化工原理下册第六章吸收习题答案

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 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 pCO CO CO 9.2910347.301.04*222=⨯==-推动力 kPa p 1.20=∆（吸收）② kPa H c pCO CO CO 4.14910347.305.04*222=⨯==-推动力 kPa p 4.99=∆（解吸） 或者 , 用摩尔分数差表示时 ① 由4108.118100001.02-⨯==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⨯=, 故根据相平衡关系 , 得由于A A y y >*，所以将发生解吸过程。

传质推动力为 (2 ) T = 15℃时 , SO 2的 kPa E 410294.0⨯=，故 根据相平衡关系 , 得由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。

传质推动力为(3)同理可知 , 当 T = 35℃，p = 300 kPa 时 ,kPa E 410567.0⨯=，故9.18==PEm 由于A A y y <*，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1000 m 3 ，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(m 3) 。

解 惰性气体量 388088.01000m V =⨯=，进口中 NH 3 之量为3120m ,出口中NH 3之量为3988.12.099.001.0120m =⨯,于是总出气量= 880 + 9 =3889m ,被吸收的NH 3量为mol 45442988.3141013258890.01-298314.8101325100012.0=⨯⨯⨯⨯⨯⨯,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2.6×10-5m 2/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θ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kmol kg M /18=，设垂直管截面积为A ，在θd 时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即AdZ MAd N A ρθ= 则s m M N d dZ A /10054.91000181003.586--⨯=⨯⨯==ρθ 在0=θ，0=Z 到0=θ，m Z 3102-⨯=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y x =，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5.1=G L，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01.001.0101.02≈-=X ，11.01.011.01=-=Y① 当18.0=<=m V L ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),11.01*1max 1===m Y X X 。

根据物料衡算可知此时 , 吸收率为② 当15.1=>=m V L ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9图(b))，01.02*2min 2===mX Y Y 。

仍可以根据物料衡算 ()()min 2121Y Y V X X L -=-，求出(2) 并流操作且8.0=V L 时(题8-9 图(c))，因为∞=H ，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SO 2 ，气体中SO 2 的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO 2 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G k =0.3×10-2kmol/（m 2·h·kPa ），液相传质分系数L k = 0.4 m/h 。

操作条件下平衡关系50y x =。

求总传质系数K Y （kmol/（m 2·h ））。

解 根据()()()()()()()()*********11111111y y p p p K y y y y p p K y y y y K y y y y K Y Y K N AA Y Y Y Y Y A ---=---=---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=和 得现已知kPa p 4.111=，02.0=y ，4*1081.218100064164150-⨯=+⨯==A mx y ，因此要先根据下式求出G K 才能求出Y K : 因此还要求出 H ： 于是便可求出 和分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。

6-8 在1.013×105Pa 、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。

甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。

已知H=0.511 kPa ·m 3/kmol ，气膜吸收分系数k G =1.55×105kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收分系数k L =2.08×105 (m/s)。

试求吸收总系数K G 并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。

解 根据定义式()()A AL AA G A c c K p p K N -=-=**和Hc p A A**=，可知所以只要求出G K 即可。

又 所以因为G k 1为气相阻力，GK 1为总阻力，故 分析 此题应和题6-9一起综合考虑。

6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压强为1.013×105Pa 。

稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg ，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m 3。

试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。

解 吸收速率可以用公式 ()*p p K N G A -=求出。

其中 于是可得分析 (1) 此时，根据()()55-1068.5-07.51055.1-⨯=⨯=-=i i G A p p p K N , 还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（kPa p i 405.1=）以及液相侧中的甲醇浓度 （3/748.2m kmol Hp c i i ==），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。

(2) 是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此3/2m mol 应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了 (质量分数仅为0.0064%)，这些水又有何用呢？(3) 若将题目中 甲醇浓度改为3/2m kmol ，则质量分数为6.4 %，便可以用精馏法回收其中的甲醇。

6-10 附图为几种双塔吸收流程，试在y-x 图上定性画出每种吸收流程中A 、B 两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。

题6-10附图(c)（d ）6-11 在某逆流吸收塔内，于101.3kPa 、24℃下用清水吸收混合气体中的H 2S ，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。

系统符合亨利定律，E =545×101.3kPa 。

若吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。

解：已知 y 1=0.02 y 2=0.001 KPa 1052.5E 4⨯= P =101.33KPa则 0204.002.0-102.01Y ==001.0001.0-1001.0Y2==又据全塔物料衡算()()2121Y -Y V X -X L = 即操作液气比VL为776.25 出口液相组成X 1为5105.2-⨯ 6-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO 2，SO 2的初始浓度为5％（体积分数），操作条件下的相平衡关系为y ＝5.0x ，分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。