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/ (m3·kPa))及相平衡常数m。 解: (1) 求H 由PNH3??CNH3H.求算.
已知:PNH3??0.987kPa.相应的溶液浓度CNH3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
1000kg/m3.则:
1CNH3?17?0.582kmol/m3100?1 1000CNH30.5823?H???0.590kmol/(m?kPa)?PNH30.987yNH3??mNH3xNH3P1(2).求m.由17xNH3??0.01051100?1718yNH3?0.00974m???0.928xNH30.0105yNH3??PNH3??0.987?0.00974101.33
2: 101.33kpa、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用po2=3.31×106x表示。式中:Po2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
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PO2?PyO2?101.33?0.21?21.28kPa 21.28?6xO2???6.43?103.31?1063.31?106PO2因xO2值甚小,故可以认为X?x 即:XO2?xO2?6.43?10?6
?g(O)?kg(O2)6.43?10?6?32所以:溶解度??1.14?10?5?11.4?32?
1?18kg(H2O)?m(H2O)?3. 某混合气体中含有2%(体积)CO2,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/（m3·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CO2。 解:(1).求H由H??EMH2O求算
H??EMH2O?1000?2.955?10?4kmol/(m3?kPa) 51.88?10?18(2)求m
1.88?105m???371
?506.6E(2) 当y?0.02时.100g水溶解的CO2
PCO2??506.6?0.02?10.13kPa(3)
10.13?5x???5.39?10E1.88?105PCO2?因x很小,故可近似认为X?x
?kmol(CO2)?44?kg(CO2)??5X?5.39?10?5??5.39?10?()???kmol(HO)18?2??kg(H2O)?
?kg(CO2)??1.318?10?4??kg(HO)?2?故100克水中溶有CO20.01318gCO2
4．.在101.33kPa、0℃下的O2与CO混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知
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相距0.2cm的两截面上O2的分压分别为13.33kPa和6.67kPa,又知扩散系数为0.185cm2/s,试计算下列两种情况下O2的传递速率,kmol/(m2·s): (1) O2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O2的传递速率
D(PA1?PA2)RTZD?0.185cm2/s?1.85?10?5m2/s.T?273KNA?P?101.325kPa.Z?0.2cm?2?10?3mPA1?13.33kPa.PA2?6.67kPa1.85?10?5?52?NA??(13.33?6.67)?2.71?10(kmol/m?s)?38.314?273?2?10
（2）O2通过停滞CO的扩散速率
DPDPPB21.85?10?5?101.33101.33?6.67NA?(PA1?PA2)?ln?lnRTZPBmRTZPB18.314?273?2?10?3101.33?13.33 ?3.01?10?5kmol/m2?s5．一浅盘内存有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2.60×10-5m2/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Z?5?10?3m.水层表面的水蒸气分压(20?C)的饱和水蒸气压力为PA1?2.3346kPa 静止空气膜层以外;水蒸气分压为PA2?0
D?2.6?10?5m2/s.P?101.33kPa.T?273?20?293K 单位面积上单位时间的水分蒸发量为
PB2DPDP2.6?10?5?101.33101.33NA?(PA1?PA2)?ln?lnRTZPBmRTZPB18.314?293?5?10?3101.33?2.3346 ?5.03?10?6kmol/(m2?s)
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故液面下降速度:
d?NA?MA5.03?10?6?18???9.07?10?8m/s d??L998.2水层蒸干的时间:
h5?10?3????2.205?104s?6.125h ?8dh/d?9.07?106. 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(m2/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:
VB?29.9cm3/mol 氨的分子体积:
VA?25.8cm3/mol
又知MB?29g/mol.MA?17g/mol
Maxwea?Gilliland式计算. 则0?C.101.33kPa时,氨在空气中的扩散系数可由
DNH3114.36?10?5?(273)3/2?(?)1/2?521729??10614?10m/s 1/31/3101.33???(25.8)?(29.9)??(2)同理求得
DHCl?1.323?10?5m2/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/(m3·kPa),气膜吸收系数
kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数
kL=2.08×10-5kmol/(m2·kmol/m3)。试求总吸收系数KG,并算出气膜阻力在总阻力中所占百分数。 .解:总吸收系数
KG?111?kGHkC?111?1.55?10?51.955?2.08?10?54
?1.122?10?5kmol/(m2?s?kPa)
气膜P助在点P助中所占百分数.
1/kG1.122??72.3??
1/kG?1/HkC1.558. 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/m3。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NA?KG(PA?PA?)
由上题已求出kG?1.122?10?5kmol/(m2?s?kPa) 又知：H?1.955kmol/(m3?kPa) 则该截面上气相甲醇的平衡分压为
PA??C/H?2.11/1.955?1.08kPa.PA?5kPa.
则
NA?1.122?10?5?(5?1.08)?4.4?10?5kmol/(m2?s)?0.1583kmol/(m?h)2
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H2S,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
L及出口液相组成VX1若压强改为1013kPa,其他条件不变,再求
L手及X1。 V解：（1）求101.33kPa下，操作液气比及出口液相组成。
E5.52?104m???545P101.33y0.02Y1?1??0.02041?y11?0.02 Y2?y20.001??0.0011?y21?0.001X2?0Y?YL0.0204?0.001最小液气比()min?12??518
Y1V0.0204/545?X2mLL操作液气比为?1.2?()min?1.2?518?622
VV
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