化工原理王志魁第五版习题解答：第五章吸收.docx

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1、第五章吸收气液相平衡【5-5】空气中氧的体积分数为21%,试求总压为101.325依%,温度为IOC时，1W水中最大可能溶解多少克氧？已知IoC时氧在水中的溶解度表达式为p*=3.313x1()6,式中p*为氯在气相中的平衡分压，单位为kPa；为溶液中氧的摩尔分数。解总压=IO1.325”空气中O?的压力分数pA/p=体积分数=0.21空气中。2的分压p；=0.21101.325kPa亨利系数E=3.313106(1)利用亨利定律p；=计算与气相分压PA=O.21x1O1.325S相平衡的液相组成为X=0,21x1t3f5=6.4210hno1。/如也溶液E3.313106此为Ikmo1水溶液

2、中最大可能溶解6.4210eikmo1O2因为溶液很稀，其中溶质很少Ikmo1水溶液1674水=18kg水10,水的密度p=999.7m3故Ikmo1水溶液18/999.7水即水中最大可能溶解6.42x106珈H氧999.7故1/水中最大可能溶解的氧量为6.42IO-6999.7_S=3.5710kmo1O,1823.57XIOTX32=114XICT?喇=I1AgQ2(2)利用亨利定律p；=务计算HPS.999.7.EMx3.31310fi181.67610-7w(w3APa)Im水中最大可能溶解的氧量为ca=p；H=(0.21x101.325)(1.67610-5)=3.5710,hno1

3、O2/ni溶液3.5710-432=1.1410-zjO2=I1AgO25-9Co2分压力为50kPa的混合气体，分别与Co2浓度为0.0WM的水溶液和CO2浓度为0.05灯如病的水溶液接触。物系温度均为25,气液相平衡关系”=1.662x105H为。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CCh在两种情况下属于吸收还是解吸。解温度f=25C,水的密度为以=997Ag/混合气中CO2的分压为p=50kPa水溶液的总浓度g且=-bno1fri水溶液M18(1)以气相分压差表示的吸收推动力液相中CO2的浓度CA=0.01bno1CO2/ms水溶液液相中CO2的摩

4、尔分数x=cac=0，Q1=1.805IO-1A997/18与液相平衡的气相平衡分压为*=1.662105x=1.662IO51.8051OT=30kPa气相分压差表示的推动力p4=Pa-Pa*=50-30=20kPa(吸收)液相中CO2的浓度ca=().()5kmo1/m3水溶液液相中CO2的摩尔分数X=cac=05=9.027XIOTA997/18与液相平衡的气相平衡分压为Pa*=1.662105x=1.6621059.0271OT=150kPa气相分压差表示的推动力p=pA*pa=150-50=00kPa(解吸)(2)以液相浓度差表示的吸收推动力与气相CQ分W,=50kPa平衡的液相组成

5、为v=PA=50A-1.662IO5-1.662XIO5平衡的液相浓度液相中CO2的浓度CA=O.01切3Co/水溶液液相浓度差表示的推动力为ca=。；一CA=0.01666-0.01=0.00666kmo1m3（吸4攵）液相中CO2的浓度C入=0.05hno1CO2/水溶液液相浓度差表示的推动力为c一。；=005-0.01666=0.0333切?H/（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25C,在管的上口有大量干空气(温度25C,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K)Omm。试计算在稳定状态下的汽化速率，切切/

6、(/.$)。解25时水的饱和蒸气压为3.2895&从教材表5-2中查得，25,101.325m/条件下，H2O在空气中的分子扩散系数D=0.256cw2/S=0.256101W/S。扩散距离Z=100,即=0.1m,总压P=101.325kPa水表面处的水汽分压PAI=32895Apa空气分压Pbx=P-Pm=101.325-3.2895=98.04kPa管上口处有大量干空气流过，水汽分压幺2=0空气分压/2=101.325以空气分压的对数平均值为_爪-PB1_32895_Pxq-1n101325-8Pfn98.04水的汽化速率NA=xx（Pa-Pa2）=0256x1。YXg3.45x10-7

7、.Ms）8.3142980.199.8v7v,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=2.5x10-5加W(.s),液膜传质系数戏=3.5x10-3切昭(病.加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10132560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NAO解（1）气相总传质系数Ky1m+kYkX10.72.5105+3.5103=4x104+2102=4.02104/Cr=2.48810-5kmo

8、1(m2s)气膜阻力1/k=410,(m2s)/ktno1,液膜阻为m/kx=21O2(m2S)IIcmo1。气膜阻力与总阻力的比值为此=4x104995,为气膜控制。1Ky4.02104(2)传质速率NAy=-=-=0.0519p-pA101.325-5XQQ1RX=0.0152,y*=mX=0.70.0152=0.0106-11-0.015NaKy(Y-Y*)2.48810(0.0519-0.0106)=1.0310-6kmo1(m2.s)【5-13】若吸收系统服从亨利定律，界面上气液两相平衡，推导出K1与此、kG的关系。解因吸收系统服从亨利定律：=Hpx界面上气液两相平衡：CAi=HPA

9、i(1)(2)(3)由NA=K1(或一CA)得JNA=(c；_CA)k1由NA=AG(PA-PAi)得*NA=kG(-y-NA=(CEcAi)HHkG由NA=Z1(CAi-CA)得；NA=(CA1A)K111H(2)式+(3)式，并与(1)式比较得=+K1k.kr,吸收塔的计算【5-16】在一吸收塔中，用清水在总压（MM4、温度20条件下吸收混合气体中的CO2,将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20C时CCh水溶液的亨利系数石=144MP吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比1/G及溶液出口组成x;(2)试求总压改为IA时的1ZG及乂。解总压=0.1MP加/GgX=X-=-

10、02=0.02041,E0.001,X2=O11-y11-0.0222/w=Ep=1440.1=1440田XY_0.020410.001_1369IGy1YJm-X20.02041/1440-0=1.2|I=1.2x1369=1643GIGAn2+41)=0+。-。2。41-。*1，121vi271643总压P=IMR1时的1/G及Xm=E/p=144/1=144(1/G焉0.02041-0,0010.02041/144=136.91G=1.2(1G)min=1.2136.9=164.3V0.02041-0.001X=164.3=1I8x1OT从上述计算结果可知，总压从S1MPa增大到IMPa,溶液出口组成从118x1O5增加到118x1(T*。