化工原理习题答案

1、7-1 .100g水中溶解1gNH3，从手册查得20C时NH3的平衡分压为986.6Pa,在此 浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数H（单位为kmol m kPa-1）和相平衡常数m, 总压力为100kPa。（答：H =0.59kmol m；kPaJ,m =0.943）解:c1 170.582kmol m；,101 1000c0.58213H0.59mol Pa m,Pe 0.9866矢二7.4 760=0.0099,100 101.31 17x0.0105,1 JOO1718Ye0.0099 cccm0.943。7-2 .100C时氧在水中的溶解度的表达式p*=3.313 106x,式中p为

2、氧在气相中的平衡分压，kPa;x为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为21%，试求总压为333101kPa时，每m3水中可溶解多少g氧？（答：11.4g m，或0.35mol m）解:Pe=0.21 101.3 =21.3kPa,Pe21.32x66- 6.42 10,3.313 1063.313 1066.42 1032：c11.4g m。7-3 用清水吸收混合气中的NH3，进入常压吸收塔的气体含NH3体积分数为6%,吸收后气体含NH3体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为0.012kmolNH3kmol_1水。 此物系的平衡关系为Y”=2.52X。气液逆流流动，试求塔顶、塔底处气相推动

3、力各为多少?（答：顶厶占=0.00402，底=0.034）解: = =0.06= 0.064 Y2= -=0.004= 0.04021 - y11-0.061 - y21 -0.004塔底：Ye=2.52X = 2.52 0.012 = 0.03024,塔顶：Ye二2.52X二2.52 0 =0,塔顶气相推动力N2=0.00402,塔底气相推动力 人 = 丫叩=0.064 0.03024 = 0.034。7-4 用水吸收空气中的甲醇蒸汽，在操作温度300 KF的溶解度系H = 2kmol m；kPa4,传质系数kG= 0.056kmol m hJkPa-1,kL-0.075knol m h k

4、mol-1m3。求总传质系数KG以及气相阻力在总阻力中所占的分数。2 1 1(答：KG=0.0408kmol m-h kPa,0.73)解:1 1_2-1KG0.0408kmol m h kPa,G1 . 1 1 . 1KGHKL0.0562 0.075气相阻力所占分率:100560.73。1 1-+-0.0562 0.0757-5 从矿石焙烧送出的气体，含体积分数9%SQ,液相SO2溶解度/kgSO2(100kg)H2O7.55.02.51.5 1.00.50.2 0.1气相SQ平衡分压/kPa91.760.328.816.710.54.81.570.63V(1 -0.09) =36.6km

5、ol h ,22.4303进吸收塔SO2的分压P =101.3y =101.3x0.09 = 9.12kPa,1由平衡关系内插得溶液平衡浓度为0.877kgSO2 (100kg H2O,0.877 / 64J3换算为摩尔比X1e=-=2.47X10,100/18L馅-丫20.099 -0.00495=-=38.1,minX1,e0.00247L=1.2V= 1.2 38.1 =45.69,LmiV= 36.6 38.1 =1394.5mol hm i n=25100kg hJ,L=1.2Lmin=1.2 25100 =30120kg h,L丫-丫2丫1-丫20.099 -0.00495-K 7

6、- -1 x1L45.69= 2.06 10。V7-6 .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%。 溶剂用量为最小用量的 度为500C， 压力为100kPa。平衡关系为Y” = 0.3 6X,KYa = 0.015kmol m s4。入塔气体的摩尔流量为0.015kmol m高度。（答：Z = 12m）解：力=0.02,y= 0.02（1 - 0.99） = 0.0002,x?= 0.0002,1.5倍， 操作温 总传质系数s。求填料层其余视为空气。冷却后送入吸收300C，压力为100kPa。每小,所

7、用液气比为最小值的1.2倍。塔，用水吸收其中所含SO2的95%。吸收塔的操作温度为 时处理的炉气量为1000m3（300C、100kPa时的体积流量） 求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为0.36 -0.672,L 0.536H=HOGNOG=12 1 =12m。7-7 在填料塔内用稀硫酸吸收空气中所含的NH3。溶液上方NH3的分压为零（相平衡常数m = 0）。下列情况所用的气、液流速及其他操作条件都大致相同，总传质单元高度HOG都可取为0.5m。试比较所需填料层高度有何不同。混合气中含摩尔分数1%NH3，要求回收90%。混合气中含1%NH3，要求回收99%。混合气中含5%NH3

8、，要求回收99%。作了上述比较之后，你对塔高与回收率的关系 能获得什么概念？（答：（1）Z =1m；（2）Z=2.25m；（3）Z =2.25m）解：=- 二0.00101,0.990.01 0.1皿=0.01=10,y2-mx20.001011 mV门0,A L查图得：Ng =2,Z二HOGNOG=05 2=1m；y1= 0.01,y2=0.01 0.01=0.0001,0.010.0001丫1-丫2VminXe,1 X2Xe,1 X?yy2O.02-。.。002=0.357,0020.00020.36X1= 1.5= 0.536,二L（yy2）X0.536(0.02 -0.0002)0.0

9、002 =0.0371,mVNOGHOG% - mx2、11)A1 ln(1-丄y2_mx2_ A10.02 -0.36 0.0002In (1 -0.672)() 0.672 =121 -0.6720.0002 -0.36 0.0002V辿=1m Kya0.01 5 = 0.01,0.01 0.1y2y1查图得：NOG=4.5,= 1.5 0.357.V丿minyy2-100Z = HOGNOG=0.5 4.5 = 2.25m；V匹99y20.000505查图得：Ng =4.5,Z = HOGNOG= 0.5 4.5 = 2.25m。7-8 今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的

10、甲醇。已知处理气量为1000m3hJ（操作状态） ， 原料中含甲醇100gm， 吸收后水中含甲醇量等于与进料气 体中相平衡时浓度的67%。设在常压、250C下操作，吸收的平衡关系取为Y =1.15X，甲醇回收率要求为98%，kY二0.5kmolm 2hJ，塔内填料的比表面积为a = 200m2m2塔内气体的空塔气速为0.5m s。试求：（1）水的用量为多少kg hJ？（2）塔径；（3）传质单元高度HOG；（ 4）传质单元数NG；（ 5）填料层高度。（答:L =1150kg h；D =0.84m ; HG7686m ; NOG=8.89 ; Z= 6.1m)解:小1000/32 cw yi0.0

11、7，1/22.4. =0.07=0.0753，1-0.07Y2=Y(1 -)=0.0753 (1 -0.98) =1.5 10，w67%0.0753 cc”cX1*0.67= 0.670.0439，X1m1.15X2 =0，13丄h -1.15 10 kg h_；NOG1V1 -0.05 0.01y2= 0.0005050.990.05 0.011000一V (122.4L Y 72731000273_1-y1)(1 -0.07)38kmol h，273 + 2522.42980.0753-1.5 10Xj_X20.0439 - 0= 1.68，L -1.68V -1.68 38 =63.8k

12、mol4用解析法:ln (1 -m込)mV-mX2Lm L11.150.0753-01.15ln(1)(3)=8.89；彳 1.151.68 1.15 10 -01.681.68Z=HOGNOG=0.686 8.89 =6.1m。7-9 .直径为0.88m的填料吸收塔内，装有拉西环填料，填料层高为6m。每小时处理2000m3含5%丙酮与空气的原料气，操作条件为1 个大气，250C。用清水作吸收剂，塔顶出口废气含丙酮0.263%（以上均为摩尔分数），出塔溶液中每千克含丙酮61.2g，操作 条件下的平衡关系为Y =2X。试计算：（1）气相总体积传质系数KYa；（2）每小时可回收丙酮多少千克？ （

13、3）若将填料层加高3m，又可以多回收多少千克丙酮？（答：KYa=176.8kmol m hJ, 225kg hJ, 6.56kg hJ）2000 273丙酮回收量：m(0.05 -0.00263) 58.08 = 225kg h ，22.4298Z=HOGNOG，- -KYa176.8 0.619912.5HOG0.72当Ng胡2.5, 四=0.836时，从图上读得：仏=40,Ly2解：塔截面积S d0.88= 0.61m $，442000273(1 -0.05) = 77.7kmol h，22.42980.00263二0.526，Y20.00263，1 -0.0026361.2/58惰性气体量V0.051-0.05X2=0，x10.0198，61.2/58+938.8/18ye1=2x0.0198 =0.0396，Ye 1=0.0396=0.0412，1 -0.0396= 0.0526-0.0412 = 0.0114，=0.00263-0 =0.00263- 丫20.0114-0.00263=-=-=0.006，也丫1-InY1Y2KYalnl0.00263也=V(YM= (O.0526-。.。0263) =176.801 mh；Z YmiZYm0.61 6 0.00677.