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化工原理下册--第六章吸收习题答案

6-1已知在101.3kPa(绝对压力下)，100g水中含氨1g的溶液上方的平衡氨气分压为987Pa。试求：

(1)溶解度系数H(kmol·m-3·Pa-1)；

(2)亨利系数E(Pa)；

(3)相平衡常数m；

(4)总压提高到200kPa(表压)时的H，E，m值。

（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000）

解：（1）根据已知条件

定义

（2）根据已知条件可知

根据定义式

可得

（3）根据已知条件可知

于是得到

（4）由于和仅是温度的函数，故和不变；而，与和相关，故。

分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。

（2）注意，和的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。

6-2在25℃下，CO2分压为50kPa的混合气分别与下述溶液接触：

含CO2为0.01mol/L的水溶液；

含CO2为0.05mol/L的水溶液。

试求这两种情况下CO2的传质方向与推动力。

解：由亨利定律得到

根据《化工原理》教材中表8-1查出

所以可以得到

又因为

所以得

解(1)根据《化工原理》教材中表8-1知T=35℃时，SO2的,故

根据相平衡关系,得

由于，所以将发生解吸过程。传质推动力为

(2)T=15℃时,SO2的，故

根据相平衡关系,得

由于，所以将发生吸收过程。传质推动力为

(3)同理可知,当T=35℃，p=300kPa时,，故

由于，所以将发生吸收过程。推动力为

示意图见题6-3图。

题6-3图

分析体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变,即吸收和解吸。

6-4氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25℃下用水吸收，过程中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为1000m3，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg)和出口气体的体积(m3)。

解惰性气体量，进口中NH3之量为,出口中NH3之量为,于是总出气量=880+9=,被吸收的NH3量为,为77.3kg。

分析(1)进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。此处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。

(2)本题是并流还是逆流?有区别吗?

(3)如何才能不断移走热量?该用填料塔还是板式塔?

(4)不移走热量对吸收有什么影响?

6-5一浅盘内存有2mm厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。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2.6×10-5m2/s，大气压强为1.013×105Pa。求蒸干水层所需时间。

解：本题中水层Z的变化是时间的函数，且与扩散速率有关。

查教材附录水的物理性质得，20℃时水的蒸汽压为2.3346kPa。已知条件为：

代入上式得：

水的摩尔质量，设垂直管截面积为A，在时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即

则

在，到，之间积分，得

6-6含组分A为0.1的混合气，用含A为0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的A。已知A在气、液两相中的平衡关系为，液气比为0.8，求：

(1)逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若，各量又是多少？分别在y-x图上表示；

(2)若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？

解(1)逆流操作(题6-6图(a))时，已知

题6-6图

，

①当，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),。根据物料衡算可知

此时,吸收率为

②当,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题8-9图(b))，。仍可以根据物料衡算，求出

并流操作且时(题8-9图(c))，因为，所以有

根据操作线关系,有

式①，②联立，求得:

于是

分析逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。

操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。

6-7用水吸收气体中的SO2，气体中SO2的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO2的平均浓度为1g/1000g。塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数=0.3×10-2kmol/（m2·h·kPa），液相传质分系数=0.4m/h。操作条件下平衡关系。求总传质系数KY（kmol/（m2·h））。

解根据

和

得

现已知，，，因此要先根据下式求出才