化工原理[第四版]习题解第五章吸收.docVIP

PAGE  PAGE 87 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，摩尔分数 摩尔比 【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 浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度代替。 溶液中NH3的量为 溶液的体积 溶液中NH3的浓度 或 NH3与水的摩尔比的计算 或 【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。 吸收率的定义为 解 原料气中NH3的摩尔分数 摩尔比 吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为 摩尔分数 气液相平衡 【5-4】 l00g水中溶解，查得20℃时溶液上方的平衡分压为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)、溶解度系数H[单位为]和相平衡常数m。总压为。 解 液相中的摩尔分数 气相中的平衡分压 亨利系数 液相中的浓度 溶解度系数 液相中的摩尔分数 气相的平衡摩尔分数 相平衡常数 或 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为，温度为10℃时，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，式中为氧在气相中的平衡分压，单位为为溶液中氧的摩尔分数。 解 总压 空气中的压力分数 空气中的分压 亨利系数 (1) 利用亨利定律计算 与气相分压相平衡的液相组成为 溶液 此为水溶液中最大可能溶解 因为溶液很稀，其中溶质很少 水溶液≈水=18 kg水 10℃，水的密度 故 水溶液≈水 即 水中最大可能溶解氧 故 水中最大可能溶解的氧量为 (2) 利用亨利定律计算 水中最大可能溶解的氧量为 溶液 【5-6】含NH3体积分数1.5%的空气-NH3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH3总压为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数。试求氨水溶液的最大浓度，溶液。 解 气相中的摩尔分数 总压，气相中的分压 (1) 利用亨利定律计算 与气相分压相平衡的液相中NH3的摩尔分数为 水溶液的总浓度 水溶液中的最大浓度 溶液 (2) 利用亨利定律计算 溶液 【5-7】温度为20℃，总压为时，CO2水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为时，相平衡常数m为多少？温度为20℃时的亨利系数E为多少? 解 相平衡常数m与总压p成反比， 时 亨利系数 【5-8】用清水吸收混合气中的NH3，进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为水。此物系的平衡关系为。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，则 已知，则 已知，则 已知，则 塔顶气相推动力 塔底气相推动力 【5-9】CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为的水溶液和CO2浓度为的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系。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CO2在两种情况下属于吸收还是解吸。 解 温度，水的密度为 混合气中CO2的分压为 水溶液的总浓度水溶液 (1) 以气相分压差表示的吸收推动力 ①液相中CO2的浓度水溶液 液相中CO2的摩尔分数 与液相平衡的气相平衡分压为 气相分压差表示的推动力 （吸收） ② 液相中CO2的浓度水溶液 液相中CO2的摩尔分数 与液相平衡的气相平衡分压为 气相分压差表示的推动力 （解吸） (2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相平衡的液相组成为 平衡的液相浓度 ①液相中CO2的浓度水溶液 液相浓度差表示的推动力为 （吸收） ②液相中CO2的浓度水溶液 液相浓度差表示的推动力为 （解吸） 习题5-10附图 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l00mm。试计算在稳定状态下的汽化速率，。 解 25℃时水的饱和蒸气压为 从教材表5-2中查得，25℃，条件下，H2O在空气中的分子扩散系数。 扩散距离，总压 水表面处的水汽分压 空气分压 管上口处有大量干空气流过，水汽分