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化学工程基础习题答案(武汉大学
第五章：吸收习题YA =yA 0.2126 = 1-0.2126 = 0.27 1-yAXA =www. kh dpA = 0.21×1.013×105 = 2.127×104 Pa 水的密度近视取 1000 kg ? m-3 溶解度系数： pA* =2、当总压为 1.013×105 Pa、温度为 293 K时，氧在水中的溶解度可用下式表示： pA* = 4.01×109xA 式中：pA* 为氧的平衡分压，Pa；xA为氧在溶液中的摩尔分数。试求在此状态下，空气与 水充分接触后，每立方米水中溶有多少克氧？ ，氧的分压为： 解：空气中含氧 21%（体积百分数）ρ 1000 × 10 3 = 1.368×10-5 mol?m-3?Pa-1 H = EM = 9 4.06 × 10 × 18 根据亨利定律：cAH cA = pA* ? H = 2.127×104× 1.385×10-5 = 0.295 mol?m-3 每立方米水中溶有氧： 0.295×32 = 9.44 g课后xA 2.301 × 10 ?6 = =2.27×10-6 1-xA 1 ? 2.27 × 10 ?6aw答案∴ xA* =pA 9.126 × 10 4 = = 2.27×10-6 E 9 9.36 × 10网（2）查 30°C N2 的亨利系数为 9.36×109 Pa ∵ pA* = E xA.c o12.126×104 解： （1）yA = 1.00×105 = 0.2126 = 21.26%m1、在总压为 1.00×105Pa，温度为 303K的条件下，氮在空气中的分压为 2.126×104Pa。 求： （1）yA和YA ； （2）与气相平衡的水溶液浓度，分别用xA和XA表示（设体系服从亨利定律）3、已知在 1.013×105 Pa下，100 g 水中溶有H2S 7.821×10-3 g ，溶液上方H2S的平衡分 压 2026kPa。求： （1）溶解度系数H (mol?m-3?Pa-1); （2）以气相分压与液相摩尔分数之间关系表示的相平衡方程； （3）相平衡常数； （4）总压提高一倍时的 E、H、m 值。 解： （1）液相中H2S的量为： cA =溶解度系数：H =2.30 cA = 2026 = 1.135×10-3 mol?m-3?Pa-1 PA *（4）当总压不太高时，总压增大一倍，E、H 不变，但 m 将变化。www. kh dpA* =4、303K下，SO2分压为 3039Pa的混合气分别与下列溶液接触： a) 含SO2 25.60 mol?m-3 的水溶液； b) 含SO2 36.25 mol?m-3 的水溶液； 求这两种情况下传质的方向和传质推动力 （分别以SO2气相分压差和液相浓度差表示） 。 6 已知 303K时，SO2的E = 4.85×10 Pa。 解：30℃水的密度为 995.7kg?m-3 ρ 995.7 × 10 3 H = EM = = 0.0114mol?m-3?Pa-1 6 4.85 × 10 × 18（1）与pA = 3039Pa 呈平衡的液相浓度为 cA = pA ? H = 4 = 34.64 mol?m-3 25.60 mol?m-3 所以发生吸收过程，传质推动力为： cA* - cA = 34.64 C 25.60 = 9.04mol ? m-3 与cA = 25.60 mol?m-3 呈平衡的气相分压为：cA 36.25 = = 2226 Pa H 0.0114 传质推动力为：pA - pA* = 3039 C 2226 = 813 Pa2课E E 1 m/ = P/ = 2P = 2 m = 242后4.895×107 E m = P = 1.013×105 = 483aw答案（2）亨利系数 ρ 1000 = 4.895×107Pa E = HM = 1.135 × 10 ?3 × 10 ?3 相平衡关系为：pA* = 4.895×107xA （3）相平衡常数.c o2.30×10-4 -6 -3 -3 7.821×10-3+100 = 2.30×10 mol?cm = 2.30 mol?m网m7.821×10-3 = 2.30×10-4mol 34（2）因为 36.25 mol?m-3 34.95 mol?m-3 所以发生解吸过程，其推动力为 cA - cA* = 36.25 C 34.64 = 1.61 mol?m-3 与cA = 36.25 mol?m-3 呈平衡的气相分压为：cA 36.25 = = 3180 Pa H 0.0114 pA* - pA =
= 141 PapA* = 5、某一常压操作的逆流吸收塔，自塔底排出的吸收液中含溶质xA = 3×10-4（摩尔分数， 下同） ，进口气体中含溶质 0.025,气液平衡关系为yA* = 50xA。现将操作总压增大一倍，塔底 推动力△yA、△xA分别增加至原有的几倍？ 解：常压时，与xA = 3×10-4呈平衡的气组组成yA* = 50×3×10-4 = 0.015 △yA = yA C yA* = 0.025 C 0.015 = 0.01www. kh d与yA = 0.025 呈平衡的xA* = 0.025 25 0.001 △xA/ = xA* C xA = 0.001 - 3×10-4 = 7×10-4 塔底推动力增加至原有的 △yA/ 0.0175 = 0.01 = 1.75 倍 △yA △xA/ 7×10-4 = 2×10-4 = 3.5 倍 △xA E 5.37 × 10 7 = 530.1 m= P = 1.013 × 10 56、气液逆流接触的吸收塔，在总压为 1.013×105Pa下用水吸收Cl2。进塔底的混合气体 中含溶质Cl2 1%(体积百分数)。试求操作温度分别为 20℃和 40℃时，出塔液体中氯的最大 含量；并根据第 5、6 两题的计算结果，说明温度、压强对吸收过程的影响。 解：查 20℃Cl2的E = 5.37×107 Pa， 40℃Cl2的E = 8.0×107Pa。 出塔液体Cl2的最大含量即为与yA = 0.01 呈平衡的液相浓度，所以 20℃时：课yA* = 25xA 与xA = 3×10-4呈平衡的yA* = 25×3×10-4 = 7.5×10-3 △yA/ = yA C yA* = 0.025 - 7.5×10-3 = 0.0175后E 1 50 m /= P/ = 2 m = 2 = 25aw3答案△xA = xA* C xA = 5×10-4 - 3×10-4 = 2×10-4 当总压增大一倍，即为原来的两倍时，网与yA = 0.025 呈平衡的xA* =0.025 -4 50 = 5×10.c omyA 0.01 xA* = m = = 1.89×10-5 530.1 E 8.0 × 10 7 40℃时:：m = P = = 789.7 1.013 × 10 3 yA 0.01 xA* = m = = 1.27×10-5 789 .7 从计算结果可知：① 当温度升高后，液相中所含溶质量减少，即升温不利于吸收过程 的进行；② 由第 5 题数据分析可知，当总压增大以后，吸收质在液相中的浓度增大，所以 加压有利于吸收过程的进行。 7、利用已学过的传热原理与传质原理，填充下表： 过 内 容 被 传 递 的 量 传 递 区 象 传 递 方 向 过 程 极 限 程 传热过程w. kh d过 程 推 动 力 解： 内 过 程 容 被 传 递 的 量 传 递 区 间 传 递 方 向 过 程 极 限 热 量 过 程 推 动 力 温 度 差课aw传 热 过 程 吸 收 过 程 质量（物质） 气、液两相之间 高浓度 → 低浓度 达 平 衡 浓 度 实际浓度与平衡浓度差值 高温 → 低温 温 度 相 等4后ww答案冷、热两流体之间.c o吸收过程网m8 、 在 常 压 和 27°C 下 用 水 吸 收 空 气 中 的 甲 醇 蒸 气 ， 已 知 溶 解 度 系 数 H 为 1.955 mol?m-3?Pa-1，kG = 1.58×10-5 mol?m-2?s-1 ?Pa-1，kL = 2.08×10-5 m?s-1。若低浓度时体系服从亨利 定律，求KG及气相阻力占总阻力的百分数。 1 1 1 1 1 解：K = k + k H = 1.58×10-5 + 2.08×10-5×1.955 G G L KG = 1.138×10-5 mol?m-2?s-1?Pa-1 气相阻力所占百分数为： 1 kG 1 KG 1 1.58×10-5 ×100 % = 1 1.138×10-5×100% = 72 %www. kh d液相阻力 气相阻力 1 kG = 1 6 2 -1 2.74×10-7 = 3.65×10 m ?s?Pa?mol 1 因为 k G 1 kG 1 KG ×100 % = 1 1 kG + kLH 1 kG1 1 4 2 -1 kLH = 6.95×10-5×0.98 = 1.468×10 m ?s?Pa?mol1
k H ，所以该气体属于易溶气体，或求气膜阻力所占百分数： L 3.65×106 ×100 % = 3.65×106 + 1.468×104 ×100 % = 99.6%可见，传质阻力在气膜一侧，所以该气体为易溶气体。课ρ H = E?M =后∴ E = m ? P = 0.327 ×1.733×105 = 5.667×104 Pa 液相密度近似取 1000kg?m3 -3 -1 5.667×104×18 = 0.98 mol?m ?Paaw5答案E 解：∵ m = P网9、在 1.733×105 Pa和一定温度下，用水吸收某气体，其气相吸收分系数kG = 2.74×10-7 mol?m-2?s-1?Pa-1，液相吸收分系数kL = 6.95×10-5 m?s-1，相平衡常数为 0.327。若低浓度时服从 亨利定律，试分析该气体是属于易溶气体还是难溶气体。.c om又 ∵ pA* = ∴ H=cAPA *www. kh d∴ KG = NA pA C pA* = KL = s kL =NAcA* = pA? H = 2.127×104×1.234×10-4 =2.625 mol?m-3 cA* C cA = 2.625 C1.00 = 1.625 mol?m-3 pA,i = pA - 1.013×104 = 2.127×104 - 1.013×104 = 1.114×104Pa cA,I = pA,I ? H = 1.114×104×1.234×10-4 = 1.375 mol?m-3 cA,i C cA = 1.375 C 1.00 = 0.375 mol?m-3 （2）求kL、KG、KL 对于定常传质过程，NA为定值，则： NA = KG (pA C pA*) = KL (CA* C CA) = kL (CA,i - CA)课0.04 -6 -2 -1 -1 1.317×104 = 3.037×10 mol?m ?s ?Pa0.04 NA = 1.625 = 0.0246 m?s-1 c A * ?c A 0.04 = 0.375 = 0.107 m?s-1c Ai ? c Aaw后答案网H cA=1.00 -4 -3 -1 8.104×103 = 1.234×10 mol?m ?Pa.c o6NA ∴ pA C pA,i = k = G0.04 4 3.949×10-6 = 1.013×10 Pam10 、 用 水 吸 收 混 合 气 中 的 物 质 A 。 在 填 料 塔 的 某 一 截 面 上 ， 气 相 中 A 的 分 压 为 2.127×104Pa，液相中A的浓度为 1.00 mol?m-3，气、液两相间的传质通量为 0.04 mol?m-2?s-1， 气相传质分系数kG为 3.949×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1，气液相平衡关系服从亨利定律。当A的分压 PA=8.104×103 Pa时，液相平衡浓度为 1.00 mol?m-3。试求： （1）pA C pA,i 、cA,i C cA、pA C pA*、cA* C cA； （2）kL、KG、KL。 解： （1）求各项推动力 pA C pA* = 2.127×104 - 8.104×103 = 1.317×104 Pa ∵ NA = kG(pA C pA,i)11、某一填料塔进行吸收操作。在吸收操作条件下，kG = 3.29×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1，kL = 3.33×10-4m?s-1。已知液相传质分系数kL∝ qn c0.67，若操作过程中气体流量不变，kG也不变， 仅 液 体 流 量 增 加 一 倍 ， 试 求 当 溶 解 度 系 数 分 别 为 H = 0.987 mol?m-3?Pa-1 及 H = 1.974 mol?m-3?Pa-1时，KG和KL分别增加的百分数。 解： （1）求流量未改变时的KG、KL，当H = 0.987 mol?m-3?Pa-1时：=1 1 3.29×10-6 + 1 1 H kG + kL 1 3.33×10-4×0.987www. kh d3.312×10-6 - 3.33×10-6 KL/ - KL = = 0.36% KL 3.33×10-6 KG/ - KG 3.28×10-6 - 3.274×10-6 = = 0.18% KG 3.274×10-6 1.661×10-6 - 1.658×10-6 KL/ - KL = = 0.18% KL 1.658×10-6当H = 1.974 mol?m-3?Pa-1时，同理求得： KG = 3.274×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1 KL = 1.658×10-6 m?s-1 当液流量增加一倍时： kL/ = 20.67kL = 20.67 ×3.33×10-4 = 5.298×10-4 m?s-1 ，同理求得： 当H = 0.987 mol?m-3?Pa-1时，KG/ = 3.269×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1 KL/ = 3.312×10-6 m?s-1 3.269×10-6 - 3.257×10-6 KG/ - KG = = 0.37 % KG 3.257×10-6当H = 1.974 mol?m-3?Pa-1时，KG/ = 3.28×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1 KL/ = 1.661×10-6 m?s-12、试在 Y- X 图上定性绘出与下列流程相对应的平衡线和操作线，并标明各操作线端点坐 标。图（4）中进塔气体均匀分配给两塔。7课aw=后答1 = 3.33×10-6 m?s-1 0.987 1 3.29×10-6 + 3.33×10-4案网KL =.c o= 3.257×10-6 mol?m-2?s-1?Pa-1mKG =1 1 1 kG + kL H解：12、ww课 后 答 案 网w. kh d aw .c o m8课www. kh dqn,B(YA,1 C YA,2) =5 64 YA,1 = = 0.022 100 5 ? 29 64512 = 8 kmol 64吸收剂最小用量为： q n ,B,min (YA ,1 ? YA, 2 ) 8 = qn,c,min = = 9709kmol?h-1 0.022 YA ,1 ?0 ? X A, 2 26.7 m 实际用水量为： qn,c = 1.65qn,c,min =1.65×0 = 288.3m3?h-1 = 0.080m3?s-1，在操 14、用清水逆流吸收混合气中的A组分。混合气中含A组分 0.02（体积百分数） 作条件下气、液两相平衡关系为YA* = 2XA。试求当气液比分别为 1.5 和 2.5 时，出塔气体 的极限浓各为多少？ yA.1 0.02 解：YA.1 = 1 - y = 1 - 0.02 = 0.0204 A.1aw后13、在某一吸收塔内用清水吸收混合气体中的SO2。已知进塔气体中含SO2 5%（质量百 分数） ，其余视为空气。混合气的平均分子量为 29，水的用量为最小用量的 1.65 倍，每小 时吸收SO2 512 kg，操作条件下相平衡关系为YA* = 26.7XA。试求每小时用水量为多少m3 ? （水的密度近视取 1000kg?m-3） 解：每小时SO2被吸收的量为：答案.c o网m9qn.c （1）当 q = 1.5 时，该值小于 m = 2， n.B 操作线与平衡线在塔底相交，如附图（1）中 a 点。根据 相平衡关系可以求出出塔液体的最大浓度： 0.0204 YA.1 = 0.0102 XA,1,max = m = 2 根据物料衡算求出出塔气体的极限浓度： qn.c YA,2,min = YA,1 - q (XA,1,max C XA,2) n.B = 0.0204 C 1.5(0.0102 - 0) = 5.1×10-3qn.c （2）当 q = 2.5 时，该值大于m = 2。操作线 n.Bwww. kh dqn.c （1）操作液气比 q 和液体出塔组成XA,1； n.B 组成XA,1又各为多少？ yA.1 0.04 解：YA,1 = 1 - y = 1 - 0.04 = 0.0417 A.1 相平衡常数 E 4.13 × 10 6 = 40.9 m= P = 1.01 × 10 5 qn.c （1） q ）min （ n.B qn.c qn.B = 1.15 × 36.82 = 42.315、在 1.01×105Pa、25℃条件下，于一逆流操作的吸收 习题 4 附图 塔内，用清水吸收混合气中的SO2。进塔气体中含SO2 4% （体积百分数） ，吸收率为 90%，该物系服从亨利定律，亨利系数为 4.13×106 Pa。若操作液 气比为最小液气比的 1.5 倍，试计算：qn.c （2）若操作压强改为 4.04×105 Pa，而其它条件不变时，操作液气比 q 和液体出塔 n.BYA,2 = YA,1 (1 - η) = 0.0417× (1 C 90%) = 0.00417课YA.1 - YA.2 = Y = η ? m = 90% × 40.9 = 36.8 A.1 - XA.2 mawYA,2,min = mXA,2 = 0后答案网与平衡线在塔顶相交，如附图（2）中b/点。 由相平衡关系可得：.c o10mqn.B XA,1 = q ( YA,1 C YA,2 ) + XA,2 n.C =1 ( 0.0417 C 0.00417 ) + 0 =8.87 ×10-4 42.3（2）当总压为 4.04×105 Pa时： E 4.13 × 10 6 = 10.2 m/ = P/ = 4.04 × 10 5 qn.c YA.1 - YA.2 （ q ）min = Y =η ? m/ =90% × 10.2 = 9.2 n.B A.1 m/ - XA.2 qn.c ( q )/ = 1.15 × 9.2 = 10.6 n.Bwww. kh d解：YA,2 = 0.02 × ( 1 C 99% ) = 2.0×10-4 qn.B 1 （1）m ? q = 2.2 = 0.455 n.C NOG = 1 qn.B 1-m? q n.C 1 = 1 - 0.455 R〔( 1 C 0.455 ) qn.B 1 （2）m ? q = 1.25 = 0.8 n.C 1 qn.B （3）m ? q = 1.25 = 0.8 n.Cqn.c （2）进塔液体为纯溶剂，液气比 q = 1.25； n.B qn.c （3）进塔液体中溶质的浓度为XA,2 = 1.1×10-4，液气比 q = 1.25。 n.B课qn.c （1）进塔液体为纯溶剂，液气比 q = 2.2； n.B后16、某气体混合物中溶质A的浓度YA,1 = 0.02，经逆流吸收后，要求吸收率达到 99%， 若气液平衡关系为YA* = XA。试求下列情况下的气相总传质单元数NOG。qn.B YA.1 - mXA.2 qn.B R〔(1 - m ? q ) Y - mX + m ? q 〕 n.C A.2 A.2 n.C 0.02 - 0 2.0×10-4 - 0 + 0.455〕= 7.341 0.02 - 0 NOG = 1 - 0.8 R〔(1- 0.8) 2.0×10-4 - 0 + 0.8〕= 15.17aw=答案1 × ( 0.0417 C 0.00417 ) + 0 = 3.54 × 10-3 10.46网XA,1/ =qn.B (q )/( YA,1 C YA,2 ) + XA,2 n.C.c o11m1 0.02 - 1.1×10-4 NOG = 1 - 0.8 R〔(1- 0.8) 2.0×10-4 - 1.1×10-4 + 0.8〕= 19.03qn,B =1.67×103 -1 22.4 × ( 1 C 3% ) = 72.32 mol?swww. kh dqn.B qn.C = 1.5 × 1.254 = 1.881 出塔液体浓度： qn.B XA,1 = q ( YA,1 C YA,2 ) + XA,2 n.C △YA,m = NOG =用对数平均推动力法求NOG： △YA,1 = YA,1 C YA,1* = YA,1 C mXA,1 = 0.0309 C 1.28 × 0.0161 = 0.0103 △YA,2 = YA,2 C YA,2* = YA,2 C mXA,2 = 6.18×10-4 C 0 = 6.18×10-4 △YA.1 - △YA.2 0.0103 ? 6.186 × 10 4 = = 3.44×10-3 △YA.1 0.0103 R ln △YA.2 6.186 × 10 4课操作液气比：1 = 1.881 ( 0.0309 - 6.186×10-4 ) + 0 = 0.0161YA.1 - YA.2 0.0309 ? 6.18 × 10 4 = = 8.80 △YA.m 3.44 × 10 ?312后YA.1 - YA.2 YA.1 - YA.2 qn.B = η ? m= 98% × 1.28 = 1.254 （ q ）min = X * - X = Y n.C A.1 A.2 A.1 - XA.2 maw答案YA,2 = 0.0309 ( 1 C 98% ) = 6.18×10-4 最小液气比：网yA.1 0.03 （1）YA,1 = 1 - y = 1 - 0.03 = 0.0309 A.1.c o17、在常压和 30℃条件下，用清水逆流吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为 1.67m3?s-1 （标态） ，其中含氨 3%（体积百分数） ，氨的吸收率不低于 98% 。水的用量为最小用量的 -1 1.5 倍，空塔气速取 1.0 m?s 。已知操作条件下的平衡关系YA* = 1.28XA，气相总体积吸收 系数KYa = 60mol?m-3?s-1。试求： （1）分别用对数平均推动力法及吸收因数法求气相传质单元数； （2）填料层高度。 解：惰性气体量：m用吸收因数法求NOG： 1.28 qn.B m ? q = 1.881 = 0.68 n.C NOG = 1 qn.B 1-m? q n.C qn.B YA.1 - mXA.2 qn.B R〔(1 - m ? q ) Y - mX + m ? q 〕 n.C A.2 A.2 n.C传质单元高度： 72.32 qn.B HOG = K a?s = 60 × 1.85 = 0.65m Ywww. kh dqn,B = 5% YA,1 = 1 - 5% 0.% YA,2 = 1 - 0.263% = 2.63×10-3 61.2 58 XA,1 = 1000 - 61.2 = 0.0202 18 qn.B 2.0 m ? q = 2.47 = 0.81 n.C （1）H = 6m18、某直径为 0.80 m的填料塔，填料层高为 6 m，填料为 25mm×25mm的拉西环。在 ，以 25℃、1.01×105Pa下，混合气流量为 0.556m3?s-1，其中含丙酮 5%（体积百分数，下同） 清水作吸收剂。塔底流出的溶液每千克含丙酮 61.2g，塔顶排出的废气中含丙酮 0.263%。 （1）气相总体积吸收系数KYa； （2）操作条件下的平衡关系为YA* = 2.0XA。在上述操作条件下，每小时可回收丙酮多 少kg？ （3）若把填料层加高 3m，可多回收多少 kg 丙酮？ 解：惰性气体量：qn.c YA.1 - YA.2 0.0526 - 0.0 qn.B = XA.1 - XA.2 = 0.0202 - 0课0.556×103 273 × 273 + 25 ( 1 C 5% ) = 21.60mol?s-1 22.4aw后答案填料层高度： H = HOG ? NOG = 0.65 × 8.8 = 5.72 m.c o13S=1.67 × (273 + 30) = 1.85 O 273 × 1.0网m1 0.0309 = 1 - 0.68 R〔(1 C 0.68 ) + 0.68〕= 8.79 = 8.8 6.18 × 10 ? 4 （1） 塔截面积：1 0.0526 - 0 NOG = 1 - 0.81 R〔( 1 C 0.81 )0.00263 - 0 + 0.81〕= 8.04 H 6 HOG = N = 8.04 = 0.746 OG qn.B KYa = H ? s = OG 21.60 = 57.60mol?m-3?s-1 π 2 0.746×4 × 0.809 NOG = 0.746 = 12.06www. kh d-319、在一逆流操作的填料塔中用清水吸收原料气中的甲醇。已知原料气中含甲醇 0.1 处理气量为 0.278 m3?s-1 （标态） 吸收后的溶液中甲醇的浓度为 0.196 ， （物质的量比） ， kg?m ， 甲醇的吸收率为 98%。设在标准状况下操作，相平衡关系为YA* = 1.15XA，KY a = 26.41 mol?m-3s-1，空塔气速为 0.5m?s-1。试求： （1）水的用量； （2）塔径； （3）填料层高度。 解： 1）求水的用量 （0 .1 32 = 0.337 YA,1 = 0.289 0.1 ? 22.4 32YA,2 = 0.337 × ( 1 C 98% ) = 6.74×10-3 qn.c YA.1 - YA.2 0.337 ? 6.74 × 10 ?3 = X -X = = 1.685 qn.B A.1 A.2 0.196 ? 0 0.278 0.1 qn,B = 22.4 - 32 = 9.29×10-3kmol?s-1 = 9.29 mol?s-1Bqn,C = 1.685×9.29×10-3 × 18 = 0.28 kg?s-114课YA,2/ = 0.0011 被回收丙酮量为： G/ = 21.60 × 3600 × ( 0.0526 C 0.0011 ) = 4005 mol =232.27 kg 多回收丙酮： G/ - G = 232.27 C 225.4 = 6.9 kgaw后答案0..06 = 1 - 0.81 R〔( 1 C 0.81 ) Y / + 0.81〕 A.2网此时出塔气体浓度为YA,2/.c o每小时回收丙酮： G = qn,B( YA,1 C YA,2 ) = 21.60 × 3600 × ( 0.0526 C 0.00263 ) = 3886 mol = 225.4 kg （2）当填料层加高 3 m（即为 9 m）时，HOG不变，则Bm（2）塔径圆整取塔径 0.9m。 （3）求填料层高：H = 0.553 × 8.83 = 4.88 mwww. kh dqn.B 1.5 m ? q = 2.563 = 0.585 n.C H 10 HOG = N = 2.558 = 3.91 m OG0.025 - 0.0045 qn.c YA.1 - YA.2 = 2.563 解： （1）q = X - X = 0.008 - 0 n.B A.1 A.21 0.025 - 0 NOG = 1 - 0.585 R〔( 1 C 0.585 )0.0045 - 0 + 0.585〕= 2.558qn.B （2）当YA,2/ = 0.003 时，m ? q 不变，则 n.C 0.025 - 0 1 NOG/ = 1 - 0.585 R〔(1 C 0.585 )0.003 - 0 + 0.585〕= 3.37H/ = HOG ? NOG/ = 3.91 × 3.37 = 13.18 m 填料层应加高： 13.18 C 10 = 3.18 m21、有一填料层高度为 3m的常压操作，吸收塔，现采用逆流吸收氨-空气混合气中的 ，其中含氨 0.06（摩尔分数） ， 氨，吸收率为 99%，混合气体流量为 0.161 kg?m-2?s-1（标态） -2 -1 进口清水量为 0.214 kg?m ?s ，在温度为 20℃时，平衡关系为YA* = 0.9XA，KG与气体流速15课20、某填料层高度为 10m的吸收塔，在一定的操作条件下，用清水逆流洗去混合气中的 ）Y 有害组分A。测得进、出塔气体中含A分别为YA,1 = 0.025（物质的量，下同， A,2 = 0.0045； 出塔液相中含A0.008。相平衡关系为YA* = 1.5XA。问： （1）操作条件下的气相传质单元高度是多少？ （2）若要求塔顶出塔气体中含 A 为 0.003，而液气比不变，填料层应加高多少？aw后答案网qn.B 1.15 m? q = = 0.682 n.C 1.685 0.337 1 NOG = R〔( 1 C 0.682 ) + 0.682〕= 8.83 1 ? 0.684 6.74 × 10 ?3.c omqn.B HOG = K a?s = Y9.29 = 0.553 m π 26.41 × × 0.9 2 4的 0.8 次方成正比。试分别计算下列情况下所需的填料层高度： 将操作压强增加一倍； （1）将进口水流量增加一倍； （2）将进口气体流量增加一倍。 0.06 解：YA,1 = 1 - 0.06 = 0.0638 YA,2 = 0.0638 × ( 1- 99% ) = 6.38×10-4 水的流率： qn,C = 0.214 3 -2 -1 18 × 10 = 11.89 mol?m ?s混合气体平分子量： Mm = 0.06 ×17 + (1 C 0.06 ) × 29 = 28.28 惰性气体流率：Bwww. kh dE ∵ m =P 1 1 ∴ m/ = 2 m = 2 × 0.9 = 0.45 5.74 qn.B m/ ? q = 0.45 ×11.89 = 0.217 n.C qn.B qn.B ∵ HOG = K ?a?s = K ?P?a?s Y G qn.B 1 ∴ HOG/ = K ?P/?a?s = 2 HOG G 又H OG / ? N OG / H/ = H H OG ? N OG1 0.0638 - 0 NOG / = 1 - 0.217 R〔( 1 C 0.217 ) 6.38×10-4 - 0 + 0.217〕= 5.573∴H/ = H ?（2）将进口水流量增加一倍，qn,C/ = 2qn,C，则16课（1）操作压强增加一倍，即P/ = 2P后1 0.0638 - 0 NOG = 1 - 0.434 R〔( 1 C 0.434 ) 6.38×10-4 - 0 + 0.434〕= 7.144H OG / ? N OG / 1 5.573 = 3 × 2 × 7.144 = 1.17 m H OG ? N OGaw答5.74 qn.B m ? q = 0.9 × 11.89 = 0.434 n.C案原工况条件下：网273 + 20 0.161 × 103 = 5.74 mol?m-2?s-1 qn,B = 28.28 × ( 1 C 0.06 ) × 273.c omqn,C/ = 2 × 11.89 =23.78 mol?m-2?s-1 qn.B 5.74 m ? q / = 0.9 × 23.78 = 0.217 n.C 1 NOG/ = 1 - 0.217 R〔( 1 C 0.217 ) HOG/ = HOG 0.0638 - 0 6.38×10-4 - 0 + 0.217〕= 5.573qn.B qn.B/ = 2 × m ? q = 2 × 0.434 = 0.868 m? q n.C n.C 1 NOG/ = 1 - 0.868 R〔( 1 C 0.868 )0.0638 - 0 6.38×10-4 - 0 + 0.868〕= 20.03www. kh d2 × 20.03 = 3 × 1.741 × 7.144 = 9.66 m 0.05 解：YA,1 = 1 - 0.05 = 0.4 YA,2 = 1 - 0.0004 = 4.00×10-4B22、在 28℃、1.01×105 Pa条件下，用清水吸收流量为 0.0556m3?s-1的空气-氨混合气中 的氨，使氨含量从 5%降到 0.04%（均为体积百分数） 。今有一塔径D = 0.8 m的填料塔，填 填料层高为 3.5m。 问这个塔是否适用？(KYa =3.52mol?m-3?s-1、 料为 25×25×3mm的陶瓷环， 相平衡关系为YA* = 1.44XA)qn,B =qn.c （ q ）min n.Bqn.C qn.c 取 q = 1.2（ q ）min = 1.2 × 1.429 = 1.715 n.B n.B17课0.3 × ( 1 C 0.05 ) × 273 + 28 = 2.16mol?s-1 22.4 YA.1 - YA.2 0.0526 - 4.00×10-4 = Y = = 1.429 0.0526 A.1 - XA.2 -0 m 1.44后H/ = H ?H OG ? N OG H OG ? N OG//=H?awqn.B/ / KG/?P?a?s ? NOG qn.B KG?P?a?s ? NOG答案对于一定的塔径，当气体流量增加一倍时，u/ = 2u。依题意KG ∝ u0.8，则 KG/ ∝ ( 2u0.8) = 1.741 u0.8 即 KG/ = 1.741KG.c o（3）将进口气体流量增加一倍，即qn,B/ = 2 qn,B，则B网mH/ = H ?H OG / ? N OG / 5.573 = 3 × 7.144 = 2.34 m H OG ? N OG1 qn.B XA,1 = q ( YA,1 C YA,2 ) = 1.715 ( 0.0526 - 4.00×10-4 ) = 0.0304 n.C △YA,1 = YA,1 C YA,1* = 0.0526 C 1.44 × 0.0304 = 8.82×10-3 △YA,2 = YA,2 C YA,2* = 4.00×10-4 △YA,m = △YA.1 - △YA.2 8.82×10-3 - 4.00×10-4 = = 2.72×10-3 8.82×10-3 △YA.1 R 4.00×10-4 R △YA.2NOG =XA YA XA YA5.625×10-51.41×10-4 1.58×10-3aw2.81×10-4 4.23×10-3 1.969×10-3 0.05411后H = HOG ? NOG = 1.221 × 19.19 = 13.43 m
3.5 m 所以该塔不适用。 23、某填料塔在常压及 293K下，用清水吸收某混合气体中的SO2，处理气量为 1m3?s-1， 。要求SO2的吸收率为 95%，吸收用的液气比为最小液气比的 其中含SO2 9%（体积百分数） 1.2 倍。求： （1） 吸收所得出塔液体浓度； （2） 气相传质单元数； 已知常压、293K下，SO2的YA - XA平衡数据列于下表中：答案w. kh d6.618×10-4 8.43×10-4 0.×10-3 0. YA,1 = 1 - 0.09 = 0.0989 qn.c qn.B = 1.2 × 29.54 = 35.45 XA,1 =课解： （1）根据YA C XA平衡数据作平衡线（见习题 23 附图a）wwYA,2 = 0.0989 × ( 1 C 0.95 ) = 4.95×10-3 从平衡线查得 XA,1* = 3.18×10-3 qn.c YA.1 - YA.2 0.0989 - 4.95×10-3 （ q ）min = X * - X = 3.18×10-3 - 0 = 29.54 n.B A.1 A.2qn.c 1 -3 -3 qn.B ( YA,1 C YA,2 ) + XA,2 = 35.45 (0.0989 - 4.95×10 ) + 0 = 2.65×10（2）作出操作线，并在操作线和平衡线间于YA,1 = 0.0989 和YA,2 = 4.95×10-3范围18.c o4.22×10-4 5.63×10-4 0.×10-3 0.×10-3. 2.81×10-3 0.08423qn.B HOG = K ?a?s = Y2.16 = 1.221 = 8.60 m π 3.52 × × 0.8 2 4网mYA.1 - YA.2 0.0526 - 4.00×10-4 = = 19.19 2.72×10-3 △YA.m1 内找出一系列YA及对应的YA*，求出Y - Y * ，列表如下： A A YA YA* YA C YA* 1 YA - YA* YA YA* YA C YA* 1 YA - YA* 4.95×10-3 0 4.5×10-3 204.1 0.06 0.037 0.023 43.48 0.014 0.005 0.009 111.1 0.07 0.2 43.10 0.021 0.9 77.52 0.08 0.056 0.03 0.5 60.6 0.09 0.039 0.5 51.28 0. 0.2网0.024 41.67以www. kh d习题 23 题解附图19课后1 对YA作图（习题 23 附图b） ，根据图解积分求得NOG=6。 YA ? YA *aw答案.c o0.066 0. 0. 41.67m45.05ww课 后 答 案 网w. kh d aw .c o m20
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