第二章 吸收习题解答1从手册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa 。

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/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。

解:(1) 求H 由33NH NH C P H *=.求算.已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 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31000/kg m .则:333331170.582/100110000.5820.590/()0.987NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P *==+∴===⋅ (2).求m .由333333330.9870.00974101.331170.010*********0.009740.9280.0105NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y Px y m x ****======+===2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。

式中:P o2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222266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O aO O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈即:2266.4310O O X x -≈=⨯所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯==⨯=⎢⎥⨯⎣⎦3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。

混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa 。

从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m 3·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CO 2。

解:(1).求H 由2H O H EM ρ=求算24351000 2.95510/()1.881018a H O H kmol m kP EM ρ-===⨯⋅⨯⨯ (2)求m51.8810371506.6Em ρ⨯=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO(3) 2255506.60.0210.1310.13 5.39101.8810CO aCO P kP P x E **-=⨯====⨯⨯ 因x 很小,故可近似认为X x ≈552222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---⎡⎤⎡⎤=⨯=⨯⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎡⎤=⨯⎢⎥⎣⎦故100克水中溶有220.01318CO gCO4．.在101.33kPa 、0℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。

已知相距0.2cm 的两截面上O 2的分压分别为13.33kPa 和6.67kPa,又知扩散系数为0.185cm 2/s,试计算下列两种情况下O 2的传递速率,kmol/(m 2·s):(1) O 2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2O 的传递速率122523125523()0.185/ 1.8510/.273101.325.0.221013.33. 6.671.8510(13.33 6.67) 2.7110(/)8.314273210A A A a A a A aA D N P P RTZD cm s m s T K P kP Z cm mP kP P kP N kmol m s -----=-==⨯====⨯==⨯∴=⨯-=⨯⋅⨯⨯⨯（2）2O 通过停滞CO 的扩散速率52123152 1.8510101.33101.33 6.67()ln ln 8.314273210101.3313.333.0110/B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s---⨯⨯-=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅5．一浅盘内存有2mm 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5mm 的静止空气膜层,此空气膜层以外的水蒸气分压为零。

扩散系数为2.60×10-5m 2/s,大气压强为101.33KPa 。

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3510Z m -=⨯.水层表面的水蒸气分压(20)C 的饱和水蒸气压力为1 2.3346A a P kP =静止空气膜层以外;水蒸气分压为20A P =522.610/.101.33.27320293a D m s P kP T K -=⨯==+=单位面积上单位时间的水分蒸发量为52123162 2.610101.33101.33()ln ln 8.314293510101.33 2.33465.0310/()B A A A Bm B P DP DP N P P RTZP RTZ P kmol m s ---⨯⨯=-==⨯⨯⨯-=⨯⋅故液面下降速度:685.0310189.0710/998.2A A L d N M m s d δθρ--⋅⨯⨯===⨯ 水层蒸干的时间:348510 2.20510 6.125/9.0710h h s h d d θθ--⨯===⨯=⨯ 6. 试根据马克斯韦尔-吉利兰公式分别估算0℃、101.33kPa 时氨和氯化氢在空气中的扩散系数D(m 2/s),并将计算结果与表2-2中的数据相比较。

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:329.9/B V cm mol =氨的分子体积:325.8/A V cm mol =又知29/.17/B A M g mol M g mol ==则0.101.33a C kP 时,氨在空气中的扩散系数可由Maxwea Gilliland 式计算. 353/21/2521/31/3114.3610(273)()17291061410/101.33(25.8)(29.9)NH D m s --⨯⨯⨯+==⨯⎡⎤⨯+⎣⎦(2)同理求得521.32310/HCl D m s -=⨯7.在101.33kPa 、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=1.955kmol/(m 3·kPa),气膜吸收系数k G =1.55×10-5kmol/(m 2·s·kPa),液膜吸收系数k L =2.08×10-5kmol/(m 2·kmol/m 3)。

试求总吸收系数K G ,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。

.解:总吸收系数525511 1.12210/()11111.5510 1.955 2.0810G a G C K kmol m s kP k Hk ---===⨯⋅⋅++⨯⨯⨯气膜P 助在点P 助中所占百分数.1/ 1.12272.31/1/ 1.55G G C k k Hk ==+ 8. 在吸收塔内用水吸收棍子空气中的甲醇,操作温度27℃,压强101.33KPa 。

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2.11kmol/m 3。

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()A G A A N K P P *=-由上题已求出521.12210/()G a k kmol m s kP -=⨯⋅⋅又知：31.955/()a H kmol m kP =⋅则该截面上气相甲醇的平衡分压为/ 2.11/1.955 1.08.5.A a A a P C H kP P kP *====则55221.12210(5 1.08) 4.410/()0.1583/()A N kmol m s kmol m h --=⨯⨯-=⨯⋅=⋅9：在逆流操作的吸收塔中,于101.33kpa 、25℃下用清水吸收混合气中的H 2S,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E=5.52×16kPa 。

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1X 若压强改为1013kPa,其他条件不变,再求VL 手及1X 。

解：（1）求101.33a kP 下，操作液气比及出口液相组成。

41112222 5.5210545101.330.020.0204110.020.0010.001110.001E m P y Y y y Y y X ⨯======--===--= 最小液气比12min 120.02040.001()5180.0204/545Y Y L Y V X m--===- 操作液气比为min 1.2() 1.2518622L L V V=⨯=⨯=出口液相浓度12125()10(0.02040.001) 3.1210622V X X Y Y L-=+-=+⨯-=⨯（2）：求1013a kP 下的操作液气比及出口液组成45.52105451013E m P ⨯=== 则：'12min 120.02040.0001()51.80.0204/5451.251.862.2Y Y L Y V X mL V--===-=⨯= 出口液相组成：11，在101.33kPa 下用水吸收据于空气中的氨。

已知氨的摩尔分数为0.1,混合气体于40℃下进入塔底,体积流量为0.556m 3/s,空塔气速为1.2m/s 。

吸收剂用量为理论最小用量的 1.1倍,氨的吸收率为95%,且已估算出塔内气相体积吸收总系数Ya K 的平均值为0.1112s)kmol/(m 3⋅。

在操作条件下的气液平衡关系为X Y 6.2*=,试求塔径及填料层高度。

解：''41212'1()0(0.02040.001) 3.121062.2V X X Y Y L -=+-=+⨯-=⨯121212min 1211220.10.111110.1(1)0.1111(10.95)0.0055550.0.11110.005555() 2.470.11112.61.1 2.47 2.721()(0.11110.005555)00.03882.722.60.9562.721ln 1G Y Y Y X Y Y L Y V X mL VV X Y Y X L mV S L N S ϕ==-=-=⨯-==--===-=⨯==-+=⨯-+=====- 122210.1111[(1)]ln[(10.956)0.956]13.810.9560.005555Y Y S S Y Y **--+=-⨯+=-- 塔截面积：20.556/1.20.463m Ω==塔径：0.77D m == 又知：0.5562730.90.0195/22.427340V kmol s =⨯⨯=+ 则：0.01950.380.11120.463G Ya V H m K ===Ω⨯ 塔上填料层高度：0.3813.8 5.23G G Z H N m =⋅=⨯=12．在吸收塔中用清水吸收混合气中的SO 2,气体流量为5000m 3(标准)/h,其中SO 2占10%,要求SO 2回收率为95%。