化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图

1、化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答(夏清、贾绍义主编.化工原理 第二版(下册)天津大学出版)社,20118 )第1章蒸馏1. 已知含苯0.5 (摩尔分率)的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa,试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。tC) 80.1859095100105x 0.962 0.748 0.5520.386 0.2360.11解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压Pb*, P；,由于总压P = 99kPa，则由x = (P-P b*)/(P a-Pb*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图

2、数据。以 t = 80.1 C 为例 x =(99-40) / (101.33-40 ) = 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92E2. 正戊烷(GH2)和正己烷(GH4)的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。温度 C5H2223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C 6日4248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.65.38.01

3、3.3 26.653.2101.3解：根据附表数据得出相同温度下 CH? (A)和C6H4 (B)的饱和蒸汽压以 t = 248.2 C时为例，当 t = 248.2 C时 Pb* = 1.3kPa查得 FA*= 6.843kPa得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表t( C)248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279289 291.7 304.8 309.3FA* (kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 FB*(kPa) 1.300 1.634 2.

4、600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以260.6 C时为例当 t= 260.6 C 时 x = (P-P b*)/(P a*-Pb*)=(13.3-2.826 ) / (13.3-2.826 ) = 1平衡气相组成以260.6 C为例当 t= 260.6 C 时 y = P a*x/P = 13.3 X 1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t( C) 260.6275.1 276.92792890.3835 0.33080.028500.7670.7330.

5、5240根据平衡数据绘出t-x-y曲线3. 利用习题2的数据，计算：相对挥发度；在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2的结果相比较。解：计算平均相对挥发度理想溶液相对挥发度a = Pa*/Pb*计算出各温度下的相对挥发度：t( C) 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3a - -5.291 5.563 4.178 -取 275.1 T和 279E 时的 a 值做平均 a m= (5.291+4.178 ) /2 = 4.730按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值当 x = 0.3835 时，y

6、= 4.73 X 0.3835/1+(4.73-1) X 0.3835= 0.746同理得到其他y值列表如下t( C) 260.6 275.1276.9279289a5.2915.5634.178x10.38350.33080.20850y10.7460.7000.5550作出新的t-x-y 曲线和原先的t-x-y曲线如图4. 在常压下将某原料液组成为 0.6 (易挥发组分的摩尔)的两组溶液分别进行简单蒸馏和平 衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平 衡关系可表示为y = 0.46x + 0.549解：简单蒸馏由 ln(W/F)= / XxFdx/(

7、y-x)以及气液平衡关系 y = 0.46x + 0.549得 ln(W/F)= j XxFdx/(0.549-0.54x) = 0.541n(0.549-0.54xf)/(0.549-0.54x)汽化率 1-q = 1/3 则 q = 2/3 即 W/F = 2/3In(2/3) = 0.541 n(0.549-0.54X 0.6)/(0.549-0.54x) 解得x = 0.498 代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549 得y = 0.804平衡蒸馏由物料衡算 Fx f = Wx + DyD + W = F 将W/F = 2/3代入得到xf = 2x/3 + y/3 代入平衡关系

8、式得x = 0.509 再次代入平衡关系式得y = 0.7835. 在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量F为4000kg/h，组成xf为0.3 (二硫化碳的质量分率，下同)。若要求釜液组成xw不大于0.05 ,馏出液回收率为88%。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。解：馏出回收率=Dxd/Fxf = 88 %得 馏出液的质量流量Dx d = Fx f 88 % = 4000 X 0.3 X 0.88 = 1056kg/h结合物料衡算Fxf = Wxw+ DxdD + W = F 得 xd = 0.943馏出液的摩尔流量 1056/(76 X

9、0.943) = 14.7kmol/h以摩尔分率表示馏出液组成 x d = (0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154)=0.976. 在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇 0.4与说.6 (均为摩尔分率)的溶液，试求以下各种温度t液相中甲醇的气相中甲醇甜勺温度t液相中f甲醇的气相C摩尔分率摩尔分率T摩尔分率摩尔中甲醇的分率进料状况下的q值。(1)进料温度40C；( 2)泡点进料；(3)饱和蒸汽进料。 常压下甲醇-水溶液的平衡数据列于本题附表中。1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.2

10、0.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.01.01.078.00.300.665解：(1)进料温度40C75.3 C时，甲醇的汽化潜热ri = 825kJ/kg水蒸汽的汽化潜热2 = 2313.6kJ/kg57.6 C 时，甲醇的比热 Cvi = 2.784kJ/(kg C )水蒸汽的比热 Cv2 = 4.178kJ/(kg C )查附表给出数据 当xa = 0.4时，平衡温度t

11、 = 75.3 C 40 C进料为冷液体进料即将imol进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分一部分是将40C冷液体变成饱和液体的热量 Q,二是将75.3 C饱和液体变成气体所需要的汽化潜热 Q，即 q =(Q+Q) / Q2 = 1 +(Q/Q2)Q 1 = 0.4 X 32 X 2.784 x( 75.3-40 ) = 2850.748kJ/kgQ 2 = 825 X 0.4 X 32 + 2313.6 X 0.6 X 18 = 35546.88 kJ/kg q = 1 +(Q/Q2) = 1.08(2) 泡点进料泡点进料即为饱和液体进料 q = 1(3) 饱和蒸汽进料q = 07. 对习题6

12、中的溶液，若原料液流量为100kmol/h，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.04 (以上均为易挥发组分的摩尔分率)，回流比为2.5，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。解：产品的流量由物料衡算Fx f = Wxw+ Dx dD + W = F代入数据得W = 60.44 kmol/h产品流量 D = 100- 60.44 = 39.56 kmol/h 精馏段的下降液体流量LL = DR = 2.5 X 39.56 = 98.9 kmol/h 提馏段的上升蒸汽流量V40 C 进料 q = 1.08V = V +(1-q ) F = D (1

13、+R = 138.46 kmol/h V = 146.46 kmol/h8. 某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263;提馏段y = 1.25x- 0.0187若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。解：露点进料q = 0即 精馏段 y = 0.723x + 0.263过(Xd , Xd)： Xd = 0.949提馏段 y = 1.25x- 0.0187 过(xw, Xw)： Xw = 0.0748精馏段与 y 轴交于0 , xD/ (R+1) 即 xD/ (R+1) = 0.263 R = 2.61连立精馏段与提馏段操作线得到交点

14、坐标为(0.5345 , 0.6490) x f = 0.6499. 在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5 (摩尔分率，下同)。塔顶馏出液组成为 0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板 层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。解：常压下苯-甲苯相对挥发度a = 2.46精馏段操作线方程y = Rx/(R+1) = 2x/3 + 0.9/3=2x/3 + 0.3精馏段y i = x d = 0.9 由平衡关系式y = a x/1 +（ a -1）x得 xi = 0.7853 再由精馏段操作线方程y = 2x/3 + 0.3 得 y

15、 = 0.8236 依次得到 X2 = 0.6549 y 3 = 0.7366X3 = 0.5320 y 4 = 0.6547X4 = 0.4353TX4 Xf = 0.5 x 3精馏段需要板层数为3块提馏段 x i = x 4 = 0.4353提馏段操作线方程y = L x/（ L-W）- Wxw/（ L-W）饱和液体进料q = 1L/（L-W = （L+F）N = 1 + W/（3D）由物料平衡Fx f = Wxw+ Dx dD + W= F代入数据可得 D = WL /（L-W）= 4/3 W/（L-W）= W/（L+D） = W/3D = 1/3即提馏段操作线方程y = 4x /3 -

16、 0.1/3 y 2= 0.5471由平衡关系式 y = a x/1 +（ a -1）x 得 x2 = 0.3293 依次可以得到 y3= 0.4058 x 3 = 0.2173y4= 0.2564 x 4 = 0.1229y 5= 0.1306 x 5 = 0.0576II/ X 5 X W= 0.1 X 4提馏段段需要板层数为4块理论板层数为n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器）加料板应位于第三层板和第四层板之间10. 若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流温度为20 C,试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83 r，平均汽化热为 3

17、.2 X104kJ/kmol，平均比热为 140 kJ/（kmol C）解：回流温度改为20C，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q的值精馏段 不受q影响，板层数依然是3块提馏段 由于q的影响，使得L / ( L-W)和W/ (L-W)发生了变化q =(Q+Q) / Q 2 = 1 +(Q/Q2)Q= CpAT = 140 x( 83-20) = 8820 kJ/kmolQ= 3.2 x 104kJ/kmol q = 1 + 8820/(3.2 x 104)= 1.2756L/ ( L-W =V + W - F(1-q)/V - F(1-q)=3D+W- F(1-q)/3D- F(1-q)v

18、 D = W, F = 2D 得L/ ( L-W = (1+q)/(0.5+q)= 1.2815W/ (L-W) = D/3D- F(1-q)= 1/(1+2q)= 0.2815提馏段操作线方程为y = 1.2815x - 0.02815x；= X4 = 0.4353 代入操作线方程得y 2 = 0.5297再由平衡关系式得到X2 = 0.3141 依次计算 屮=0.3743X3 = 0.1956yX4 = 0.1042y4 = 0.22255 = 0.10541X5 =:0.04571X 5 X1W= 0.1 X 4提馏段板层数为4理论板层数为3 + 4 + 1 :=8 块（包括再沸器）11

19、. 在常压连续精馏塔内分离乙醇-水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇 0.15 （摩尔分 率，下同），馏出液组成不低于 0.8，釜液组成为0.02 ;操作回流比为2。若于精馏段侧线取 料，其摩尔流量为馏出液摩尔流量的 1/2，侧线产品为饱和液体，组成为 0.6。试求所需的理 论板层数，加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见例 1-7。解：如图所示，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例1-7附表，在x-y直角坐标图上绘出平衡线，从Xd = 0.8开始，在精馏段操作线与平衡线之间绘出水平线和铅直线构成梯级，当 梯级跨过两操作线交点d时，则改在提馏段与平衡线之间绘梯级，直至梯级的铅直线达到或越过

20、点 C（Xw，Xv）。如图，理论板层数为10块（不包括再沸器）出料口为第9层；侧线取料为第5层12. 用一连续精馏塔分离由组分 A?B组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最回流比为1.63，试说明原料液的热状况，并求出q值。解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标（xq，yq）位于平衡线上；且q线过（xf，xf）可 以计算出q线斜率即q心-q），这样就可以得到q的值由式 1-47 R min = (x D/Xq)- a (1-x d)/(1-x q)/( a -1 )代入数据得0.63 = (0.957/x q

21、)-2.5 X (1-0.957)/(1-xq)/(2.5-1 ) Xq = 0.366 或 Xq = 1.07 (舍去)即Xq = 0.366根据平衡关系式y = 2.5x/(1 + 1.5x ) 得到 yq = 0.591q 线 y = qx/ (q-1 ) - x(q-1 )过(0.44，0.44 )，( 0.366，0.591 )q/ (q-1 ) = (0.591-0.44 ) / (0.366-0.44 )得 q = 0.67 0 q 1 二原料液为气液混合物13. 在连续精馏塔中分离某种组成为 0.5 （易挥发组分的摩尔分率，下同）的两组分理想溶液。 原料液于泡点下进入塔内。塔顶

22、采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为0.88，全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率 96%。若测得 塔顶第一层板的液相组成为 0.79，试求：（1）操作回流比和最小回流比；（2）若馏出液量 为100kmol/h，则原料液流量为多少？解：（1）在塔顶满足气液平衡关系式y = a x/1 +（ a -1）x代入已知数据0.95 = 0.88a /1 + 0.88（ a -1）二 a = 2.591第一块板的气相组成 y1 = 2.591X 1/ （1 + 1.591X 1）=2.591X 0.79/ (1 + 1.591 X 0.79) = 0.907

23、在塔顶做物料衡算 V = L + DVy1 = Lx l + Dx d0.907 ( L + D ) = 0.88L + 0.95D 二 L/D = 1.593即回流比为R = 1.593由式 1-47 R min = (x D/x q)- a (1-x D)/(1-x q)/ (a -1 )泡点进料 Xq = x FRmin = 1.031(2)回收率Dx/Fxf = 96 %得到F = 100 X 0.95/ (0.5 X 0.96) = 197.92 kmol/h15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。在全回流条件下测得相邻板上的液相组 成分别为0.28 , 0.41和0.5

24、7，试计算三层中较低的两层的单板效率Emv 。操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下：x 0.26 0.38 0.51y 0.45 0.60 0.72解：假设测得相邻三层板分别为第n-1层，第n层，第n+1层即 x n-1 = 0.28 x n = 0.41 x n+ 1 = 0.57 根据回流条件 y n+1 = x ny n = 0.28 y n+1 = 0.41 y n+2 = 0.57由表中所给数据 a = 2.4与第n层板液相平衡的气相组成 yn* = 2.4 X 0.41/ (1+0.41 X 1.4 ) = 0.625与第n+1层板液相平衡的气相组成 y n+1* = 2.4 X

25、 0.57/ (1+0.57 X 1.4 ) = 0.483*由式1-51 E MV =(yn-y n+1 )/ (yn-y n+1)可得第n层板气相单板效率EMVn=( xn-1 -x n) / (yn*-Xn)=(0.57-0.41 )/ (0.625-0.41 )=74.4%第n层板气相单板效率E MVn+1 =( Xn-X n+1)/*(yn+1 -x n+1)=(0.41-0.28)/ (0.483-0.28 )=64%14.在常压连续提馅塔中分离含乙醇0.033 (摩尔分率)的乙醇一 水混合液.饱和液体进料，直接蒸汽加热.若要求塔顶产品中乙 醇回收率为99%,试求：(1)在理论板层

26、数为无限多时，计算 每kmol进料所需蒸汽董.(2)若蒸汽量取为最小蒸汽量的2倍 时，求所需理论板层数及两产品的组成.解：饱和液体进料， = 1,则：f =U = F根据恒摩尔流假定，貝比W = L = F, r； = Fz = D宀 L全塔物料衡算：1.0 XF S= 0.99,工。=0.135& 0.05饱和液体进料，q = X提愉段操 作线与q线交点为rf(0.033, 0.135). 连接点7(0.00033,0)与点，即为 提馅段操作线.自点开始在两线间绘梯级，至 跨过点c止，NT 516.在常压连续提催塔中分离两组分理想溶液。原料液加热到泡点后从塔顶加入，原料液组 成为0.02 （

27、摩尔分数，下同）。提谓塔由蒸谓釜和一块实际板构成。现测得塔顶催出液中易 挥发组成的回收率为80%,且谓出液组成为0.2&物糸相对挥发度为2.5o试求釜残液组成 和该层塔板的板效率（用气相表示）。蒸催釜可视为一层理论板。【解】由题意知Xf=0.20, xd=0.28, 5=2.5而且易挥发组分回收率为0.8,即0.28D=0.800.2F即 F=1.75D又根据全塔物料衝算得F=W+DFxf=Dxd+Wxw通过求解上面三个方程，得到xw=0.093由题意，从塔顶加料，所以只有提谓段，下面茨其操作线方程，_ L，W曲二!/ 八一1/一八其中泡点进料，根据恒摩尔流假设有1/ =FV =V=D又F=D

28、+W, F二 1.75D所以丫小 =1. 75xa-0.75xzy：二 Xq=0.28即y*/ =1.75xx-0. 07而其中=0. 204CXW2.5x0.093y；=yr=1+ (81) xw 1+1.5x0.093由 y/ =1. 75xi-0. 07=0. 204 解得Xi=0. 1572.5x0.157y：二0. 3181+1.5x0.157所以.E迫二丄二上y： -y：0.28-0.204=65. 5%0.318-0.204第2章吸收1.从手册中查得101.33kPa,25 C时,若100g水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为 0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨

29、利定律，试求溶解度系数H kmol/(m3 kPa)及相平衡常数m解：液相摩尔分数 x =( 1/17)/ ( 1/17)+( 100/18)= 0.0105气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928液相体积摩尔分数 C =(1/17 ) / (101X 10-3/103) = 0.5824 x 103 mol/m3由亨利定律 P = C/H 得 H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m 3 kPa)2.101.33kPa,10 C时，氧气在水中

30、的溶解度可用 P = 3.31 X10*表示。式中：P为氧在气相中 的分压kPa； x为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强下与空气充分接触的水中每立 方米溶有多少克氧。解：氧在气相中的分压 P = 101.33 X 21% = 21.28kPa氧在水中摩尔分率 x = 21.28/(3.31 X 106) = 0.00643 X 103每立方米溶有氧 0.0064 X 103X 32/ (18X 10-6) = 11.43g3某混合气体中含有2% (体积)CO,其余为空气。混合气体的温度为30C,总压强为506.6kPa。 从手册中查得30C时CO在水中的亨利系数E = 1.88 X 1

31、05 kPa,试求溶解度系数Hkmol/(m3kPa) 及相平衡常数m,并计算每100g与该气体相平衡的水中溶有多少 gCO。解：由题意 y = 0.02, m = E/P 总=1.88 X 10/506.6 = 0.37 X 10根据亨利定律 y = mx 得 x = y/m = 0.02/0.37 x 103 = 0.000054即每100g与该气体相平衡的水中溶有 C00.000054 x 44x 100/18 = 0.0132 gH = p /18E = 10 3/ ( 10x 1.88 x 105) = 2.955 x 10-4kmol/(m 3 kPa)7. 在101.33kPa,

32、 27C下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。甲醇在气，液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数H = 1.995kmol/(m 3 kPa)，气膜吸收系数kG= 1.55x 10-5 kmol/(m 2 s kPa)，液膜吸收系数 k l = 2.08 x 10-5 kmol/(m 2 s kmol/m3)。试求总吸 收系数匕，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解：由1/Kg = 1/k g + 1/Hk l可得总吸收系数1/Kg = 1/1.55 x 10-5 + 1/(1.995 x 2.08 x 10-5)Kg = 1.122x 10-5 kmol/(m 2 s kPa

33、)气膜阻力所占百分数为：(1/ k g) / (1/kG + 1/Hk l) = HkJ (Hk+ kc)=(1.995 x 2.08 ) / (1.995 x 2.08 + 1.55 )=0.723 = 72.3%8. 在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇， 操作温度为27C,压强101.33kPa。稳定操作状况 下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5kPa,液相中甲醇浓度位2.11kmol/m3。试根据上题有关的 数据算出该截面上的吸收速率。解：由已知可得 kg = 1.128 x 10-5kmol/(m2 s kPa)根据亨利定律P = C/H得液相平衡分压P* = C/H = 2.11/1.

34、995 = 1.058kPaNx = K g(P-P )= 1.122 x 10-5 (5-1.058 ) = 4.447 x 10-5kmol/(m2 s) =0.158 kmol/(m2 h)9. 在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa ,25C下用清水吸收 混合气中的CO,将其浓度从2% 降至0.1 % (体积)。该系统符合亨利定律。亨利系数E =5.52 x 104kPa。若吸收剂为最小理 论用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口组成X。解： 丫1 = 2/98 =0.0204， Y 2 = 0.1/99.9 = 0.00144m = E/P 总=5.52 x 10/101.

35、33 = 0.0545 x 10由(LN)min=(Y1-Y2)/Xi*=(Y1-Y2) /(Yl/m)=(0.0204-0.001 ) / (0.0204/545 )=518.28L/V = 1.2( L/V) min = 622由操作线方程丫 =(L/V) X + Y (L/V) X2得 出口液相组成5X 1 = (Y-Y2 ) / (L/V) = (0.0204-0.001 ) /622 = 3.12 X 10- 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口液相组成变化4-5m = E/P 总=5.52 X 10/1013 = 0.0545 X 10(L/V) = 1.2(

36、L/V) min= 62.2X 1 = (Y1-Y2 ) / ( L/V ) = (0.0204-0.001 ) /62.2 = 3.12X 10-410. 根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案，示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。11. 在101.33kPa下用水吸收混于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为0.1，混合气体于40C下进入塔底，体积流量为0.556m3/s，空塔气速为1.2m/s。吸收剂用量为理论最小用量的1.1 倍，氨的吸收率为95%且已估算出塔内气相体积吸收总系数KYa的平均值为0.1112kmol/(m3 s)。在操作条件下的气

37、液平衡关系为 丫=2.6X，试求塔径及填料层高度。.=rjl - 0.11 11x(1 - 0.95) = 0.005555mIb()y - r, 0.1 lit - 0.005555一3- = = 2.47rn.i 111m2.6L-I .1 x 2.47 = 2.72VVX = - (F -Y ) + X v x 0J 11 i - 0.005555) + 0 0.03Sft1L22.72mV2.6S = 0.956L 2.721Y, - Yt0J11 IN =ln(l 亠 S+ Sl= ln(l - 0.956)k1 -sy2 - r/l - 0.9560,005555+ 0.9561

38、- 13.8堆截面积:灯 口 0.5 56/1 2 - 0.463m =塔径： x 0.463 丁 0,77mV宮又知:0,556273xx Q.9 = 0.01 95jtrti#/ Is22,4273+40则:V(J.0I95=k 0.3KmK 0.1 I I2x 0.463塔上埴料层高度:Z - H 2 N o - O.3K x 13.K = 5.23frt12.在吸收塔中用请水吸收混合气体中的 SO,气体流量为5000m3 （标准）/h ,其中SO占10%, 要求SQ的回收率为95%。气，液逆流接触，在塔的操作条件下，SO在两相间的平衡关系近似为Y = 26.7X，试求:(1) 若取用水

39、量为最小用量的1.5倍，用水量应为多少？(2) 在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；(3) 如仍用(2)中求出的理论板数，而要求回收率从 95%提高到98%，用水量应 增加到多少？解：(1) y2 = y i (1- n ) = 0.1 X( 1-0.95 ) = 0.005Yi = 0.1/0.9 = 0.111 Y 2 = 0.005/(1-0.005 ) = 0.005(L/V) min= (Y1-Y2) IX； =(Y-Y2) / (Y/26.7 )=(0.111-0.005 ) X 26.7/0.111=25.50(L/V) =1.5 ( L/V) min= 38.25惰性气体流

40、量： V = 5000 X 0.9/22.4 = 200.89用水量 L = 38.25 X 200.89 = 7684kmol/h(2)吸收操作线方程丫 =(L/V) X + 丫2代入已知数据Y = 38.25X + 0.005在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数Nr = 5.5块13、在一个接触效能相当于8层理论塔板的筛板塔内,用一种摩尔质t为250、密 度为则9(M)kg/m3的不挥发诂吸收捏于空气中的丁烧塔内操作压强为101.33kPa. 温度为I5C进塔气体含丁烷5%(体积人要求回收率为95%. 丁烷在1,9时的蒸 气压强为J94.5kPa.液相密度为5S()kg/m3假定拉乌

41、尔定律及道尔顿定律适用俅：回收每In? 丁烷需用溶剂抽多少(n?)?(2)若操作压强改为304.OkPa,而其他条件不变则上述溶剂油耗莹将是多少 (m3)?解：(1)+由拉乌尔定律1 p194.5y = x 站 jt - .92 Xp101.33由于为低组戚吸收.可以认为厂- 192X0.05=0.0526.X： = o.r/ = 0Y2 =岭（1-0）= 0.0526 X （1-0.95） = 0.00263由克列姆塞尔方程得到:0.0526 一 r/In-1-0.0263 - 00.0526-0.00263InX-o厂=0.042厂 0.042X, = = 0.0221.921.92由此可

42、知,毎回收丁烷所需纯溶剂油数量为1 = = 455kmoL /kmolX, - X2 0.022 -0丁烷的摩尔质量为58.08.则回收毎液体丁烷所需溶剂油的体积为45.5x250/90033=1 26.2m /m. 1 m / r .58.08/580*若 p = 304.0kPa.则：194.5.y =x = 0.6398x .oF = 0.6398X304.0因为x 2 = o ft r2=0Y； = 0.042.（条件未变，仍用上法求得）r/ 0.042X = = 0.0656加 0.6398= 1 5.24km oi l km ol.旺一勺 0.0656-0曲15.24x 25019

43、003358.08/580=42.28m （加 / m14在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的 H2S,进塔气相中含H2S (体积) 2.91 %要求吸收率不低于99%，操作温度300K，压强101.33kPa,平衡关系为Y* = 2X，进 塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中 H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m 2 s)，气相体积吸收总系数为0.000395 kmol/(m s kPa)。求所需填料蹭高度。解: y = y i (1- n ) =0.0291 x0.01 = 0.000291Y2

44、= y 2 = 0.000291 Y 1 = 0.0291/(1-0.0291 ) = 0.02997 Ym 二(Y-Y1*) -Y2/ln(YY1*) /Y2=(0.02997-0.013 x 2) -0.000291/ln(0.02997-0.013 x 2)/0.000291=0.0014NOG= (Y1-Y2) / Ym =(0.02997-0.000291 ) /0.0014 = 21.2Hog = V/(K vaQ) = 0.015/(0.000395 x 101.33)=0.375H = Nog x Hog = 21.2 x 0.375 = 7.9m15、有一吸收塔，填料层高度为

45、3m操作压强为101.33kPa，温度20C，用清水吸收 混于空气中的氨。混合气质量流速 G=580kg/(m3 - h)，含氨6%(体积)，吸收率为99%水 的质量流速 W=770kg/(m2h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为 Y*=0.9X。KGa与气相 质量流速为0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。试计算当操作条件分别作下列改 变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率(塔径不变)：(1)操作压强增大一倍；(2)液体流量增大一倍；(3)气体流量增大一倍。9S0P0XV6一 X6o(Y O竽 H HI- OLL xexz cXE9000 0 丄66 0 I 一) X XE90

46、0 M (sI n- 90 011OH EX4E90 0 MH X90 0 mYSZE-o-u EEU Z , 0IXE9000 骨 OCNO + (X wo -T亘0IXE90 0TOC 0 I xz6二spoXL导96PS Hxdo 一exsepomnxx9u- XE9000 0 J 9S0P0I- 【9S0P0 + (9S0P0 oxu一H0IXE90 0 I故：H PH 一 DH _込一- 0.4358x- = 0.2l79m2Z = HY 一介 2179x5.496 = 1.198m填料层高度比原来减少了 3-1198 = 1802加L =:2L(2): S =mV mV1=L2L

47、VN.(计算过程同(1).液体流速的增加对K/无显著影响.H _巴-n 358m则：Z=M - 496x0.4358 = 2.395m即所需填料层高度较原来减少了 3-2.395 = 0.605mG)mV m(2V)=2x0.4056 =0.81 12L L1ln100x(l -0.81 12)+0.81 12 =15.81 -0.81 12气体质量流速増大时，总吸收系数K/相应增大.H - 0 u - O0-2 v n 力2殳-n 50加肿 2ydZ = H - v 一 M.8x0501 = 7.92加第3章 干燥1. 已知湿空气的总压强为50kPa,温度为60C相对湿度40%，试求：(1)

48、湿空气中水气的分 压；(2)湿度；(3)湿空气的密度解：(1)查得60 T时水的饱和蒸汽压 Ps = 19.932kPa二 水气分压 P 水气=P S巾=19.932 X 0.4 = 7.973kPa(2) H = 0.622 P 水气 /(P-P 水气)=0.622 X 7.973/ (50-7.973 )=0.118 kg/kg 绝干(3) 1kg绝干气中含0.118kg水气x 绝干=(1/29)/(1/29)+(0.118/18) = 0.84x 水气=(0.118/18)/(1/29)+(0.118/18) = 0.16二 湿空气分子量 M = 18x水气+ 29x绝干气=18 X 0

49、.16 + 29 X 0.84=27.249 g/mol湿空气密度 p = MP/RT = (27.24 X 10-3 X 50X 103) / (8.314 X 333)=0.493 kg/m3 湿空气2. 利用湿空气的H-I图查出本题附表中空格内的数值，并给出序号4中各数值的求解过程序号干球温度湿球温度湿度相对湿度水气分压露点kg/kg绝干%kg/kg绝干 kPa160350.0322140530240270.024090325320180.0137550215430280.0258595425序干球淳度心湿球湼度厂C1旻/矩/炬绝干气相对湿/%焙/KJ /屉绝干气水汽分压/Pa薫 点rc

50、1(60)(35 )0.027211304.1S29(40)280.0243923,16(25 )3(20)170,011(75 )481*8164(30)290.0269496(4 )283.干球温度为20C，湿度为0.009 kg/kg绝干的湿空气通过预热器加热到50C，再送往常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80%。若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：(1) im原湿空气在预热器过程中焓的变化；(2) im原湿空气在干燥器中获得的水分量。解：(1)原湿空气的焓：I 0 = (1.01 + 1.88H0)t + 2490 H =(1.01 + 1.88X 0.009) X 20 + 2490 X 0.009=43 kJ/kg绝干通过预热器后空气的焓 I 1 = (1.01 + 1.88 X 0.009) X 50 + 2490 X 0.0009=73.756 kJ/kg绝干焓变化