，什么叫吸收操作呢？做有机、无机 实验时，我们常用洗气瓶，洗去气体中的某个成份。如果要除去 含酸的气体，我们在洗气瓶中装上碱液。这就是吸收的例子。

切洋葱

家庭主妇切洋葱时，常拌有刺眼气体产生。为了减轻 刺眼伤害，常在旁边放一盆水，可以减轻眼伤害。这就是 刺眼气体溶解于水，这就是吸收。

开碳酸饮料

当我们打开碳酸饮料瓶口时，就有气体冲出。这是气 体的反溶解，这就是碳酸气的解吸。

焦化厂洗氨塔

在焦化厂，焦炉气中含有多种气体，如CO,CO2,H2,NH3,苯 等气体。工厂用清水喷淋溶解氨气，将氨气回收为氨水。这就 是吸收。这是工厂的氨洗塔。

第一节 吸收法概述一、吸收概念 利用适当液体吸收(溶解)气体混合物中的有关 组分(有的还发生化学反应),以分离气体混合 物的一种操作。气体吸收是混 合气体中某些 组分在气液相 界面上溶解、 在气相和液相 内由浓度差推 动的传质过程 。吸收剂 y x yi 气相扩散 液相扩散 气相主体 界面

相界面 xi

液相主体

气体

吸收质或溶质(solute):混合气体中的溶解

组分 惰性气体(inert

gas)或载体：不溶或难溶组

分 吸收剂(abs

第五章 吸收作业

2012-11-26

【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100mm。试计算在稳定状态下的汽化速率[kmol/(m2?s]。

习题5-10附图

解: 查表得: 25℃时，水的饱和蒸汽压p?A?3.2895kPa 水在空气中的分子扩散系数

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

扩散距离为Z?100mm?0.1m

NA?Dp?(pA1?pA2) RTZpBm? ∵ pA1?p?A ； pA1?pA

pB1?p?p?A?101.325?3.2895?98.036(kPa)

pB2?p?101.325(kPa)

∴ pBm?pB2?pB1plnB2pB1p?(p?p?A)lnp

?p?p?A101.325?(101.325?3.2895)?ln101.325101.325?3.2895?99.68(kPa)NA?pD?(pA1?pA2)RTZpBm0.256?

第五章 吸收

相组成的换算

【5-1】 空气和CO2的混合气体中，CO2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，y?0.2摩尔分数 摩尔比

Y?y1?y?0.21?0.2?0．25

【5-2】 20℃的l00g水中溶解lgNH3, NH3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x?1/171/17?100／18=0．0105

浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度?s溶液中NH3的量为 溶液的体积

n?1?10/?3?3?998.2kg/m3代替。

1k7mo l3V?101?10/998.2 m

=0．581kmol／m3溶液中NH3的浓度c或

c??nV=1?10101?10?3/17/998.2?3

?sMsx?99.823?0．010?5．0km58ol2／m18

NH3与水的摩尔比的计算

X?1/17100/18X?x1?x?0．0106

?0．0106或

?0.01051?0.0105

【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为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

五 蒸馏

汽液相平衡

1.1 苯(A)与氯苯(B)的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:

t 80.92 90 100 110 120 130 131.8 p0 A 760 1008 1335 1740 2230 2820 3020 p0 B 144.8 208.4 292.8 402.6 542.8 719 760

若苯—氯苯溶液遵循Raoult定律,且在1atm下操作,试作： (1) 苯—氯苯溶液的t—x(y)图及y—x图；

(2) 用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x—y值。

1.2 苯—甲苯混合液的组成x=0.4(摩尔分率),求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。又苯和甲苯的混合气含苯40％(体积％)，求常压下的露点。已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压p0 p0 式中t为温度[℃]。 A、B [mmHg],按下述Antoine方程计算： lg p0 A=6.89740-12