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第6章气体吸收1）总压100 ，温度25C 的空气与水长时间接触，水中的’的浓度为多少?分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。
空气中的体积百分率为0.79。
解：将空气看作理想气体：y=0.79 p*=yp=79kPa 查表得 E=8.76X i05kPa6x p*/E 10H= /(EMS) 1000/(8.76 105 18)6.342 10 6kmoL/(kN.m)C=p*H=79 0.342 X0-5=5.01 X0-4kmol/m 32）已知常压、25T 下某体系的平衡关系符合亨利定律， 亨利系数E 为」… 大气压，溶质A 的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触： ①溶 质A 浓度为'：，f的水溶液；②溶质A 浓度为门八的水溶液； ③溶质A 浓度为的水溶液。
试求上述三种情况下溶质 A 在二相 间的转移方向。
0.001 x2 ------------ 31 10180.003x 3---- 31 10 "8解: E=0.15X 104atm ，p=0.054atm ， E015 P0.021 103/18X 1 104 3.6 10 • y 1 mx 1 0.054 P=1atm, y=p/P=0.054y 1 •••平衡 18 10 0.027y 2•••气相转移至液相54 10• y 3 mx30.08 1 y3P=3atm y=0.054 … yE=0.15X 104atm•••液相转移至气相4m=E/P=0.05X 10X4=X3=5.4X 10-5• y 4 mx4 0.027 • y y y4 0 •••气相转移至液相3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气〜硫化氢混合气中的硫化氢。
总压为1大气压。
已知塔底气相中含 "一「- 1.5% （摩尔分率），水中含 "八的浓度为-- !.■（摩尔分率）。
试求塔底温度分别为5C及30E时的吸收过程推动力。
气体吸收（化工原理）习题及答案气液平衡1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？解：当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即y=0.10根据 y-1y Y ＝，所以0.110.1-1 0.1Y =＝ 2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。
试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。
解：查得30℃，水的kPa 2.4=s pkPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p稀溶液：3kmol/m 56.55181000==≈S M c ρ421017.556.5510875.2--⨯=⨯==c c x A kPa 10876.11017.51.9754*⨯=⨯==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342*⋅⨯=⨯==--A Ap c H 18543.10110876.15=⨯==p E m 3．在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 2 20％（体积分率）空气－CO 2混合气与水充分接触，试求液相中CO 2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。
解：查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为1.88×105kPaCO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.2181088.11000345⋅⨯=⨯⨯==-S SEM H ρ kPa 3.2033.10120.0*A =⨯==yp p334*km ol/m 1001.63.201096.2--⨯=⨯⨯==A A Hp c 18523.1011088.15=⨯==p E m 4-101.0818520.20m y x ⨯=== 4-4--4101.08101.081101.08x -1x X ⨯=⨯⨯=－＝ 4．在压力为505kPa ，温度25℃下，含CO 220％（体积分率）空气－CO 2混合气，通入盛有1m 3水的2 m 3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m 3时停止进气。
4.2 某平壁材料的导热系数)1(0aT +=λλ W/(m·K)， T 的单位为℃。
若已知通过平壁的热通量为q W/m 2，平壁内表面的温度为1T 。
试求平壁内的温度分布。
解：由题意，根据傅立叶定律有q ＝－λ·dT/dy即q ＝－λ0（1＋αT ）dT/dy分离变量并积分 整理得此即温度分布方程4.3 某燃烧炉的炉壁由500mm 厚的耐火砖、380mm 厚的绝热砖及250mm 厚的普通砖砌成。
其λ值依次为1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92 W/(m·K)。
传热面积A 为1m 2。
已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。
（1）单位面积热通量及层与层之间温度；（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2cm 的空气层，其热传导系数为0.0459 W/(m·℃)。
内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？ 解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r 1、r 2、r 3。
（1）由题易得r 1＝b λ＝110.51.4mWm K--＝0.357 m 2·K/W r 2＝3.8 m 2·K/W r 3＝0.272·m 2 K /W所以有q ＝123Tr r r ∆++＝214.5W/m 2由题T 1＝1000℃ T 2＝T 1－QR 1 ＝923.4℃T 3＝T 1－Q （R 1＋R 2）＝108.3℃ T 4＝50℃（2）由题，增加的热阻为r’＝0.436 m 2·K/W q ＝ΔT/（r 1＋r 2＋r 3＋r’） ＝195.3W/m 24.4某一Φ60 mm×3mm 的铝复合管，其导热系数为45 W/(m·K)，外包一层厚30mm 的石棉后，又包一层厚为30mm 的软木。
石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m·K)和0.04 W/(m·K)。
气体吸收单元自测题答案一、填空题1．组分在溶剂中溶解度的差异2．难溶3．大于、上方4．易溶、0.09975．液相、气相；降低、升高6．存在气液相界面、在相界面上气液达到平衡、传质阻力集中在液膜和气膜内；气膜、液膜7．几乎不变、增大8．增大、增加9．无限高10．90%11．mG /L 、L /mG12．减小、减小、减小、不变、减小、不变13．不变、减小、减小14．减小、增大二、选择题1．A 2．D 3．A 4．C 5．C6．B 7．A 8．B 9．C 10．C三、问答题1、答：气体出塔含量y 2增大，达不到设计要求，液体出塔含量x 1也增大。
2、答：(1)在L /G ＞m 情况下，y 2受相平衡约束等于mx 2，增大L 不会降低y 2，只会无谓降低x 1，增大操作负荷。
(2)在L /G ＜m 情况下，增L 大对降低y 2效果显著。
3、答：判断过程方向；指明过程极限；计算过程推动力。
四、推导题推导：出塔气相组成12)1(Y Y η-=由最小液气比的定义式得21212*121min /X m Y Y Y X X Y Y G L --=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛因为以纯溶剂为吸收剂，所以X 2＝0，则ηηηm m m Y Y Y G L =--=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛)]1(1[/)1(111min 五、计算题1、解：出塔气气相组成001053.095.005.0)98.01()1(12=⨯-=-=Y Y η最小液气比176.12.1/05263.0001053.005263.0/2121min =-=--=⎪⎭⎫ ⎝⎛X m Y Y Y G L 气体处理量为kmol/h 16.126273314.82826325.101=⨯⨯==RT pV G (1)出塔液相组成03133.0)001053.005263.0(176.14.11)(211=-⨯=-=Y Y L G X (2)清水的耗用量kmol/h 71.20716.126176.14.1=⨯⨯=L (3)填料层高度塔横截面积为m 2785.013600/2826==Ω气相总传质单元高度m 893.0785.018016.126=⨯=Ω=a K G H Y OG 平均对数推动力为005259.0 001053.003133.02.105263.0ln 001053.003133.02.105263.0ln )()(22112211=⨯--⨯-=-----=∆mX Y mX Y mX Y mX Y Y m 气相总传质单元数81.9005259.0001053.005263.021=-=∆-=m OG Y Y Y N 填料层高度m 76.881.9893.0=⨯==OG OG N H H 2、解：(1)出塔液相组成0162.075.08.0015.01015.08.075.0/11=⨯-=⨯=Y X (2)清水用量出塔气体中溶质的浓度为000305.0015.01015.0)98.01()1(12=-⨯-=-=Y Y η入塔气相组成015228.01=Y 入塔气体的量kmol/h 9665.19293314.848033.101=⨯⨯==RT pV G kg/h 24.325kmol/h 069.18 0162.0)000305.0015228.0()015.01(9665.19)(2121==-⨯-⨯=--=X X Y Y G L 3、解：(1) 0045.009.0)95.01(009.0221=⨯-===y x y 368.1)2.1/09.0/()0045.009.0(2.1)/(2.1/min =-==G L G L 00872.0)0045.0/015.0(/)0045.0015.0(0045.0015.02.10625.009.00625.0368.1/)0045.009.0(/)(21211=-=∆=∆=⨯-=∆=-=-=Ln y y y L y y G x m m H N OG 84.78.08.98.900872.0/)0045.009.0(=⨯==-=(2)0005.00625.009.0211===x x y 00`22212124.94)09.0/0052.0(1/1 0052.0 368.1)/()( / =-=-===--∴y y y x x y y G L η解得：不变 5、解：解吸塔操作正常时，吸收塔液体出口含量013.0001.05.1002.002.0)(2211=+-=+-=x y y L G x 此时吸收过程的平均推动力与传质单元数分别为：00211.0 001.02.1002.0013.02.102.0ln )001.02.1002.0()013.02.102.0(ln )()(22112211=⨯-⨯-⨯--⨯-=-----=∆mx y mx y mx y mx y y m 53.800211.0002.002.021=-=∆-=m OG y y y N 当解吸塔操作不正常时，N OG 不变。
气体吸收（化工原理）习题及答案气液平衡1．在常压、室温条件下，含溶质的混合气的中，溶质的体积分率为10％，求混合气体中溶质的摩尔分率和摩尔比各为多少？解：当压力不太高，温度不太低时，体积分率等于分摩尔分率，即y=0.10根据 y-1y Y ＝，所以0.110.1-1 0.1Y =＝ 2．向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。
试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。
解：查得30℃，水的kPa 2.4=s pkPa 1.972.43.101*=-=-=s A p p p稀溶液：3kmol/m 56.55181000==≈S M c ρ421017.556.5510875.2--⨯=⨯==c c x A kPa 10876.11017.51.9754*⨯=⨯==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342*⋅⨯=⨯==--A Ap c H 18543.10110876.15=⨯==p E m 3．在压力为101.3kPa ，温度30℃下，含CO 2 20％（体积分率）空气－CO 2混合气与水充分接触，试求液相中CO 2的摩尔浓度、摩尔分率及摩尔比。
解：查得30℃下CO 2在水中的亨利系数E 为1.88×105kPaCO 2为难溶于水的气体，故溶液为稀溶液 kPa)kmol/(m 1096.2181088.11000345⋅⨯=⨯⨯==-S SEM H ρ kPa 3.2033.10120.0*A =⨯==yp p334*km ol/m 1001.63.201096.2--⨯=⨯⨯==A A Hp c 18523.1011088.15=⨯==p E m 4-101.0818520.20m y x ⨯=== 4-4--4101.08101.081101.08x -1x X ⨯=⨯⨯=－＝ 4．在压力为505kPa ，温度25℃下，含CO 220％（体积分率）空气－CO 2混合气，通入盛有1m 3水的2 m 3密闭贮槽，当混合气通入量为1 m 3时停止进气。
第八章 气体吸收1. 在温度为40 ℃、压力为101.3 kPa 的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0 kPa 时，氨在水中的溶解度为76.6 g (NH 3)/1 000 g(H 2O)。
试求在此温度和压力下的亨利系数E 、相平衡常数m 及溶解度系数H 。
解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6170.07576.610001718x ==+ 由 *p Ex =亨利系数为*15.0kPa 200.00.075p E x ===kPa 相平衡常数为 t 200.0 1.974101.3E m p === 由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。
40 ℃时水的密度为992.2ρ=kg/m 3溶解度系数为 kPa)kmol/(m 276.0kPa)kmol/(m 180.2002.99233S ⋅=⋅⨯==EM H ρ2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。
试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。
已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。
解：水溶液中CO 2的浓度为 33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯ 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。
第八章气体吸收问题1. 吸收的目的和基本依据是什么? 吸收的主要操作费用花费在哪?答1．吸收的目的是分离气体混合物。
基本依据是气体混合物中各组份在溶剂中的溶解度不同。
操作费用主要花费在溶剂再生，溶剂损失。
问题2. 选择吸收溶剂的主要依据是什么? 什么是溶剂的选择性?答2．溶解度大，选择性高，再生方便，蒸汽压低损失小。
溶剂对溶质溶解度大，对其他组份溶解度小。
问题3. E, m, H 三者各自与温度、总压有何关系?答3．m=E/P=HC M/P，m、E、H均随温度上升而增大，E、H基本上与总压无关，m反比于总压。
问题4. 工业吸收过程气液接触的方式有哪两种?答4．级式接触和微分接触。
问题5. 扩散流J A , 净物流N, 主体流动N M , 传递速率N A 相互之间有什么联系和区别?答5．N=N M+J A+J B, N A=J A+N M C A/C M。
J A、J B浓度梯度引起；N M微压力差引起；N A溶质传递，考察所需。
问题6. 漂流因子有什么含义? 等分子反向扩散时有无漂流因子? 为什么？答6．P/P Bm 表示了主体流动对传质的贡献。
无漂流因子。
因为没有主体流动。
问题7. 气体分子扩散系数与温度、压力有何关系? 液体分子扩散系数与温度、粘度有何关系?答7．D气∝T1.81/P，D液∝T/μ。
问题8. 修伍德数、施密特数的物理含义是什么?答8．Sh=kd/D表征对流传质速率与扩散传质速率之比。
Sc=μ/ρD表征动量扩散系数与分子扩散系数之比。
问题9. 传质理论中，有效膜理论与表面更新理论有何主要区别?答9．表面更新理论考虑到微元传质的非定态性，从k∝D推进到k∝ D0.5。
问题10. 传质过程中，什么时侯气相阻力控制? 什么时侯液相阻力控制?答10．mky<<kx时，气相阻力控制；mky>>kx时，液相阻力控制。
问题11. 低浓度气体吸收有哪些特点? 数学描述中为什么没有总物料的衡算式?答11．①G、L为常量，②等温过程，③传质系数沿塔高不变。
气体吸收1.向盛有一定量水的鼓泡吸收器中通入纯的CO 2气体，经充分接触后，测得水中的CO 2平衡浓度为2.875×10－2kmol/m 3，鼓泡器内总压为101.3kPa ，水温30℃，溶液密度为1000 kg/m 3。
试求亨利系数E 、溶解度系数H 及相平衡常数m 。
解：查得u30℃，水的kPa 2.4=s p kPa 1.972.43.101*=-=-=s Ap p p稀溶液：3kmol/m 56.55181000==≈SM c ρ421017.556.5510875.2--⨯=⨯==c c x A kP a 10876.11017.51.9754*⨯=⨯==-x p E A )m kmol/(kPa 1096.21.9710875.2342*⋅⨯=⨯==--AA p c H18543.10110876.15=⨯==p E m 2．在总压101.3kPa ，温度30℃的条件下, SO 2摩尔分率为0.3的混合气体与SO 2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问：（1） 从液相分析SO 2的传质方向；（2） 从气相分析，其他条件不变，温度降到0℃时SO 2的传质方向；（3） 其他条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa 时SO 2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。
解：(1)查得在总压101.3kPa ，温度30℃条件下SO 2在水中的亨利系数E =4850kPa 所以 ==p E m =3.101485047.88 从液相分析00627.088.473.0*===m y x < x =0.01 故SO 2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。
（2）查得在总压101.3kPa ，温度0℃的条件下，SO 2在水中的亨利系数E =1670kPa==p E m 3.1011670 =16.49 从气相分析y *=mx=16.49×0.01=0.16<y=0.3故SO 2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。
