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化工原理（天津大学第二版）下册部分答案
第8章
2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数E?1.66?105kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3。
解：水溶液中CO2的浓度为
c?350/1000kmol/m3?0.008kmol/m3 44对于稀水溶液，总浓度为
ct?997.8kmol/m3?55.43kmol/m3 18水溶液中CO2的摩尔分数为
c0.008x???1.443?10?4
ct55.43由 p*?Ex?1.66?105?1.443?10?4kPa?23.954kPa
气相中CO2的分压为
p?pty?101.3?0.03kPa?3.039kPa < p*
故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO2的分压表示的总传质推动力为
?p?p*?p?(23.954?3.039)kPa?20.915kPa
3.在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y?0.032、气膜吸收系数kG=5.2×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=1.55c?1.06koml/m。×10-4 m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725 kmol/(m3·kPa)。 （1）试计算以?p、?c表示的总推动力和相应的总吸收系数；
（2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为
3?p?p?p*?pty?c1.06?(110.5?0.032?)kPa?2.074kPa H0.725 其对应的总吸收系数为
11111???(?)(m2?s?kPa)/kmol ?4?6KGHkLkG0.725?1.55?105.2?10?(8.899?103?1.923?105)(m2?s?Pa)/kmol?2.012?105(m2?s?Pa)/kmol
KG?4.97?10?6kmol/(m2·s·kPa)
以液相组成差表示的总推动力为
?c?c*?c?pH?c?(110.5?0.032?0.725?1.06)kmol/m3?1.504kmol/m3
其对应的总吸收系数为
KL?11H?kLkG?110.725?1.55?10?45.2?10?6m/s?6.855?10?6m/s
（2）吸收过程的控制因素
气膜阻力占总阻力的百分数为
1/kGKG4.97?10?6???100%?95.58% 1/KGkG5.2?10?6气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。
4. 在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为105.0 kPa，操作温度为25 ℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.126
kmol/(m3·kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5 kPa，液相组成为2.85 kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12×10-5m/s，气相总吸收系数KG＝1.206×10-5 kmol/(m2·s·kPa)。求该截面处（1）膜吸收系数kG、kx及ky；（2）总吸收系数KL、KX及KY；（3）吸收速率。
解：(1) 以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25 ℃时水的密度为
??997.0kg/m3
溶液的总浓度为
997.0kmol/m3?55.39kmol/m3 18kx?ctkL＝55.39?2.12?10?5kmol/(m2?s)?1.174?10?3kmol/(m2?s)
ct?11111???(?)(m2?s?kPa)/ kmol ?5?5kGKGHkL1.206?102.126?2.12?10?6.073?104(m2?s?kPa)/ kmol
kG?1.647?10?5kmol(m2?s?kPa)
ky?ptkG?105.0?1.647?10?5kmol/(m2?s)?1.729?10?3kmol/(m2?s)
KG1.206?10?5（2）由KL??m/s?5.673?10?6m/s
H2.126?997.0m???0.248
Hp总MS2.126?105.0?1811m10.248???(?)(m2?s)/kmol?7.896?102(m2?s)/kmol ?3?3Kykykx1.729?101.174?10Ky?1.266?10?3kmol(m2?s)Kx?mKy?0.248?1.266?10?3kmol/(m2?s)?3.140?10?4kmol/(m2?s)
因溶质组成很低，故有
KX?ctKL?55.39?5.673?10?6kmol/(m2?s)?3.142?10?4kmol/(m2?s)
KY?ptKG?105.0?1.206?10?5kmol/(m2?s)?1.266?10?3kmol/(m2?s)
（3）吸收速率为
?52NA?KL?c*?c??5.673?10?6??2.126?7.5?2.85?kmol/(m2?s)?1.310?10kmol/(m?s)
5. 在101.3kPa及25 ℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103 kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。
（1）试计算吸收液的组成；
（2）若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。 解：（1）Y1?y10.04??0.0417 1?y11?0.04Y2?y20.002??0.002 1?y21?0.002E4.13?103m???40.77
pt101.3吸收剂为清水，所以X2?0
?qn,L??q?n,V?Y1?Y20.0417?0.002???38.81 ??Y/m?X0.0417/40.77?012?min? ???1.45?38.81?56.27?min 所以操作时的液气比为
?qn,Lqn,L?1.45??qqn,V?n,V 吸收液的组成为
X1?qn,Vqn,L?Y?Y??X122?1??0.0417?0.002??0?7.054?10?4 56.27E4.13?103（2）m????4.077
pt?1013?qn,L??q?n,V??Y1?Y20.0417?0.002???3.881 ??0.0417?minY1/m??X2?04.077???qn,L??qn,L? ??q???1.45??q???1.45?3.881?5.627?n,V??n,V?min??qn,V?1?3 X1???Y?Y?X??0.0417?0.002?0?7.055?10?????122?q?5.627?n,L?
6. 在一直径为0.8 m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45 kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为Y?34.5X，气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。
解：Y1?y10.032??0.0331 1?y11?0.032Y2?Y1?1??A??0.0331??1?0.98??0.000662
X1*?Y10.0331??9.594?10?4 m34.5X1?0.76X1*?0.76?9.594?10?4?7.291?10?4
惰性气体的流量为
qn,V?45?(1?0.032)kmol/h?43.56kmol/h
水的用量为
qn,L?qm,L43.56??0.0331?0.000662?kmol/h?1.938?103kmol/h?4X1?X27.291?10?0?1.938?103?18kg/h?3.488?104kg/h qn,V(Y1?Y2)? 求填料层高度
HOG?qn,VKYa??43.56/3600m?0.429m 20.0562?0.785?0.8?Y1?Y1?Y1*?0.0331?34.5?7.291?10?4?0.00795
?Y2?Y2?Y2*?0.000662?34.5?0?0.000662
1.00.90.80.70.6a5de
y 0.50.40.3b0.20.10.00.011cxW0.10.20.30.4xF0.50.60.70.80.9X xD1.0NOG?Y1?Y20.0331?0.000662??11.07 ?Ym0.00293Z?NOGHOG?11.07?0.429m?4.749m
7. 某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为221 m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为Y?2.75X；气相总吸收系数为3?10kmol/(m?s)；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。
解：（1）惰性气体的流量为
?42qn,V?50?(1?0.05)kmol/h?47.5kmol/h
对于纯溶剂吸收
?qn,L??q?n,V依题意
?Y1?Y2??m?A ???minY1/m?X2?200??2.632 ???min47.5?1.6?qn,L??q?n,V(qn,L/qn,V)min2.632??95.71%
m2.75y10.05（2）Y1???0.0526
1?y11?0.05?A?Y2?Y1?1??A??0.0526??1?0.9571??0.00226 X1?qn,Vqn,L?Y1?Y2??X2?47.5??0.0526?0.00226??0?0.0120
200?Y1?Y1?Y1*?0.0526?2.75?0.0120?0.0196
?Y2?Y2?Y2*?0.00226?2.75?0?0.00226
?Ym??Y1??Y20.0196?0.00226??0.00803 ?Y0.0196lnln10.00226?Y2NOG?Y1?Y20.0526?0.00226??6.269 ?Ym0.00803