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?10kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3。
解：水溶液中CO2的浓度为
5c?350/1000kmol/m3?0.008kmol/m3 44997.8kmol/m3?55.43kmol/m3 18对于稀水溶液，总浓度为 ct?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 ?p?p?p*?pty? 其对应的总吸收系数为
3c1.06?(110.5?0.032?)kPa?2.074kPa H0.72511111???(?)(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/m?1.504kmol/m 其对应的总吸收系数为
33 1
K?L11H?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% ?61/KGkG5.2?10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=2.12×10-5 m/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 18 kx?ctkL＝55.39?2.12?10?5kmol/(m2?s)?1.174?10?3kmol/(m2?s)
ct?111112???(?)(m?s?kPa)/ kmol kGKGHkL1.206?10?52.126?2.12?10?5?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?997.0 m???0.248
Hp总MS2.126?105.0?1810.248 1?1?m?(?)(m2?s)/kmol?7.896?102(m2?s)/kmol ?3?3Kykykx1.729?101.174?10 Ky?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)
?52?32 KY?ptKG?105.0?1.206?10kmol/(m?s)?1.266?10kmol/(m?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101.3 kPa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。
2
（1） 试计算吸收液的组成；
（2） 若操作压力提高到1013 kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。
解：（1）Y1?y10.04??0.0417 1?y11?0.04 Y2?y20.002??0.002 1?y21?0.002E4.13?103 m???40.77
pt101.3吸收剂为清水，所以 X2?0
?qn,L??q?n,Vqn,Lqn,V?Y1?Y20.0417?0.002???38.81 ???minY1/m?X20.0417/40.77?0?qn,L?1.45??q?n,V? ???1.45?38.81?56.27?min 所以操作时的液气比为
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??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??q ?n,L?q?n,V
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?0.032 Y2?Y1?1??A??0.0331??1?0.98??0.000662
Y10.0331??9.594?10?4 m34.5 X1?0.76X1*?0.76?9.594?10?4?7.291?10?4
X1*? 惰性气体的流量为
qn,V?45?(1?0.032)kmol/h?43.56kmol/h
3
水的用量为
qn,L?qn,V(Y1?Y2)X1?X2?43.56??0.0331?0.000662?kmol/h?1.938?103kmol/h ?47.291?10?0qm,L?1.938?103?18kg/h?3.488?104kg/h
求填料层高度 HOG?qn,VKYa??43.56/3600m?0.429m
0.0562?0.785?0.82?4 ?Y1?Y1?Y1*?0.0331?34.5?7.291?10?0.00795
?Y2?Y2?Y2*?0.000662?34.5?0?0.000662
1.0
y 0.90.80.70.60.50.40.3a5de
b0.20.10.00.011cxW0.10.20.30.4xF0.50.60.70.80.9X xD1.0 NOG?Y1?Y20.0331?0.000662??11.07 ?Ym0.00293 Z?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?qn,L??q?n,V?Y1?Y2??m?A ??Y/m?X12?min?200??2.632 ??47.5?1.6?min依题意
(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
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