化工原理課后習題答案

1、第五章 習題解答1） 1）總壓100 ，溫度25的空氣與水長時間接觸，水中的 的濃度為多少？分別用摩爾濃度和摩爾分率表示?？諝庵?的體積百分率為0.79。解：將空氣看作理想氣體：y=0.79p*=yp=79kPa查表得 E=8.76kPaH=C=p*.H=796.34210-5=5.0110-4kmol/m32） 2）已知常壓、25下某體系的平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為 大氣壓，溶質(zhì)A的分壓為0.54大氣壓的混合氣體分別與三種溶液接觸：溶質(zhì)A濃度為 的水溶液；溶質(zhì)A濃度為 的水溶液；溶質(zhì)A濃度為 的水溶液。試求上述三種情況下溶質(zhì)A在二相間的轉(zhuǎn)移方向。解： E=0.15104atm，p=0

2、.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054 平衡 氣相轉(zhuǎn)移至液相 液相轉(zhuǎn)移至氣相 P=3atm y=0.054 E=0.15104atm m=E/P=0.05104 x4=x3=5.410-5 氣相轉(zhuǎn)移至液相3） 3）某氣、液逆流的吸收塔，以清水吸收空氣硫化氫混合氣中的硫化氫?？倝簽?大氣壓。已知塔底氣相中含 1.5%（摩爾分率），水中含 的濃度為 （摩爾分率）。試求塔底溫度分別為5及30時的吸收過程推動力。解：查表得（50C） E1=3.19104kpa m1=E1/P=315p*1=Ex=0.3194） 4）總壓為100 ，溫度為15時 的亨利系數(shù)E為 。試計算：H、m的值（對稀

3、水溶液密度為 ）；若空氣中 的分壓為50 ，試求與其相平衡的水溶液濃度，分別以摩爾分率和摩爾濃度表示。5） 5）在總壓為100 、水溫為30鼓泡吸收器中，通入純 ，經(jīng)充分接觸后測得水中 的平衡溶解度為 溶液，溶液的密度可近似取為 ，試求亨利系數(shù)。解： p*=100KPa (mol/L)/kPa kPa6） 6）組分A通過另一停滯組分B進行擴散，若總壓為 ，擴散兩端組分A的分壓分別為23.2 和6.5 。實驗測得的傳質(zhì)系數(shù) 為 。若在相同的操作條件和組分濃度下，組分A和B進行等分子擴散，試分別求傳質(zhì)系數(shù) 和傳質(zhì)速率 。解：pA1=23.2KPa pA2=6.5KPa pB1=PpA1=78.1K

4、Pa pB2=94.8KPa7） 7）已知：柏油路面積水 ，水溫20，空氣總壓100 ，空氣中水汽分壓1.5 ，設(shè)路面積水上方始終有 厚的靜止空氣層。問柏油路面積水吹干需多長時間？解：該過程可看作一組分通過另一停滯組分的擴散過程 查表得 200C時 水的飽和蒸汽壓為P=1.5kPa 依題意 =2.3346kPa =1.5kPa 以為擴散為穩(wěn)定擴散，所以8） 8）試分別計算0及101.3 下 、 在空氣中的擴散系數(shù)，并與實驗值進行比較分析。解：(1) A：CO2，B：空氣，MA=44，MB=29VB=29.9，VA=34.0，P=101.3KPa，t = 273.2K(2)A：SO2，B：空氣，

5、MA=64，MB=29VB=29.9，VA=44.8，P=101.3KPa，t = 273.2K9） 9）試計算 在35水中的擴散系數(shù)，并與實驗值進行比較分析。解： A：HCl，B：H2O，MB=18，=2.6VA=3.7+21.6=25.3，T=308.2K，=0.7225cp10） 10） 某傳質(zhì)過程的總壓為300 ，吸收過程傳質(zhì)系數(shù)分別為 、 ，氣液相平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為 ，試求：吸收過程傳質(zhì)總系數(shù) 和 ；液相中的傳質(zhì)阻力為氣相的多少倍。解：10. (1)E = 10.67103kPa，P = 300kPa， Ky = 0.3919 Kx = 13.94(2)11）在填料塔

6、內(nèi)以水吸收空氣氨混合氣中的氨。已知：總壓P為1大氣壓，溫度t為20，亨利系數(shù)E為 ，氣相體積傳質(zhì)分系數(shù) 為 ，液相體積傳質(zhì)分系數(shù) 為 。氣相中含氨5.4%（體積），液相中含氨0.062（摩爾分率），液相可按稀溶液處理。試求氣、液界面處平衡的濃度以及氣相傳質(zhì)阻力占總阻力的分率。解：m=E/P=76.6/101.33=0.756 y=0.054 x=0.062 c=1000/18=55.56kmoL/m 得： 氣相阻力占總阻力分率為： 12)若某組分在氣相中的摩爾分率保持不變，將其總壓增大一倍，但其質(zhì)量流速不變，試分析 和 的變化情況？解： P, DP不變，(pB2pB1)=2(pB2pB1)ky

7、=Pkg NA=ky(y1y2) 13)用填料塔進行逆流吸收操作，在操作條件下，氣相、液相傳質(zhì)系數(shù)分別為 和 。試分別計算相平衡常數(shù) 為0.1和100時，吸收傳質(zhì)過程的傳質(zhì)阻力分配情況。若氣相傳質(zhì)分系數(shù) ，當氣相流量G增加一倍時，試分別計算上述兩種情況下總傳質(zhì)系數(shù)增大的倍數(shù)。解：ky = 0.013 kmol/(m2s)， kx = 0.026 kmol/(m2s)m = 0.1時， , m = 100時， , G= 2G，ky= 20.8ky=0.02263m = 0.1時，m = 100時，14) 對低濃度氣體吸收，當平衡關(guān)系為直線時，試證明：式中 分別為塔底與塔頂兩端面上的氣相吸收推動力

8、。證明： 15）用純?nèi)軇Φ蜐舛葰怏w作逆流吸收，可溶組分的回收率為 ，實際液氣比為最小液氣比的 倍。物系平衡關(guān)系服從亨利定律。試以 兩個參數(shù)列出計算 的計算式。解：令進塔氣體濃度為y1，則出塔氣體濃度為 Vy2Lx2Vy1Lx116）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的 ，氣相流量為 （標準狀況），進塔氣體中含 6.0%（體積），要求條件下的平衡關(guān)系 ，操作液氣比為最小液氣比的1.6倍。試求：吸收劑用量和出塔液體組成；寫出操作線方程；氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。 解： x2 = 0，y1 = 0.06，y2 = 0.06(10.95) = 0.003 V = 300m3/h = 12.27kmol/

9、h，, m = 1200L = 22380.48 kmol/hV(y1y2) = L(x1x2) = Lx1 x1 = 3.12510-5(2) (3) (3) 17）試按吸收因數(shù)法推導出以液相濃度差為推動力的吸收過程傳質(zhì)單元數(shù)計算式： 18）以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣氨混合氣中的氨，進塔氣中含氨4.0%（體積），要求回收率 為0.96，氣相流率G為 。采用的液氣比為最小液氣比的1.6倍，平衡關(guān)系為 ，總傳質(zhì)系數(shù) 為 。試求：塔底液相濃度 ；所需填料層高度 。y2x2y11x1解： 19）接上題，若氣、液相接觸改為并流操作，氣、液流量及進口濃度都不變，填料層高度為上題算出的 ，操作溫度、壓強

10、亦不變，問回收率 為多少？ 20）試在“yx”圖中定性畫出下列各吸收流程的操作線與平衡線 G,y1 L x2 y3 y2 L1,x2 y2 x3 L,x2 y4 L2x3 y2 L2=L1/2 L/2,x1 L/2,x3 G,y1 L3,x1 G1,x3 x1 G1=G2 G2,y321）在一逆流接觸的填料吸收塔中，用純水吸收空氣氨混合氣中的氨，入塔氣體中含 9%，要求吸收率為95%，吸收劑用量為最小用量的1.2倍，操作條件下的平衡關(guān)系為 。傳質(zhì)單元高度為0.8m。試求：填料層高度 ；若改用含 0.05%（摩爾分率）的稀氨水作吸收劑， 及其它條件均不變，吸收率為多少？ 22）以清水在填料塔內(nèi)逆

11、流吸收空氣二氧化硫混合氣中的 ，總壓為1 ，溫度為20，填料層高為4m?；旌蠚饬髁繛?.68 ，其中含 為0.05（摩爾分率），要求回收率90%，塔底流出液體濃度為 。試求：總體積傳質(zhì)系數(shù) ；若要求回收率提高至95%，操作條件不變，要求的填料層高度為多少？23）接上題，若液體流量增大15%，其它操作條件不變。已知 ， 。式中： 的單位是 。問回收率 為多少？24）一逆流操作的吸收塔中，如果 為0.75，相平衡關(guān)系為 ，吸收劑進塔濃度 為0.001（摩爾分率，下同）進氣濃度為0.05時，其回收率為90%，試求進氣濃度為0.04時，其回收率為多少？若吸收劑進口濃度為零，其它條件不變，則其回收率又如

12、何？25）某混合氣體中含溶質(zhì)5%（體積），要求回收率為85%。吸收劑進塔濃度為0.001（摩爾分率），在20，101.3 下相平衡關(guān)系為 。試求逆流操作和并流操作的最小液氣比各為多少？由此可得到什么結(jié)論？Gy2Lx2Gy1Lx1解： 逆流：y1 = 0.05，y2 = 0.05(10.85) = 0.0075，y1y2x2x1*m = 40，x2 = 0.001并流：y1 = 0.05，y2 = 0.0075，Gy2Lx2Gy1Lx1m = 40，x1=0.001y1y2x1x2*26） 用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的可溶組分。進塔氣體濃度為0.048（摩爾分率），要求回收率 為92%。取液氣比為

13、最小液氣比的1.6倍。氣液逆流，平衡關(guān)系 ，氣相總傳質(zhì)單元高度為0.62米。試求填料層高 。又，為增大填料潤濕率，采用吸收劑再循環(huán)流程，氣體流量及進、出塔的濃度不變，補充的純?nèi)軇┝髁亢蛡髻|(zhì)單元高度均不變，循環(huán)液流量與補充液流量之比為0.10。試求此操作所需的填料層高度 。 27）在填料塔中，用純油吸收空氣中的苯，入塔混合氣量為 ，其中含苯6%（體積），要求出塔氣體中含苯不高于0.5%（體積），操作條件下的平衡關(guān)系 ，實際液氣比取最小液氣比的1.5倍。試求：吸收劑用量及出塔液相濃度；全塔對數(shù)平均推動力 ；若采用吸收劑循環(huán)流程，在保證原吸收率不變的條件下，入塔液體濃度和循環(huán)液量最大應(yīng)為多少？畫出兩

14、種情況下操作線示意圖。 28）空氣四氯化碳化合氣體中含四氯化碳5%（體積，下同），氣相流量G為 ，要求回收率90%。吸收劑分兩股，第一股含四氯化碳為0.002，從塔頂進入塔內(nèi)；第二股含四氯化碳0.010，從塔中部某處進入塔內(nèi)。兩股吸收劑用量相同，均為 。已知操作條件下體系的相平衡關(guān)系為 ，試計算：出塔液體濃度為多少？若全塔傳質(zhì)單元高度為0.8米，則第二股吸收劑加入的最適宜位置（加入口至塔底的高度）應(yīng)在何處。Gy2Lx2Lx2Gy12Lx12Lx2解： (1) y1 = 0.05，y2 = 0.05(10.9) = 0.005，G = 0.042kmol/(m2s)，x2 = 0.002，x2

15、= 0.01，m = 0.5y L1 = L2 = 0.021kmol/(m2s) x1 = 0.051(2) ， H = HOGNOG = 0.83.625 = 2.9 m29) 29) 礦石焙燒爐氣中含SO24.5%(體積)，其余惰性氣體按空氣計。爐氣冷卻后在填料塔中以清水逆流吸收爐氣中的SO2。操作壓強為1atm，操作溫度為30。塔徑為0.8m，填料層高為10m，要求回收率為95%，進塔爐氣流量為1150m3/h(標準狀態(tài))。已知kGa為510-4kmol/(sm3kPa)，kLa=510-21/s。試求： 塔底液體濃度為多少? 若將爐氣進一步降溫后再吸收，其操作溫度降至20時，其回收率為多少?設(shè)其它操作條件不變，kGa和kLa的值均不變。經(jīng)試差得：x10.000775（塔底出液濃度）30）一正在操作的逆流吸收塔，進口氣體中含溶質(zhì)濃度為0.05（摩爾分率，下同），吸收劑進口濃度為0.001，實際液氣比為4，操作條件下平衡關(guān)系為 ，此時出口氣相中含溶質(zhì)為0.005。若實際液氣比下降為2.5，其它條件不變，計算時忽略傳質(zhì)單元高度的變化，試求此時出塔氣體濃度及出塔液體濃度各