化工原理下册第六章吸收习题答案

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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1000

3/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309.0928.03

1'

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

*

2

250CO 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

()()3

45

25/10347.318

1066.1100022

2m kPa kmol EM H O

H O

H CO •⨯=⨯⨯=

-ρ℃ 所以得

3

4*/0167.05010347.32

22m kmol p H c CO CO CO =⨯⨯==- 于是:(1)为吸收过程,3/0067.0m kmol c =∆。 (2)为解吸过程,3/0333.0m kmol c =∆。

分析 (1)推动力的表示方法可以有很多种,比如,用压力差表示时: ① kPa H c p

CO CO CO 9.2910347.301

.04

*

2

22

=⨯=

=

-

推动力 kPa p 1.20=∆(吸收)

② kPa H c p CO CO CO 4.14910

347.305

.04

*

2

22

=⨯=

=- 推动力 kPa p 4.99=∆(解吸) 或者 , 用摩尔分数差表示时 ① 由4108.118

100001

.02-⨯==

CO x ,判断出将发生吸收过程,推动力410201.1-⨯=∆x ;

②由 41092-⨯=CO x ,判断出将发生解吸过程,推动力41099.5-⨯=∆x (2)推动力均用正值表示。

6-3 指出下列过程是吸收过程还是解吸过程,推动力是多少,并在x -y 图上表示。 (1) 含SO 2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO 2为0.03(摩尔分数)的混合气接触,总压为101.3 kPa ,t=35℃; (2) 气液组成及总压同(1) ,t=15℃;

(3) 气液组成及温度同(1) ,总压为300 kPa(绝对压力)。

解 (1) 根据《化工原理》教材中表 8-1 知T = 35℃时,SO 2 的 kPa E 410567.0⨯=, 故

563

.10110567.04

=⨯==P E m

根据相平衡关系 , 得

056.0001.056*=⨯==A A mx y

由于A A y y >*,所以将发生解吸过程。传质推动力为

026.003.0056.0=-=∆y

(2 ) T = 15℃时 , SO 2的 kPa E 410294.0⨯=,故

293

.10110294.04

=⨯==P E m

根据相平衡关系 , 得

029.0001.029*=⨯==A A mx y

由于A A y y <*,所以将发生吸收过程。 传质推动力为

001.0029.003.0=-=∆y

(3)同理可知 , 当 T = 35℃,p = 300 kPa 时 ,kPa E 410567.0⨯=,故9.18==

P

E

m 0189.0001.09.18*=⨯==A A mx y

由于A A y y <*,所以将发生吸收过程。推动力为

0111.00189.003.0=-=∆y

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