化工熱力學(xué)(下冊(cè))第二版 夏清 第2章 吸收答案

1、Rupture9第二章 吸收1. 從手冊(cè)中查得101.33 KPa、25 時(shí)，若100 g水中含氨1 g，則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987 KPa。已知在此組成范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)H (kmol/ (m3·kPa)及相平衡常數(shù)m。解：（1） 求由.求算.已知：.相應(yīng)的溶液濃度可用如下方法算出：以水為基準(zhǔn)，因?yàn)槿芤汉芟?故可近似認(rèn)為其密度與水相同.并取其值為.則：(2). 求.由 2. 101.33 kpa、10 時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用pO2=3.31×106x表示。式中：PO2為氧在氣相中的分壓，kPa、x為氧在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。試求在此溫度及壓

2、強(qiáng)下與空氣充分接觸后的水中，每立方米溶有多少克氧。解： 氧在空氣中的摩爾分?jǐn)?shù)為.故：因值甚小，故可以認(rèn)為即：所以：溶解度3. 某混合氣體中含有2%(體積)CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30 ，總壓強(qiáng)為506.6 kPa。從手冊(cè)中查得30 時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=1.88x105 KPa，試求溶解度系數(shù)H (kmol/（m3·kPa、）)及相平衡常數(shù)m，并計(jì)算每100克與該氣體相平衡的水中溶有多少克CO2。解：(1). 求由求算.(2). 求(1) 當(dāng)時(shí).水溶解的(2) (3)因很小，故可近似認(rèn)為故克水中溶有4在101.33 kPa、0 下的O2與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子

3、擴(kuò)散過程。已知相距0.2 cm的兩截面上O2的分壓分別為13.33 kPa和6.67 kPa，又知擴(kuò)散系數(shù)為0.185 cm2/s，試計(jì)算下列兩種情況下O2的傳遞速率，kmol/(m2·s)：(1) O2與CO兩種氣體作等分子反向擴(kuò)散。(2) CO氣體為停滯組分。解： （1） 等分子反向擴(kuò)散時(shí)的傳遞速率：（2） 通過停滯的擴(kuò)散速率 5 一淺盤內(nèi)存有2 mm厚的水層，在20 的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴(kuò)散到大氣中。假定擴(kuò)散始終是通過一層厚度為5 mm的靜止空氣膜層，此空氣膜層以外的水蒸氣分壓為零。擴(kuò)散系數(shù)為2.60×10-5 m2/s，大氣壓強(qiáng)為101.33 KPa。求蒸干水層所

4、需的時(shí)間。解： 這是屬于組分通過停滯組分的擴(kuò)散。已知擴(kuò)散距離（靜止空氣膜厚度）為.水層表面的水蒸氣分壓的飽和水蒸氣壓力為.靜止空氣膜層以外;水蒸氣分壓為單位面積上單位時(shí)間的水分蒸發(fā)量為故液面下降速度：水層蒸干的時(shí)間： 6. 試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0 、101.33 kPa時(shí)氨和氯化氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D (m2/s)，并將計(jì)算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比較。 解：(1). 氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù).查表知道，空氣的分子體積：氨的分子體積：又知?jiǎng)t時(shí)，氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可由式計(jì)算.(2) 同理求得7. 在101.33 kPa、27 下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中的組成

5、都很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.955 kmol/(m3·kPa)，氣膜吸收系數(shù)kG=1.55×10-5 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù)kL=2.08×10-5 kmol/(m2·kmol/m3)。試求總吸收系數(shù)KG，并算出氣膜阻力在總阻力中所占百分?jǐn)?shù)。解： 總吸收系數(shù)氣膜助在點(diǎn)助中所占百分?jǐn)?shù).8. 在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇，操作溫度27 ，壓強(qiáng)101.33 KPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5 kPa，液相中甲醇組成為2.11 kmol/m3。試根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)算出該截

6、面上的吸收速率。解： 吸收速率由上題已求出又知：則該截面上氣相甲醇的平衡分壓為則 9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33 kpa、25 下用清水吸收混合氣中的H2S，將其組成由2%降至0.196 (體積)。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)E=5.52×16 kPa。若取吸收劑用量為理論最小用量的12倍，試計(jì)算操作液氣比及出口液相組成若壓強(qiáng)改為1013 kPa，其他條件不變，再求手及解： （1） 求下，操作液氣比及出口液相組成。最小液氣比操作液氣比為出口液相濃度（2） 求下的操作液氣比及出口液組成則：出口液相組成：11. 在101.33 kPa下用水吸收據(jù)于空氣中的氨。已知氨的摩爾分?jǐn)?shù)

7、為0.1，混合氣體于40 下進(jìn)入塔底，體積流量為0.556 m3/s，空塔氣速為1.2 m/s。吸收劑用量為理論最小用量的1.1倍，氨的吸收率為95%，且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)的平均值為0.1112。在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為，試求塔徑及填料層高度。解：塔截面積：塔徑：又知：則：塔上填料層高度：12在吸收塔中用清水吸收混合氣中的SO2，氣體流量為5000 m3(標(biāo)準(zhǔn))/h，其中SO2占10%，要求SO2回收率為95%。氣、液逆流接觸，在塔的操作條件下SO2在兩相間的平衡關(guān)系近似為。試求：(1) 若取用水量為最小用量的15倍，用水量應(yīng)為多少?(2) 在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板

8、數(shù);(3) 如仍用(2)中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從95%提高到98%，用水量應(yīng)增加到多少?解：（1） 求用水量：（2） 求理論板數(shù) 梯級(jí)圖解法在直角坐標(biāo)圖中給出平衡線及操作線由圖中點(diǎn)開始在操作線與平衡線之間畫梯級(jí)得理論板層數(shù) 用克列姆塞爾算圖則相對(duì)回收率在理論最小用水量下，J據(jù)此查圖得： 而查圖（或由式計(jì)算）可知當(dāng)：時(shí)兩種方法解得的結(jié)果相同。（3） 求時(shí)所需增加的水量用克列姆塞爾法估算，已知：據(jù)此查圖得.則：故需要增加的用水量13. 在一個(gè)接觸效能相當(dāng)于8層理論塔板的篩板塔內(nèi)，用一種摩爾質(zhì)量為250、密度為則900 kg/m3的不揮發(fā)油吸收捏于空氣中的丁燒。塔內(nèi)操作壓強(qiáng)為101.33 k

9、Pa，溫度為15 ，進(jìn)塔氣體含丁烷5%(體積)，要求回收率為95%。丁烷在15 時(shí)的蒸氣壓強(qiáng)為194.5 kPa，液相密度為58O kg/m3假定拉烏爾定律及道爾頓定律適用，求：(1) 回收每1 m3丁烷需用溶劑油多少(m3)?(2) 若操作壓強(qiáng)改為304.O kPa，而其他條件不變，則上述溶劑油耗量將是多少(m3)?解： (1). 由拉烏爾定律.由于為低組成吸收，可以認(rèn)為由克列姆塞爾方程得到：解得：由此可知，每回收丁烷所需純?nèi)軇┯蛿?shù)量為丁烷的摩爾質(zhì)量為.則回收每液體丁烷所需溶劑油的體積為(2). 若則：因?yàn)楣?條件未變，仍用上法求得) 14. 在一逆流吸收塔中用三乙醇膠水溶液吸收混于氣態(tài)烴中

10、的H2S，進(jìn)塔氣相含H2S 2.91%(體積)，要求吸收率不低于99%，操作溫度300 K，壓強(qiáng)為101.33 kPa，平衡關(guān)系為，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S組成為0.013 kmol(H2S)/kmol(溶劑)。已知單位塔截面上單位時(shí)間流過的惰性氣體量為0.015 kmol/(m2·s)，氣相體積吸收總系數(shù)為0.000395 kmol/(m3·s·kPa)，求所需填料層高度。解：已知：則：又知：15有一吸收塔，填料層高度為3 m，操作壓強(qiáng)為101.33 KPa，溫度為20 ，用清水吸收棍于空氣中的氨?；旌蠚赓|(zhì)量流速G=58O kg/(m2·h

11、)，含氨6%(體積)，吸收率為99%;水的質(zhì)量流速W=770 kg/(m2·h)。該塔在等溫下逆流操作，平衡關(guān)系為。KGa與氣相質(zhì)量流速的0.8次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無關(guān)。試計(jì)算當(dāng)操作條件分別作下列改變時(shí)，填料層高度應(yīng)如何改變才能保持原來的吸收率(塔徑不變)：(1) 操作壓強(qiáng)增大一倍;(2) 液體流量增大一倍;(3) 氣體流量增大一倍。解： 已知混合氣體的平均摩爾質(zhì)量（1） 由于故故：填料層高度比原來減少了（2） （計(jì)算過程同（1）.液體流速的增加對(duì)無顯著影響.則：即所需填料層高度較原來減少了(3)氣體質(zhì)量流速增大時(shí)，總吸收系數(shù)相應(yīng)增大.即所需填料層高度較原來增加 16. 要在一個(gè)板式塔中用清水吸收混于空氣中的丙醇蒸氣?；旌蠚怏w流量為30 kmol/h，其中含丙醇1%(體積)。要求吸收率達(dá)到90%，用水量為90 kmol/h。該塔在101.33 KPa、27 下等溫操作，丙醇在氣、液兩相中的平衡關(guān)系為，求所需理論板數(shù)。解：由題意知?jiǎng)t：又因?yàn)?則：第三章2. 解：(1) 塔徑兩種填料的值如下.陶瓷拉西環(huán)(亂堆)：陶瓷拉西環(huán)(亂堆)：比較兩種填料的值可知，小填料的泛點(diǎn)氣速應(yīng)比大填料的低，故應(yīng)接小填料計(jì)算塔徑.由圖中的亂堆填料泛點(diǎn)線查得故：塔徑：(