【化工原理期末考試習題】題庫及習題答案

第六章吸取1.從手冊中查得101.33kPa,25℃時,假設100g水中含氨1g,則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987kPa。在此濃度范圍內溶液聽從亨利定律，試求溶解度系數Hkmol/(m3·kPa)及相平衡常數mx=〔1/17〕/[〔1/17〕+〔100/18〕0.0105y0.987/101.330.00974ymxmy/x0.00974/0.0105=0.928液相體積摩爾分數C=〔1/17/10110-/103=0mol/m3P=C/HH=C/P=0.5824/0.987=0.590kmol/(m3·kPa)2.101.33kPa,10℃時，氧氣在水中的溶解度可用P=3.31×106x表示。式中：P為氧在氣相中的分壓kPa；x為氧在液相中的摩爾有多少克氧。解：氧在氣相中的分壓P=101.33×21％=21.28kPa21.28/〔3.31×106〕0.00643×103每立方米溶有氧0.0064×103×32/〔18×10-6〕11.43g32％〔體積〕CO2，其余為空氣。混合氣體的溫度為30506.6kPa。從手冊中查得30℃時CO2在水中的亨利系數E=1.88×105kPa，試求溶解度系數Hkmol/(m3·kPa)及相平衡常數m，并計算每100g與該氣體相平衡的水中溶有多少gCO2 。解：由題意y=0.02，m=E/P =1.88×105/506.6=0.37×103總依據亨利定律y=mx得x=y/m=0.02/0.37×103=0.000054 即100g與該氣體相平衡的水中溶有CO20.000054×44×100/180.0132gH=ρ/18E=103/〔10×1.88×105〕=2.955×10-4kmol/(m3·kPa)在101.33kPa，27℃下用水吸取混于空氣中的甲醇蒸汽。甲醇解度系數H=1.995kmol/(3·kPaG=×kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸取系數kL=2.08×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。試求總吸取系數KG，并計算出氣膜阻力在總阻力中所的百分數。解：由1/KG=1/kG+1/HkL 可得總吸取系數1/KG=1/1.55×10-5 +1/〔1.995×2.08×10-5〕KG=1.128×10-5kmol/(m2·s·kPa)氣膜阻力所占百分數為〔1/〔1/G1/HLL/〔HkL+kG〕1.55〕

=0.928=92.8％在吸取塔內用水吸取混于空氣中的甲醇，操作溫度為27℃，壓強101.33kPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內某截面上的氣相甲醇分壓為5kPa，液相中甲醇濃度位2.11kmol/m3。試依據上題有關的數據算出該截面上的吸取速率。解：由可得kG1.128×10-5kmol/(m2·s·kPa)依據亨利定律PC/H得液相平衡分壓P*=C/H=2.11/1.995=1.058kPa∴NA=KG(P-P*)=1.128×10-5〔5-1.058〕=4.447×10-5kmol/(m2·s)=0.16kmol/(m2·h)101.33kPa，25℃下用清水吸取混合氣中的CO2，將其濃度從2％降至0.1％〔體積。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數Ｅ=5.52×104kPa。假設吸取劑為最小理論1.2倍，試計算操作液氣比L/V及出口組成X。，=0.001m=E/P =5.52×104/101.33=0.0545×104YY總YY由〔 〕min

=〔Y1-

*=〔Y1-

/m〕=〔0.0204-0.001〕/〔0.0204/545〕=518.28L/V=1.2〔L/V〕min=622由操作線方程Y=〔L/V〕XY2

-〔L/V〕X

2液相組成2YX1=〔Y1- Y

〕/〔L/V〕=〔0.0204-0.001〕/622=3.12×10-5化，導致出口液相組成變化m‘=E/P

’=5.52×104/10133=0.0545×10-5總min〔L/V〕‘=1.2〔L/V〕’=62.2minYX1‘=〔Y1- Y

〕/〔L/V〕’=〔0.0204-0.001〕/62.2=3.12×10-4依據附圖所列雙塔吸取的五種流程布置方案，示意繪出與各操作線端點坐標。在101.33kPa下用水吸取混于空氣中的中的氨。氨的摩爾0.140℃下進入塔底，體積流量為0.5563s空塔氣速為1.2m/1.1氨的吸取率為95％，且已估算出塔內氣相體積吸取總系數KYa的平均值為0.1112kmol/(m3·s).在操作條件下氣液平衡關系為Y*=2.6X，試求塔徑及填料層高度。G=πD2u/4∴D=(4G/πu)1/2=[(4×0.556)/(3.14×1.2)]1/2=0.77mY1=0.1/0.9=0.1112 y=y〔1-η〕=0.05×0.1=2 Y2=0.005/0.995=0.005〔L/V〕

=〔Y-Y

X

2.46

min

1 2 1〔L/V〕=1.1(L/V)min=2.71〔一〕對數平均推動力法Y=(L/V)X+Y

X

=(V/L)(Y

-Y)

2 1 1 21=0.0391再由Y*=2.6X，計算Y1*=0.039*2.6=0.10142X2=0Y*=02m 1 2 1 2ΔY=〔ΔY-ΔY〕/ln(ΔY-m 1 2 1 2=[=0.007

0.11-0.10140.005]/ln

0.11-0.101OG 1 2 ∴Ν =〔Y-Y〕/ΔY =〔0.111-0.005〕OG 1 2 =15.14〔二〕脫吸因數法SmV2.60.96L 2.711 YY* N ln1S 1 2 SOG 1S Y2

Y*2=1/(1-0.96)ln[(1-0.96)*0.111/0.005+0.96]=15.35惰性氣體流量G”=0.556×(1-0.1)=0.556×0.9=0.5004m3/s=〔0.5004×101.33×103〔8.314×31〕=19.49mol/sHOG=V/(KYaΩ)=(19.49×10-3)/(0.1112π×0.772/4)=0.37m填料層高度H=ΝOG×HOG15.14×0.37=5.73m2在吸取塔中用請水吸取混合氣體中的SO，氣體流量為250003

標準hO2占10O2的回收率為95％。氣，液逆流接觸，在塔的操作條件下，SO2在兩相間的平衡關系Y*=26.7X，試求：假設取用水量為最小用量的1.5在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板數；如仍用〔2〕中求出的理論板數，而要求回收率從95％提高到98％，用水量應增加到多少？〔1〕y2〔1-η〕0.1〔-0.9〕0.005Y1=0.1/0.9=0.111 Y2=0.005/〔1-0.005〕=0.005〔L/V〕min=〔Y1-Y2〕/X1*=〔Y1-Y2〕/〔Y1/26.7〕5.5塊

=〔0.111-0.005〕×26.7/0.111=25.50〔L/V〕=1.5〔L/V〕min=38.25惰性氣體流量：V5000×0.9/22.4200.89用水量L38.25×200.897684kmol/h〔2〕吸取操作線方程Y=〔L/V〕X+Y2 代入數據Y=38.25X+0.005NT=14．在一逆流吸取塔中用三乙醇胺水溶液吸取混于氣態(tài)烴中的2S2〔體積2.91％要求吸取率不低于99％，操作溫度300Ｋ，壓強101.33kPa，平衡關系為Y*=2X，進塔液H2S濃度為0.013kmol(H2S)/kmol(溶劑)0.015kmol/(m2·s)0.000395kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。1解：y2=y〔1-η〕=0.0291×0.01=0.00029112 2 Y=y=0.000291 Y=0.0291/〔1-0.0291〕=2 2 1ΔYm=[〔Y1-Y1*〕-Y2]/ln[〔Y