化工熱力學(xué)(下冊)其次版 夏清 第2章 吸收答案

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其次章吸收

1.從手冊中查得101.33KPa、25℃時(shí)，若100g水中含氨1g，則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987KPa。已知在此組成范圍內(nèi)溶液聽從亨利定律，試求溶解度系數(shù)H(kmol/(m3·kPa))及相平衡常數(shù)m。解：（1）求H由PNH3??CNH3H.求算.

已知：PNH3??0.987kPa.相應(yīng)的溶液濃度CNH3可用如下方法算出：

以100g水為基準(zhǔn)，由于溶液很稀.故可近似認(rèn)為其密度與水一致.并取其值為

1000kg/m3.則：

1/17?0.582kmol/m3100?110000.582?H?CNH3/PNH3???0.590kmol/(m3?kPa)0.987CNH3?yNH3??mNH3xNH30.987?0.00974P101.33(2).求m.由1/17xNH3??0.01051/17?100/180.00974m?yNH3?/xNH3??0.9280.01052.101.33kpa、10℃時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用pO2=3.31×106x表示。式中：PO2為氧在氣相中的分壓，kPa、x為氧在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)。試求在此溫度及壓強(qiáng)下與空氣充分接觸后的水中，每立方米溶有多少克氧。

解：氧在空氣中的摩爾分?jǐn)?shù)為0.21.故：

yNH3???PNH3?PO2?PyO2?101.33?0.21?21.28kPa21.28?6xO2???6.43?103.31?1063.31?106PO2因xO2值甚小，故可以認(rèn)為X?x即：XO2?xO2?6.43?10?6

?g(O)?6.43?10?6?32?1.14?10?5kg(O2)/kg(H2O)?11.4?32?所以：溶解度?1?18?m(H2O)?Rupture9

3.某混合氣體中含有2%(體積)CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30℃，總壓強(qiáng)為506.6kPa。從手冊中查得30℃時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù)E=1.88x105KPa，試求溶解度系數(shù)H(kmol/（m3·kPa、）)及相平衡常數(shù)m，并計(jì)算每100克與該氣體相平衡的水中溶有多少克CO2。

解：(1).求H由H??EMH2O求算.

H??EMH2O?1000?43?2.955?10kmol/(m?kPa)51.88?10?18(2).求m

1.88?105m???371

?506.6E(1)當(dāng)y?0.02時(shí).100g水溶解的CO2(2)

PCO2??506.6?0.02?10.13kPa(3)

10.13?5x???5.39?105E1.88?10PCO2?因x很小，故可近似認(rèn)為X?x

?kmol(CO2)?44?kg(CO2)??5X?5.39?10?5??5.39?10?()???kmol(HO)18kg(HO)?2??2??kg(CO2)??1.318?10?4???kg(H2O)?

故100克水中溶有CO20.01318gCO2

4．在101.33kPa、0℃下的O2與CO混合氣體中發(fā)生穩(wěn)定的分子擴(kuò)散過程。已知相距0.2cm的兩截面上O2的分壓分別為13.33kPa和6.67kPa，又知擴(kuò)散系數(shù)為0.185cm2/s，試計(jì)算以下兩種狀況下O2的傳遞速率，kmol/(m2·s)：(1)O2與CO兩種氣體作等分子反向擴(kuò)散。(2)CO氣體為中止組分。

解：（1）等分子反向擴(kuò)散時(shí)O2的傳遞速率：

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D(PA1?PA2)RTZD?0.185cm2/s?1.85?10?5m2/s.T?273KNA?P?101.325kPa.Z?0.2cm?2?10?3mPA1?13.33kPa.PA2?6.67kPa1.85?10?5?52?NA??(13.33?6.67)?2.71?10(kmol/m?s)?38.314?273?2?10

（2）O2通過中止CO的擴(kuò)散速率

DPDPPB21.85?10?5?101.33101.33?6.67NA?(PA1?PA2)?ln?lnRTZPBmRTZPB18.314?273?2?10?3101.33?13.33?3.01?10?5kmol/m2?s5．一淺盤內(nèi)存有2mm厚的水層，在20℃的恒定溫度下逐漸蒸發(fā)并擴(kuò)散到大氣中。假定擴(kuò)散始終是通過一層厚度為5mm的靜止空氣膜層，此空氣膜層

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以外的水蒸氣分壓為零。擴(kuò)散系數(shù)為2.60×10m/s，大氣壓強(qiáng)為101.33KPa。求蒸干水層所需的時(shí)間。

解：這是屬于組分(A)通過中止組分的擴(kuò)散。

已知擴(kuò)散距離（靜止空氣膜厚度）為Z?5?10?3m.水層表面的水蒸氣分壓(20C)的飽和水蒸氣壓力為PA1?2.3346kPa.靜止空氣膜層以外;水蒸氣分壓為PA2?0

D?2.6?10?5m2/s.P?101.33kPa.T?273?20?293K單位面積上單位時(shí)間的水分蒸發(fā)量為

PB2DPDP2.6?10?5?101.33101.33NA?(PA1?PA2)?ln?lnRTZPBmRTZPB18.314?293?5?10?3101.33?2.3346?5.03?10?6kmol/(m2?s)故液面下降速度：

d?NA?MA5.03?10?6?18???9.07?10?8m/sd??L998.2水層蒸干的時(shí)間：

h5?10?3????2.205?104s?6.125h?8dh/d?9.07?106.試根據(jù)馬克斯韋爾-吉利蘭公式分別估算0℃、101.33kPa時(shí)氨和氯化氫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D(m2/s)，并將計(jì)算結(jié)果與表2-2中的數(shù)據(jù)相比較。

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解：(1).氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù).查表2.4知道，空氣的分子體積：

VB?29.9cm3/mol氨的分子體積：

VA?25.8cm3/mol

又知MB?29g/mol.MA?17g/mol

則0C.101.33kPa時(shí)，氨在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)可由MaxweaGilliland式計(jì)算.

DNH3114.36?10?5?(273)3/2?(?)1/2?521729??10614?10m/s1/31/3101.33???(25.8)?(29.9)??(2)同理求得

DHCl?1.323?10?5m2/s

7.在101.33kPa、27℃下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸氣。甲醇在氣、液兩相中的組成都很低，平衡關(guān)系聽從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.955kmol/(m3·kPa)，氣膜吸收系數(shù)kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù)kL=2.08×10-5kmol/(m2·kmol/m3)。試求總吸收系數(shù)KG，并算出氣膜阻力在總阻力中所占百分?jǐn)?shù)。解：總吸收系數(shù)

KG?111?kGHkC?111?1.55?10?51.955?2.08?10?5?1.122?10?5kmol/(m2?s?kPa)

氣膜P助在點(diǎn)P助中所占百分?jǐn)?shù).

1/kG1.122??72.3

1/kG?1/HkC1.558.在吸收塔內(nèi)用水吸收棍子空氣中的甲醇，操作溫度27℃，壓強(qiáng)101.33KPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5kPa，液相中甲醇組成為2.11kmol/m3。試根據(jù)上題中的有關(guān)數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速率。

解：吸收速率NA?KG(PA?PA?)由上題已求出kG?1.122?10?5kmol/(m2?s?kPa)又知：H?1.955kmol/(m3?kPa)

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則該截面上氣相甲醇的平衡分壓為

PA??C/H?2.11/1.955?1.08kPa.PA?5kPa.

則

NA?1.122?10?5?(5?1.08)?4.4?10?5kmol/(m2?s)?0.1583kmol/(m?h)2

9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kpa、25℃下用清水吸收混合氣中的H2S，將其組成由2%降至0.196(體積)。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)

LE=5.52×16kPa。若取吸收劑用量為理論最小用量的12倍，試計(jì)算操作液氣比VL及出口液相組成X1若壓強(qiáng)改為1013kPa，其他條件不變，再求V手及X1

解：（1）求101.33kPa下，操作液氣比及出口液相組成。

E5.52?104m???545.P101.33y0.02Y1?1??0.02041?y11?0.02Y2?y20.001??0.0011?y21?0.001X2?0Y?YL0.0204?0.001最小液氣比