化工基础习题答案

1、第5章传质过程及塔设备 5.2气体的吸收 1.空气和C02的混合气体中，C02的体积分数为20%，求其摩尔分数y和摩尔比丫各为多少? 解因摩尔分数二体积分数，y=0.2摩尔分数 摩尔比 丫 =y竺 0.25 1 y 10.2 2. 20C的lOOg水中溶解lgNH3, NH3在溶液中的组成用摩尔分数X、浓度c及摩尔比X表示时, 各为多少？ 解摩尔分数仍畀爲8=00105 溶液中NH3的量为n=1 103/ 17mol 溶液的体积 V =101 10-/998.2 m3 1 103/17 浓度C的计算20C，溶液的密度用水的密度,998.2kg/m3代替。 溶液中 NH3的浓度 c = n=1

2、103 /17=0.581kmoZm3 V 101x10/998.2 s9 9 8 23 或 c=x=X0.0105 .0 5kmoj/m Ms 18 NH3与水的摩尔比的计算 或 X 二-X = 0105_ =0.0106 1 _x 1-0.0105 3.进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成, 以摩尔比Y和摩尔分数y表示。 吸收率的定义为 解原料气中NH3的摩尔分数y=0.1 摩尔比 y=0.111 1 % 10.1 吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为 摩尔分数y2=Wr命不0 01 098 Y20.01 1 1 400g水中溶解lg

3、NH3，查得20C时溶液上方NH3的平衡分压为798P x为溶液中氧的摩尔分数。试求总压为101.325kPa , 温度为 10C时，1m3水中最大可能溶解多 少克氧？空气中氧的体积分数为 21%. 解 总压 p =101.325 kPa 空气中02的压力分数 Pa/ p =体积分数=0. 2 1 空气中 02 的分压pA =0.21 101.325 kPa 亨利系数E =3.31 3 1(kPa (1)利用亨利定律pA =Ex计算 与气相分压Pa =0.21 101.325kPa相平衡的液相组成为 x = pA=. 101.汽6.42 106kmol O2/kmol 溶液 E3.313 沃

4、10 此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42 10卫kmol O 2 因为溶液很稀，其中溶质很少 1kmol水溶液 勺kmol水=18 kg水 10C，水的密度=9 9 9 7/ m 故1kmol 水溶液 l8/999.7m3 水 即m3水中最大可能溶解6.42 10“kmol氧 999.7 故1m3水中最大可能溶解的氧量为 利用亨利定律pA =c?计算 H 1m3水中最大可能溶解的氧量为 Ca = PaH =(0.21 101.325)(1.676 10 -) =3.57 10 上kmolO/ m3 溶液 7. 用清水吸收混合气中的NH3,进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%,吸

5、收后混合 气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为0.012kmol NH/kmol水。此物系的平衡关系为 Y* =0.76X。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？ 解 已知 =0.06，贝U Y1 =% / 1 y1 =0.06/0.94 =0.0638 已知 y2 =0.004，贝U 丫2 =0.004/ 1 -0.004 =4.02 103 已知 X1 =0.012，贝U Y； =0.76 0.012 =0.00912 I 厂 J I_ 已知X2 =0，则丫* =0 塔顶气相推动力丫2 =丫2 _丫2 =4.02 10- 塔底气相推动力也丫 =丫 -丫 0.

6、0638- 0.009 12 0. 0547； , I , 7、 li / ；/ 8. CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为0.01kmol/m3的水溶液和CO2浓度为 I. 0.05kmo/m3的水溶液接触。物系温度均为 25C，气液相平衡关系p* =1.662 105xkPa。试求上述两种 情况下两相的推动力(分别以气相分压力差和液相浓度差表示)，并说明CO2在两种情况下属于 吸收还是解吸。 解 温度t =25C，水的密度为 訂亍997kg/m3 混合气中CO2的分压为p=50kPa 水溶液的总浓度c二=97 kmol / m水溶液 Ms 18 (1) 以气相分压差表示的

7、吸收推动力 液相中CO2的浓度cA =0.01kmol CO2/m3水溶液 Xj 液相中CO2的摩尔分数x=cA/c 0.01 =1.805 10 997/18 与液相平衡的气相平衡分压为 气相分压差表示的推动力巾=p -p 50 30 =2(kPa(吸收) 液相中CO2的浓度Ca =0.05kmol / m3水溶液 液相中CO2的摩尔分数x=Ca/c 0059.027 10 997/18 与液相平衡的气相平衡分压为 气相分压差表示的推动力邛二P* -p =150 -50 =100kPa (解吸) (2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相CQ分压p =50kPa平衡的液相组成为 平衡的液相

8、浓度 液相中CO2的浓度Ca =0.01kmol CO2/m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为 M=Ca_ca =0.01666 0.01 =0.00666kmol /vm（吸收） 液相中CO2的浓度ca =0.05 kmol CO2 / m3水溶液 液相浓度差表示的推动力为 u, I r- 1 |= . c 二Ca -cA =0.05 -0.01666 = 0.0333kmol / m3(解吸) 10.混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30C、2MPa下用水吸收，使CO2的体积 分数降到0.5%,水溶液出口组成X6 10二(摩尔比)。混合气体处理量为2240m3 / h (按标准

9、状态， *i8 1I r 丿:严J I I I I 273.15K, 101325Pa )，塔径为1.5m。亨利系数E =188MPa，液相体积总传质系数 Kl a =50kmol ,(m? h kmol / m )。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。 解(1)用水量计算 0.10.0052A y =0.1,Y1= =0.111,Y2 =0.005,丫2=5.03父10，X1 =6x10，X2=0 0.90.995 混合气流量G =2240 =10001/ h 22.4 惰性气体流量G =G(100 10)1 = 9kn/l h G (Y- Y ) 90(0.111 -0 00503 )4

10、 用水量 L -4159 10 kmol / h X1 -X26X10 (2)填料层高度Z计算 水溶液的总浓度R/Ms =995. 7/ 18 5.5m0l m3 Xj 二二Z5 体积传质系数KXa=cKLa =5 5 3： 5 0 2 7 65nol / m3 h ) 液相总传质单元高度 Hol 4 L1.5 禺 10 Kxa Q 2765_( 1 5 对数平均推动力法计算Nol 气液相平衡常数m =E =188 =94 P 2 液相总传质单元数 吸收因数法计算Nol 填料层高度Z二HOlNol326 2 73=.8m 12.用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%(摩尔分数)； 入塔的煤油中含苯0.02% (摩尔分数)。溶剂用量为最小用量的 1.5倍，操作温度为50C，压力为 100kPa,相平衡关系为Y* =0.36X ,气相总传质系数K(a =0.015kmol/(m3 s)。入塔混合气单位塔截面上 的摩尔流量为0.015kmol/(m2 s)。试求填料塔的填料层高度. 解(1)气相总传质单元高度Hg计算 入塔混合气的流量=0.015 kmol /(m2 s) Q G G