化工原理刘伟编第二版第五章吸收答案

(1) 以气相分压差表示的吸收推动力

①液相中CO2的浓度 cA?0.01kmol CO2／m3水溶液 液相中CO2的摩尔分数x?cA/c?与液相平衡的气相平衡分压为

p*?1.662?105x?1.662?105?1.805?10?4?30kPa

0.01=1.805?10?4 997/18气相分压差表示的推动力 ?p?p?p*?50?30?20kPa（吸收） ② 液相中CO2的浓度cA?0.05kmol／m3水溶液 液相中CO2的摩尔分数x?cA/c?与液相平衡的气相平衡分压为

p*?1.662?105x?1.662?105?9.027?10?4?150kPa

?p?p*?p?150?50?100kPa （解吸） 气相分压差表示的推动力 0.05?9.027?10?4 997/18(2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相CO2分压p?50kPa平衡的液相组成为

x*?p50 ?5 1.662?101.662?105平衡的液相浓度

①液相中CO2的浓度cA?0.01kmol CO2/m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为

3?c?c*A?cA?0.01666?0.01?0.00666kmol／m （吸收）

②液相中CO2的浓度cA?0.05 kmol CO2/m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为

3?c?cA?c*A?0.05?0.01666?0.0333kmol/m （解吸）

吸收过程的速率

【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气(温度25℃，总压101.325kPa)流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00mm。

(m2?s)。 试计算在稳定状态下的汽化速率，kmol／习题5-10附图

解 25℃时水的饱和蒸气压为3.2895kPa

从教材表5-2中查得，25℃，101.325kPa条件下，H2O在空气中的分子扩散系数D?0.256cm2/s?0.256?10?4m2/s。

扩散距离Z?100mm?0.1m，总压p?101.325 kPa 水表面处的水汽分压 pA1?3.2895kPa 空气分压 pB1?p?pA1?101.325?3.2895 ?98.04 kPa

管上口处有大量干空气流过，水汽分压pA2?0 空气分压pB2?101.325kPa 空气分压的对数平均值为

pBm?pB2?pB13.2895??99.8kPa pB2101.325lnln98.04pB1水的汽化速率

NA?Dp???pA1?pA2? RTZpBm0.256?10?4101.325 ????3.2895?0??3.45?10?7kmol/?m2?s?

8.314?298?0.199.8【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为101.325kPa条件下，测定CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。48℃时，CCl4的饱和蒸气压为37.6kPa，液体密度为1540kg/m3。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm，终了为3cm，CCl4的蒸发时间为1.556?104s。试求48℃时，CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数。

解 计算48℃时CCl4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为

D?2RT??Z2?Z0?p2pM?lnp?p?A

已知CCl4液体密度??1540 kg/m3 48℃时CCl4的饱和蒸气压p?A?37.6kPa 总压p?101.325kPa，T?273?48?321K 开始Z0?2cm，终了Z?3cm

CCl4的蒸发时间??1.556?104s CCl4的摩尔质量M?154 kg/kmol

(kmol?K) 摩尔气体常数R?8.314 kJ／已知数据代入计算式，得扩散系数D?0.0912cm2/s

【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A，吸收塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5kPa，液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数

kY?2.5?10?5kmol/(m2?s)，液膜传质系数kX?3.5?10?3kmol/(m2?s)。气液平衡关系可

用亨利定律表示，相平衡常数m?0.7。总压为101.325kPa。

试求：(1)气相总传质系数KY，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质A的传质速率NA。

解 (1)气相总传质系数KY

11m10.7?????4?104?2?102 ?5?3KYkYkX2.5?103.5?10 ?4.02?104

KY?2.488?10?5kmol/?m2?s?

／kx?2?102(m2?s)/kmol。 气膜阻力1/kY?4?104(m2?s)/kmol，液膜阻为m1/kY4?104??0.995，为气膜控制。 气膜阻力与总阻力的比值为

1/KY4.02?104(2)传质速率NA

Y?pA5??0.0519 p?pA101.325?5X?x0.015??0．0152，Y*?mX?0.7?0．0152?0．0106 x?11?0.015NA?KY?Y?Y*??2.488?10?5??0.0519?0.0106??1.03?10?6kmol/?m2.s?

yip?【5-13】根据pA?p，pycA?cx，ci?cxi及i，试将传质速率方程

ky与kG、kx与kL有何NA?kG(pA?pi)?kL?ci?cA?变换成NA?ky?y?yi??kx?xi?x?的形式。

关系。

NA?kG?pA?pi??kG?py?pyi?=pkG?y?yi??ky?y?yi? 解 式中 ky?pkG

NA?kL?ci?cA??kL?cxi?cx??ckL?xi?x??kx(xi?x)

式中 kx?ckL

吸收塔的计算

【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的SO2，其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO2的95%。吸收塔的操作温度为30℃，

330℃、100kPa时的体积流量）压力为100kPa，每小时处理的炉气量为1000m（，所用液

-气比为最小值的1.2倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为

?1液相中SO2溶解度／kg?SO2???100kg(H2O)? 7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1 气相中SO2平衡分压/kPa L?解 ①最小液一-比???y1?0.09, Y1??Y1?Y2X1*?X291.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63 ?G?min的计算

y10.09==0.0989 1?y11?0.09??0.95,Y2?(1??)Y1??1?0.95??0.0989?0.00495

吸收剂为水，X2?0，总压p?100kPa

09?9kPa 原料气中SO2分压PSO?py1?100?0．2868从平衡数据内插，得液相平衡溶解度0．kgSO2

100kgH2O换算为摩尔比 X1*?L?最小液-气比 ????G?min0.868/64?2.44?10?3

100/18?Y1 ?Y20.0989?0.00495??38.5

0.00244X1*?X2②用水量计算

?L?L/G?1.2???1.2?38.5?46.2

?G?min100kPa) 已知炉气流量 1000 m3/h (30℃，101.325kPa) 标准状态下理想气体的摩尔体积为22.4 m3/kmol(273.15K，炉气的摩尔流量为