第五章 吸收相组成的换算【5-1】 空气和 CO 2 的混合气体中， CO 2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， y0.2 摩尔分数y 0 2摩尔比Y.025．1y 1 0 2.【5-2】 20℃的 l00g 水中溶解 lgNH 3, NH 3 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 / 17=0．01051 / 17100／18浓度 c 的计算 20℃，溶液的密度用水的密度s998 .2kg / m 3 代替。

3n 1 10 3/ 17kmol溶液中 NH 的量为溶液的体积 V101 10 3 / 998.2 m 3溶液中 NH 3 的浓度n 1 10 3 /173c==0．581／mV101 103998 2kmol/.s998 23或c x.0 0105 0 582M s 18． ． kmol ／mNH 3 与水的摩尔比的计算1 /17 X0．0106100 / 18x 0 0105或 X. 0．01061 x 1 0 0105 .【 5-3 】进入吸收器的混合气体中， NH 3 的体积分数为 10%，吸收率为 90%，求离开吸收器时 NH 3 的组成，以摩尔比 Y 和摩尔分数 y 表示。

吸收率的定义为被吸收的溶质量Y 1 Y 21 Y 2原料气中溶质量1 1Y Y 解 原料气中 NH 3 的摩尔分数 y 0.11 0 1摩尔比 1y . 0 111 11 0 1y .吸收器出口混合气中 NH 3 的摩尔比为Y1 Y （1 09）0111 0 0111 2() 1.. . 摩尔分数Y 2 = 0 01110 01098 y 21 1 .Y 2 0 0111 ..气液相平衡【 5-4 】 l00g 水中溶解 lg NH 3 ，查得 20℃时溶液上方 NH 3 的平衡分压为 798Pa 。

此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数 E( 单位为 kPa ) 、溶解度系数 H[单位为3kPa) ] 和相平衡常数 m 。

总压为 100kPa 。

kmol / ( m解 液相中1 / 17NH 3 的摩尔分数 x0 01051 / 17 100 / 18 .气相中 NH 3 的平衡分压P * ＝0.798 kPa亨利系数 Ep *／x 0.798 / 0.010576液相中n 1 10 3 / 173NH 3 的浓度c101 10 30 581／V998 2.kmol m/.溶解度系数H c / p* 0.581 / 0.7980.728 kmol / (m 3 kPa)液相中 NH 3 的摩尔分数 x1/170．01051／17 100/ 18气相的平衡摩尔分数y* p *／p 0.798／100y *0 798相平衡常数 m . 0 76100 0 0105x ..或 m E / p 76 / 100 0.76【 5-5 】空气中氧的体积分数为 21%，试求总压为 101.325kPa ，温度为 10℃时， 1m 3 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为p* 3.313 106 x ，式中p * 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa ；x 为溶液中氧的摩尔分数。

解总压 p 101.325 kPa空气中 O 2 的压力分数 p A ／p 体积分数 0.21空气中 O 2 的分压p A * 0.21 101 .325 kPa亨利系数6E 3.313 10 kPa(1) 利用亨利定律 p *A Ex 计算与气相分压 p A 0.21 101.325kPa 相平衡的液相组成为*0．21 101 32562642 10溶液x 3 313 106kmol O ／kmol .E.此为 1kmol 水溶液中最大可能溶解6.42 10 6 kmol O 2因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol 水溶液≈ 1kmol 水 =18 kg 水 10℃，水的密度999 .7kg ／ m 3故1kmol 水溶液≈ 18／999.7m 3 水即1836999 76 42 10 kmol氧m 水中最大可能溶解 ..故 1m3水中最大可能溶解的氧量为6 42 10 6 9997 357 10 4218 . kmol O 3.57 10 4 32 1.14 10 2 kgO2 11.4 g O2(2)利用亨利定律 p*A cA计算Hs = 999 7= 1 676 10 5 ／ 3H. 6. kPa EM s3 313 10 18 kmol m.1m3水中最大可能溶解的氧量为c A p A* H (0.21 101.325) (1.676 10 5) 3.57 10 4 kmol O2／ m3 溶液3 57 104 32 1. 14 10 2 kg O 11.4 g O. 2 2【 5-6 】含 NH体积分数 %的空气 -NH 混合气，在 20℃下用水吸收其中的NH总压为 203kPa。

3 3 3NH3在水中的溶解度服从亨利定律。

在操作温度下的亨利系数E80kPa 。

试求氨水溶液的最大浓度， kmol NH3／ m3溶液。

解气相中 NH 3的摩尔分数y0.015总压 p 203kPa，气相中 NH 3的分压p*A py 203 0.015kPa(1)利用亨利定律 p* Ex 计算与气相分压p 相平衡的液相中NH3的摩尔分数为p A* 203 0.015 0 038180Es 998 2 3NH 3水溶液的总浓度 cM skmol / m 18水溶液中NH 3的最大浓度c A 998.2 0 0381182.11kmol NH 3 / m3溶液(2)利用亨利定律 p*A cA计算H80 s = 998 2 3 kPa)E . =0．693 kmol/(mkPa, H EMs 80 18c A p A* H (203 0.015) 0.693 2.11 kmol NH 3 /m 3溶液【 5-7 】温度为20℃，总压为0.1MPa 时， CO2水溶液的相平衡常数为m=1660。

若总压为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 ?解相平衡常数m与总压 p 成反比，p 0.1MPa 时m 1660，p ' 1MPa时m' m p = 16600.1=166p '1亨利系数 E mp m' p ' 166 MPa【 5-8 】用清水吸收混合气中的 NH 3，进入吸收塔的混合气中，含 NH 3 体积分数为 6%，吸收后混合气中含 NH 3 的体积分数为 %，出口溶液的摩尔比为 0012kmol ． NH 3／kmol 水。

此物系 的平衡关系为 Y*0.76 X 。

气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解 已知 y 1 0.06 ，则 Y 1 y 1 / 1 y 1 0.06 / 0.940.0638已知 y 2 0.004 ，则 Y 20.004 / 1 0.004 =4.02 103已知 X 1 0.012 ，则 Y 1* 0.76 0.012 0.00912已知 X 20 ，则 Y 2*塔顶气相推动力Y 2Y 2 Y 2* =4.02 10 3塔底气相推动力Y 1 Y 1 Y 1*0.0638 0.00912 0.0547【 5-9 】 CO 2分压力为 50kPa 的混合气体，分别与 CO 2浓度为 0.01kmol / m 3 的水溶液和 CO 2浓 度 为 0.05kmol ／m 3 的水溶液接触。

物系温度均为 25℃，气液相平衡关系p 1 . 662 105 xkPa 。

试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度*差表示），并说明 CO 2 在两种情况下属于吸收还是解吸。

解温度 t 25℃ ，水的密度为s997kg / m 3混合气中 CO 2 的分压为 p 50kPa 水溶液的总浓度 cs97 kmol / m 3 水溶液M s18(1) 以气相分压差表示的吸收推动力①液相中 CO 的浓度 c A0.012320 01 4液相中 CO 2 的摩尔分数xc A / c . =1 805 10997 / 18 .与液相平衡的气相平衡分压为p 1 662 105 x1 . 662 105 1 . 805 10430kPa *.气相分压差表示的推动力 p p p* 50 30 20kPa （吸收）② 液相中 CO 2 的浓度 c A 0.05kmol ／ m 3 水溶液液相中 CO 的摩尔分数 xc A / c0.059.02742997 /18与液相平衡的气相平衡分压为p* 1.662 105 x 1.662 105 9.027 10 4150 kPa气相分压差表示的推动力p p* p 150 50 100kPa （解吸）(2) 以液相浓度差表示的吸收推动力与气相 CO 2分压 p 50kPa 平衡的液相组成为p50 x*1 6621051 662 105 ..平衡的液相浓度①液相中 CO 的浓度 c A0.01 kmol CO 2 / m 水溶液23液相浓度差表示的推动力为c c *A c A0.016660.01 0.00666kmol ／ m 3（吸收）②液相中 CO 的浓度 c A3水溶液2液相浓度差表示的推动力为c c A c *A0.05 0.016660.0333kmol / m 3（解吸）吸收过程的速率【 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℃，总压流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00mm 。

试计算在稳定状态下的汽化速率，2kmol ／( m s) 。

解 25℃时水的饱和蒸气压为 3.2895kPa习题 5-10 附图从教材表 5-2 中查得， 25℃， 101.325kPa 条件下， H 2O 在空气中的分 子扩散系数 D 0.256cm 2 / s 0.256 10 4 m 2 / s 。

扩散距离 Z 100mm 0.1m ，总压 p 101.325 kPa 水表面处的水汽分压p A1 3.2895kPa 空气分压p B 1 pp A1 101.325 3.289598.04 kPa管上口处有大量干空气流过，水汽分压p A2空气分压 p B 2 101.325kPa空气分压的对数平均值为p2p 13 289599 8BB.p Bmp B 2101 325. kPalnln .p B 198 04.水的汽化速率Dpp A1p A2N ApBmRTZ0 256 10 4101 3253 2895 0 345 10 7 2.298 01 .kmol / m s 8 314 99 8. .. . .【 5-11 】 用教材图 5-10（例 5-4 附图）所示的装置，在温度为 48℃、总压力为 101.325kPa 条件下， 测定 CCl 4 蒸气在空气中的分子扩散系数。