化工原理刘伟编第二版第五章吸收答案

第五章 吸收

相组成的换算

【5-1】 空气和CO2的混合气体中，CO2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，y?0.2摩尔分数 摩尔比 Y?y0.2??0．25 1?y1?0.2【5-2】 20℃的l00g水中溶解lgNH3, NH3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x?1/17=0．0105

1/17?100／18浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度?s?998.2kg/m3代替。 溶液中NH3的量为 n?1?10?3/17kmol 溶液的体积 V?101?10?3/998.2 m3

n1?10?3/17溶液中NH3的浓度c?==0．581kmol／m3 ?3V101?10/998.2?998.2c?sx??0．0105?0．582kmol／m3 或 Ms18NH3与水的摩尔比的计算

X?1/17?0．0106 100/18x0.0105??0．0106 1?x1?0.0105或 X?【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。

吸收率的定义为

??Y被吸收的溶质量Y1?Y2??1?2原料气中溶质量 Y1 Y1

解 原料气中NH3的摩尔分数y?0.1 摩尔比 Y1?y10.1??0.111 1?y11?0.1吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为 Y2?(1??)Y1?（1?0.9）?0.111?0.0111 摩尔分数 y2?Y20.0111=?0.01098 1?Y21?0.0111气液相平衡

【5-4】 l00g水中溶解lg NH3，查得20℃时溶液上方NH3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kmol/(m3?kPa)]和相平衡常数m。总压为100kPa。

解 液相中NH3的摩尔分数x?1/17?0.0105

1/17?100/18气相中NH3的平衡分压 P*＝0.798 kPa 亨利系数 E?p*／x?0.798/0.0105?76

n1?10?3/17液相中NH3的浓度 c???0.581 kmol／m3 ?3V101?10/998.2溶解度系数 H?c/p*?0.581/0.798?0.728kmol/(m3?kPa) 液相中NH3的摩尔分数 x?1/17?0．0105

1／17?100/18／100 气相的平衡摩尔分数 y*?p*／p?0.798相平衡常数 m?y*0.798??0.76 x100?0.0105或 m?E/p?76/100?0.76

【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为101.325kPa，温度为10℃时，

1m3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

p*?3.313?106x，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。

解 总压p?101.325 kPa

空气中O2的压力分数 pA／p?体积分数?0.21 空气中O2的分压 p*A?0.21?101.325 kPa

E?3.313?106kPa 亨利系数 (1) 利用亨利定律p*A?Ex计算

与气相分压pA?0.21?101.325kPa相平衡的液相组成为

p*0．21?101.325x?A? ?6.42?106kmol O2／kmol溶液 6E3.313?10此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42?10?6kmol O2

因为溶液很稀，其中溶质很少

1kmol水溶液≈1kmol水=18 kg

水

??999.7kg／m3 10℃，水的密度 999.7m3水 故 1kmol水溶液≈18／即

18m3水中最大可能溶解6.42?10?6kmol氧 999.7故 1m3水中最大可能溶解的氧量为

6.42?10?6?999.7?3.57?10?4kmolO2

183.57?10?4?32?1.14?10?2kgO2?11.4gO2

(2) 利用亨利定律p*A?H?cA计算 H?sEMs=999.7= 1.676?10?5kmol／?m3?kPa? 63.313?10?181m3水中最大可能溶解的氧量为

?5?4cA?p*／m3 溶液 AH?(0.21?101.325) (1.676?10)?3.57?10kmolO2 3.57?10?4?32?1.14?10?2kgO2?11.4gO2

【5-6】含NH3体积分数1.5%的空气-NH3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH3总压为203kPa。NH3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数

E?80kPa。试求氨水溶液的最大浓度，kmolNH3／m3溶液。

解 气相中NH3的摩尔分数y?0.015

总压p?203kPa，气相中NH3的分压p*A?py?203?0.015kPa (1) 利用亨利定律p*?Ex计算

与气相分压p相平衡的液相中NH3的摩尔分数为

p*203?0.015x?A??0.0381

E80c?NH3水溶液的总浓度 ?sMs?998.2kmol/m3 18水溶液中NH3的最大浓度 cA?cx?998.2?0．0381 18 ?2.11kmol NH3/m3溶液 (2) 利用亨利定律p*A?cA计算 HE?80kPa,H??sEMs=998.2=0．693 kmol/(m3?kPa) 80?183cA?p*AH?(203?0.015)?0.693??2.11 kmol NH3/m溶液

【5-7】温度为20℃，总压为0.1MPa时，CO2水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa时，相平衡常数m为多少？温度为20℃时的亨利系数E为多少

MPa?

解 相平衡常数m与总压p成反比，

p?0.1MPa 时 m?1660，p'?1MPa 时

m'?mp0.1= 1660?=166 p'1亨利系数 E?mp?m'p'?166 MPa

【5-8】用清水吸收混合气中的NH3，进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为

0．012kmol NH3／kmol水。此物系的平衡关系为Y*?0.76X。气液逆流流动，试求塔

顶、塔底的气相传质推动力各为多少？

解 已知y1?0.06，则Y1?y1/?1?y1??0.06/0.94?0.0638 已知y2?0.004，则Y2?0.004/?1?0.004?=4.02?103 已知X1?0.012，则Y1*?0.76?0.012?0.00912 已知X2?0，则Y2*?0

塔顶气相推动力 ?Y2?Y2?Y2*=4.02?10?3

塔底气相推动力 ?Y1?Y1?Y1*?0.0638?0.00912?0.0547

【5-9】CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为0.01kmol/m3的水溶液和CO2浓度为0.05kmol／m3的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系p*?1.662?105xkPa。试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明CO2在两种情况下属于吸收还是解吸。

解 温度t?25℃，水的密度为?s?997kg/m3 混合气中CO2的分压为p?50kPa 水溶液的总浓度c??sMs?97kmol/m3水溶液 18