化工原理-第五章-吸收课后习题及答案

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，.02y摩尔分数摩尔比..020251102yYy．【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//117=0．0105117100／18x浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982skgm代替。溶液中NH3的量为/311017nkmol溶液的体积/.33101109982Vm溶液中NH3的浓度//.33311017==0．581／101109982nckmolmV或. 3998200105058218sscxkmolmM．．／NH3与水的摩尔比的计算//1170010610018X．或..00105001061100105xXx．【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  122111YYYYY被吸收的溶质量原料气中溶质量解原料气中NH3的摩尔分数0.1y摩尔比...1110101111101yYy吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为()...211109011100111YY（）摩尔分数...22200111=0010981100111YyY气液相平衡【5-4】l00g水中溶解lg3NH，查得20℃时溶液上方3NH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/()3kmolmkPa]和相平衡常数m。总压为100kPa。解液相中3NH的摩尔分数/.//1170010511710018x气相中3NH的平衡分压*.0798PkPa＝亨利系数*./.07980010576Epx／液相中3NH的浓度/./.333110170581101109982nckmolmV／溶解度系数/*./../()3058107980728HcpkmolmkPa液相中3NH的摩尔分数//1170010511710018x．／气相的平衡摩尔分数**.0798100ypp／／相平衡常数*...079807610000105ymx或//.76100076mEp【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa，温度为10℃时，31m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*.6331310px，式中*p为氧在气相中的平衡分压，单位为kPax；为溶液中氧的摩尔分数。解总压.101325pkPa空气中2O的压力分数.021App／体积分数空气中2O的分压*..021101325ApkPa亨利系数 .6331310EkPa(1)利用亨利定律*ApEx计算与气相分压..021101325ApkPa相平衡的液相组成为*. ..62602110132564210331310ApxkmolOkmolE．／溶液此为1kmol水溶液中最大可能溶解.6264210kmolO因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol水溶液≈1kmol水=18kg水10℃，水的密度 .39997kgm／故1kmol水溶液≈.3189997m／水即.3189997m水中最大可能溶解.664210kmol氧故31m水中最大可能溶解的氧量为...6426421099973571018kmolO...4222357103211410O114Okgg(2)利用亨利定律*AAcpH计算...5369997==167610／33131018ssHkmolmkPaEM31m水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).543202110132516761035710AAcpHkmolOm／溶液 ...4222357103211410114kgOgO【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80EkPa。试求氨水溶液的最大浓度，33NH／kmolm溶液。解气相中3NH的摩尔分数.0015y总压203pkPa，气相中3NH的分压*.2030015AppykPa(1)利用亨利定律*pEx计算与气相分压p相平衡的液相中NH3的摩尔分数为*..20300150038180ApxE3NH水溶液的总浓度. /3998218ssckmolmM水溶液中3NH的最大浓度.99820038118Accx．./33211kmolNHm溶液(2)利用亨利定律*AAcpH计算.,3998280==0．693kmol/(mkPa)8018ssEkPaHEM*(.)..3320300150693211kmolNH/mAAcpH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，.'01时1660，1pMPampMPa时.''01=1660=1661pmmp亨利系数''166EmpmpMPa【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30012kmolNHkmol．／水。此物系的平衡关系为*.076YX。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.1006y，则/./..111100609400638Yyy已知.20004y，则./..32000410004=40210Y已知10.012X，则*10.760.0120.00912Y已知20X，则*20Y塔顶气相推动力*32224.0210=YYY塔底气相推动力*1110.06380.009120.0547YYY【5-9】CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为./3001kmolm的水溶液和CO2浓度为.3005kmolm／的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系*.5166210pxkPa。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25℃t，水的密度为/3s997kgm混合气中CO2的分压为50pkPa水溶液的总浓度/39718ssckmolmM水溶液(1)以气相分压差表示的吸收推动力①液相中CO2的浓度 .32001AckmolCOm／水溶液液相中CO2的摩尔分数././4001=18051099718Axcc与液相平衡的气相平衡分压为*...55416621016621018051030pxkPa气相分压差表示的推动力*503020pppkPa（吸收）②液相中CO2的浓度30.05kmolm／Ac水溶液液相中CO2的摩尔分数40.05/9.02710997/18Axcc与液相平衡的气相平衡分压为*...554166210166210902710150pxkPa气相分压差表示的推动力 *15050100pppkPa（解吸）(2)以液相浓度差表示的吸收推动力与气相250COpkPa分压平衡的液相组成为 *..5550166210166210px平衡的液相浓度①液相中CO2的浓度./32001AckmolCOm水溶液液相浓度差表示的推动力为*...3001666001000666kmol／mAAccc（吸收）②液相中CO2的浓度320.05CO/Ackmolm水溶液液相浓度差表示的推动力为*.../300500166600333AAccckmolm（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。试计算在稳定状态下的汽化速率，()2kmolms／。解25℃时水的饱和蒸气压为.32895kPa从教材表5-2中查得，25℃，.101325kPa条件下，H2O在空气中的分子扩散系数././2420256025610Dcmsms。扩散距离.m10001Zmm，总压101.325pkPa水表面处的水汽分压.132895ApkPa空气分压..1110132532895BAppp.9804kPa管上口处有大量干空气流过，水汽分压20Ap空气分压.2101325BpkPa空气分压的对数平均值为习题5-10附图...lnln.2121328959981013259804BBBmBBpppkPapp水的汽化速率12AAABmDpNppRTZp..../...47202561010132532895034510831429801998kmolms【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.101325kPa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/31540kgm。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.4155610s。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ln2202ARTZZDppMpp已知CCl4液体密度/31540kgm48℃时CCl4的饱和蒸气压.376ApkPa总压.10132527348321pkPaTK，开始02Zcm，终了3ZcmCCl4的蒸发时间.4155610sCCl4的摩尔质量/154Mkgkmol摩尔气体常数.()8314RkJkmolK／已知数据代入计算式，得扩散系数./200912Dcms【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./()522510Ykkmolms，液膜传质系数./()323510Xkkmolms。气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数0.7m。总压为.101325kPa。试求：(1)气相总传质系数YK，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AN。解(1)气相总传质系数YK42531110.74102102.5103.510YYXmKkk44.021052.488102kmol/msYK气膜阻力/()/421410Ykmskmol，液膜阻为22210()/／xmkmskmol。气膜阻力与总阻力的比值为441/4100.9951/4.0210YYkK，为气膜控制。(2)传质速率AN50.0519101.3255AApYpp.*..001500152070015200106110015xXYmXx．，．．2*....kmol/m.s56248810005190010610310AYNKYY【5-13】根据，Aii