化工原理-吸收课后答案

化工原理吸收课后习题及答案The latest revision on November 22, 2020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，.02y =摩尔分数摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【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//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。

溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算或 ..00105001061100105x X x ===--．【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。

吸收率的定义为解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y =摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 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/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。

吸收习题参考答案（注：红色字体标注部分对教材所给答案进行了修正，请核查）【6-1】 含有8%（体积分数）22C H 的某种混合气体与水充分接触，系统温度为20℃，总压为101.3kPa 。

试求达平衡时液相中22C H 的物质的量浓度。

解：混合气体按理想气体处理，则22C H 在气相中的分压为101.30.088.104p p y kPa kPa ==⨯=总22C H 为难溶于水的气体，故气液平衡关系符合亨利定律，并且溶液的密度可按纯水的密度计算。

查得20℃水的密度为ρ=998.23/kg m 。

由 *A c Hp =， SH EM ρ=故 *A Spc EM ρ=查表8-1可知，20℃时22C H 在水中的亨利系数E=1.23⨯510kPa ， 故 *333A 5998.28.104/ 3.65410/1.231018c kmol m kmol m -⨯==⨯⨯⨯ 【6-2】 总压为101.3 kPa ，温度为20 ℃的条件下，使含二氧化硫为3.0％（体积分数）的混合空气与含二氧化硫为3503/g m 的水溶液接触。

试判断二氧化硫的传递方向，并计算以二氧化硫的分压和液相摩尔分数表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数E=3.55310⨯kPa ，水溶液的密度为998.2kg/3m 。

解：由道尔顿分压定律101.30.03 3.039p p y kPa kPa ==⨯=总 液相摩尔分数为（溶液近似按纯水计算）：0.35640.0000986998.218x ==稀溶液符合亨利定律，所以：*33.55100.00009860.35p Ex kPa ==⨯⨯=p ＞p *，二氧化硫由气相向液相传递，进行吸收过程。

用气相分压表示的总推动力为：3.0390.35 2.689p p kPa *-=-=与气相浓度相平衡的液相平衡浓度：33.0390.0008563.5510p x E *===⨯ 用液相摩尔分数表示的总推动力为：0.0008560.00009860.0007574x x *-=-=【6-3】 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气的2CO ，空气中2CO 的体积分数为8.5%，操作条件为15℃、405.3kPa ，15℃时2CO 在水中的亨利系数为1.24510⨯kPa ，吸收液中2CO 的组成为41 1.6510x -=⨯。

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

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200 kPa(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10003/m kg ）解：（1）根据已知条件Pa p NH 987*3=3/5824.01000/10117/13m kmol c NH ==定义333*NH NH NH H c p =()Pa m kmol p c H NH NH NH •⨯==-34/109.5333（2）根据已知条件可知0105.018/10017/117/13=+=NH x根据定义式333*NH NH NH x E p =可得Pa E NH 41042.93⨯=（3）根据已知条件可知00974.0101325/987/**33===p p y NH NH于是得到928.0333*==NH NH NH x y m（4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而p E px Ex px p x y m ====**，与T 和p 相关，故309.0928.031'3=⨯=NH m 。

分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。

（2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。

6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：(1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。

试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。

解： 由亨利定律得到*2250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出()kPa E CO 51066.1252⨯=℃ 所以可以得到4*1001.32-⨯=CO x 又因为()()34525/10347.3181066.11000222m kPa kmol EM H OH OH CO •⨯=⨯⨯=≈-ρ℃ 所以得34*/0167.05010347.3222m kmol p H c CO CO CO =⨯⨯==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =∆。

14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H 2S,进塔气相含H 2S2.91%（体积），要求吸收率不低于99%，操作温度300K ，压强101.33kPa ，平衡关系为Y ﹡=2X ，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中H 2S 组成为0.013kmol(H 2S)/kmol(溶剂)。

已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m 2·s)，气相体积吸收总系数为0.000395kmol/(m 3·s ·kPa)，求所需填料层的高度。

【解】由题意可知10.02910.0299710.0291Y ==−21(1)0.02997(10.99)0.0003A Y Y ϕ=−=⨯−=22100.0130.015kmol /(m s)VX X ===•Ω，，m=2,3a 0.000395101.330.04003/()Y K kmol m s =⨯=•则气相总传质单元高度a 0.0150.3747m 0.04003OG Y V H K ===Ω 下面用对数平均推动力法求气相总传质单元数11221122()()0.0299720.0130.00030.0014210.0299720.013ln ln 0.0003m Y Y Y Y Y Y Y Y Y ****−−−−⨯−∆===−⨯−− 120.029970.000320.880.001421OG m Y Y N Y −−==∆ 填料层高度为0.374720.887.82m OG OG Z H N ==⨯=15.有一吸收塔，填料层高度为3m ，操作压强为101.33kPa ，温度为200C ，用清水吸收混于空气中的氨。

混合气质量流速G=580kg/(m 2·h),含氨6%（体积），吸收率为99%；水的质量流速W=770 kg/(m 2·h)。

该塔在等温下逆流操作，平衡关系为Y ﹡=0.9X 。

第七章 吸 收7-1 总压101.3 kPa ，温度25℃时，1000克水中含二氧化硫50克，在此浓度范围内亨利定律适用，通过实验测定其亨利系数E 为4.13 MPa ， 试求该溶液上方二氧化硫的平衡分压和相平衡常数m 。

（溶液密度近似取为1000kg/m 3）解：溶质在液相中的摩尔分数：50640.01391000501864x ==+ 二氧化硫的平衡分压：*34.13100.0139kPa=57.41kPa p Ex ==⨯⨯相平衡常数：634.1310Pa40.77101.310PaE m P ⨯===⨯7-2 在逆流喷淋填料塔中用水进行硫化氢气体的吸收，含硫化氢的混合气进口浓度为5%（质量分数），求填料塔出口水溶液中硫化氢的最大浓度。

已知塔内温度为20℃，压强为1.52×105 Pa ，亨利系数E 为48.9MPa 。

解：相平衡常数为：6548.910321.711.5210E m P ⨯===⨯ 硫化氢的混合气进口摩尔浓度：15340.04305953429y ==+若填料塔出口水溶液中硫化氢达最大浓度，在出口处气液相达平衡，即：41max 0.0430 1.3410321.71y x m -===⨯7-3 分析下列过程是吸收过程还是解吸过程，计算其推动力的大小，并在x - y 图上表示。

（1）含NO 2 0.003(摩尔分率)的水溶液和含NO 2 0.06 (摩尔分率) 的混合气接触，总压为101.3kPa ，T=15℃，已知15℃时，NO 2水溶液的亨利系数E =1.68×102 kPa ；（2）气液组成及温度同（1），总压达200kPa （绝对压强）。

解：（1）相平衡常数为：51311.6810Pa 1.658101.310Pa E m P ⨯===⨯ *1 1.6580.0030.00498y m x ==⨯=由于 *y y >，所以该过程是吸收过程。

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，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【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//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。

溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 //1170010610018X ==．或 ..00105001061100105x X x ===--． 【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122111Y Y Y Y Y η-===-被吸收的溶质量原料气中溶质量解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 ()...211109011100111Y Y η=-=-⨯=（）摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 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/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。

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/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。

解: (1)求H 由33NH NH C P H*=.求算.已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 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31000/kg m .则:333331170.582/100110000.5820.590/()0.987NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P *==+∴===⋅ (2).求m .由333333330.9870.00974101.331170.0105110017180.009740.9280.0105NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y Px y m x ****======+===2: 101.33kpa 、1O℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。

式中:P o2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222266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=⨯所以:溶解度6522322()()6.4310321.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯==⨯=⎢⎥⨯⎣⎦3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。

化工原理--吸收习题及答案吸收一章习题及答案一、填空题1、用气相浓度△y 为推动力的传质速率方程有两种，以传质分系数表达的速率方程为____________________，以传质总系数表达的速率方程为___________________________。

N A = ky (y-yi ) N A = Ky (y-ye )2、吸收速度取决于_______________，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以_______________来增大吸收速率。

双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度3、由于吸收过程气相中的溶质分压总 _________ 液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的_________。

增加吸收剂用量，操作线的斜率_________，则操作线向_________平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y －y e ）_________。

大于上方增大远离增大4、用清水吸收空气与A 的混合气中的溶质A ，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度y = 0.06，要求出塔气体浓度y 2 = 0.006，则最小液气比为_________。

1.805、在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将_________，操作线将_________平衡线。

减少靠近6、某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用_________常数表示，而操作线的斜率可用_________表示。

相平衡液气比7、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG 将_________，N OG 将_________ (增加，减少，不变) 。

不变增加8、吸收剂用量增加，操作线斜率_________，吸收推动力_________。

（增大，减小，不变）增大增大9、计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：_________、_________、_________。

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，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【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//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。

溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【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。

吸收率的定义为解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 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/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。

总压为100kPa 。

解 液相中3NH 的摩尔分数/.//1170010511710018x ==+气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝亨利系数 *./.0798*******E p x ===／液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../()3058107980728H c p kmol m kPa ===⋅ 液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)y m x ===⨯ 或 //.76100076m E p ===【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 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*.6331310p 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。

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，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102y Y y ===--． 【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//117=0．010*******／18x =+浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。

溶液中NH 3的量为 /311017n k m ol -=⨯ 溶液的体积 /.33101109982 V m -=⨯溶液中NH 3的浓度//.33311017==0．581／101109982n c kmol m V --⨯=⨯ 或 . 3998200105058218s sc x kmol m M ρ==⨯=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105x X x ===--． 【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。

吸收率的定义为解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)01111101y Y y ===-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)=0010981100111Y y Y ==++ 气液相平衡【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 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/()3kmol m kPa ⋅]和相平衡常数m 。

总压为100kPa 。

解 液相中3NH 的摩尔分数/.//1170010511710018x ==+气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P k P a ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／ 液相中3NH 的浓度 /./.333110170581 101109982n c kmol m V --⨯===⨯／ 溶解度系数 /*./../(3058107980728H c p k m o l m kP a ===⋅液相中3NH 的摩尔分数 //1170010511710018x ==+．／气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)y m x ===⨯ 或 //.76100076m E p === 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 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*.6331310p 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。