化工原理习题答案第七章

1、吸收7-1.100g水中溶解1gNH，从手册查得20oC时NH的平衡分压为986.6Pa,33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-3-kPa-1）和相平衡常数m，总压力为100kPa。（答：H二0.59kmolm-3kPa-1,m=0.943）解：c=i7=0.582kmolm-3，1011000c0.582H=0.59molPa-1m-3，Pe0.9866y=7.4760=0.0099，e100101.3117x=LW=°.0105，+1718m-丄-0.0099=0.943ox0.01057-2.100C时氧在水中的溶解度的表达式p*=3.313x10

2、6x，式中p*为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101kPa时，每m3水中可溶解多少g氧？（答：11.4gm-3，或0.35molm-3）解：Pe=0.21x101.3=21.3kPa，=6.42x10-6，Pe21.3x=6.42x10-6x32c=11.4gm-3o3.313x1063.313x10618x10007-3.用清水吸收混合气中的NH，进入常压吸收塔的气体含NH体积分33数为6%，吸收后气体含NH体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为30.012kmolNHkmol-1水。此物系的平衡关系为Y*=2.52X。气液逆流流

3、动，试3求塔顶、塔底处气相推动力各为多少？（答：顶AY=0.00402，底AY=0.034）21y0.06y0.004解：Y=1=0.064，Y=2=0.0402，11一y1一0.0621-y1一0.00412塔底：Y=2.52X=2.52x0.012=0.03024，e塔顶：Y=2.52X=2.52x0=0，e塔顶气相推动力=0.00402，塔底气相推动力AY=Y-Y=0.064-0.03024=0.034。11e,17-4.用水吸收空气中的甲醇蒸汽，在操作温度300K下的溶解度系H=2kmolm-3kPa-1，传质系数k=0.056kmolm-2h-1kPa-1，Gk=0.075km)lm

4、-2h-1kmol-1m3。求总传质系数K以及气相阻力在总阻力中所LG占的分数。(答:K=0.0408kmol-m-2-h-1-kPa-1,0.73)G解：K=1=1=0.0408kmol-m-2-h-1-kPa-1，G1111+KHK0.0562x0.075GL气相阻力所占分率：10.056介”1L=0.73。+0.0562x0.0757-5.从矿石焙烧送出的气体，含体积分数9%SO，其余视为空气。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含SO的95%。吸收塔的2操作温度为300C，压力2为100kPa。每小时处理的炉气量为1000m3（30°C、100kPa时的体积流量），所用液气比为最

5、小值的1.2倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为液相SO2溶解度/kgSO(100kg)-1HO7.55.02.51.51.00.50.20.1气相SO2平衡分压/kPa91.760.328.816.710.54.81.570.63(答：L二30120kg-h-1,x二0.00206)解：Y=1=0.09=0.099，1-y1-0.091Y 二(1-q)Y二(1-0.95)x0.099二0.00495，211000273V 二x(1-0.09)二36.6kmol-h-1，22.4303进吸收塔SO的分压P二101.3y二101.3x0.09二9.12kPa，21由平衡关系内插

6、得溶液平衡浓度为0.877kgSO2-(100kg)-0.877/64二二2.47x10-3，100/180.099-0.00495=38.1，0.00247-1HO，2换算为摩尔比x1,Y-Y=2二x1,erL-=1.2|-VIV丿.minLLmin=1.2x38.1=45.69,IV丿.minrl)=V-IV丿.min=1.2x25100=30120kg-h-1，Y-Y0.099-0.00495x=2=2.06x10-3。1L=36.6x38.1=1394.5mol-h-1=25100kg-h-1,L二1.2LminLY-Y=2=Vx145.69V7-6用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯

7、，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1.5倍，操作温度为500C，压力为100kPa。平衡关系为Y*=0.36X，总传质系数K-a=0.015kmol-m-3-s-1。入塔气体的摩尔流量为0.015kmol-m-2-s-1。求Y填料层高度。(答：Z=12m)x=0.0002，22=Y1-Y2=O.。2一O.。002=0.357,Xe,1一X2Xe,1-X2-0.00020.36解：y二0.02，y二0.02(1-0.99)二0.0002,IV丿.min=1.5x0.357=0.536,(LIV丿minV1二-(y-y)+x二

8、-(0.02-0.0002)+0.0002二0.0371，L1220.536二m-二鑿二0.672，AL0.536V0.015H=1m，OGKQ0.015yaH二H-N二12x1二12m。OGOG7-7.在填料塔内用稀硫酸吸收空气中所含的NH。溶液上方NH的分压为33零(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H都可取为0.5m。试比较所需填料层高度有何不同。OG混合气中含摩尔分数1%NH，要求回收90%。3混合气中含1%NH，要求回收99%。3混合气中含5%NH，要求回收99%。作了上述比较之后，你对塔高与回收3率的关系能获得什么概念？(答：(1)

9、Z=1m;(2)Z=2.25m;(3)Z=2.25m)解：(1)y=0.01，0.01x0.11y=0.00101，20.99+0.01x0.1y-mx0.0112=10，y一mx0.00101221 mV=0，AL查图得：N=2，OGZ=H-N=0.5x2=1m;OGOGy=0.01，1y=0.01x0.01=0.0001，2斗=0.01=100，y0.00012查图得：N=4.5，OGZ=HN=0.5x4.5=2.25m;OGOGy=0.05，10.05x0.01y2=0.000505，0.99+0.05x0.01=005=99，0.000505Z=HOGy2查图得：N=4.5，oGN=0

10、.5x4.5=2.25m。oG7-8.今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m3h-1（操作状态），原料中含甲醇100g-m-3，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%，k=0.5kni）lm-2h-1，塔内填Y料的比表面积为a=200m2m-3塔内气体的空塔气速为0.5ms-1。试求：（1）水的用量为多少kg-h-1？（2）塔径；（3）传质单元高度h；（4）传质单元数N；oGoG（5）填料层高度。（答：L=1150kgh-1;D=0.84m;H=0.68

11、6m;N=8.89;Z=6.1m）解：y=l°°x10-3/32=0.07,11/22.4Y=_°2Z=0.0753，11-0.07=Y(1申)=0.0753x(1-0.98)=1.5x10-,167%Y0.0753=0.67x=0.67x=0.0439,mX*1=0,1.15X21000273V =x(1-y)x22.41273+2522.4LY-Y0.0753-1.5x10-3=11=1.68，V XX0.0439012L=1.68V=1.68x38=63.8kmol-h-1=1.15x103kg-h-1；1000ms，0.5ms，V=m3-s-1，u=0.5

12、m-s-1，s3600.D=咅兀uV4x100000x(1-0.07)x273=38kmol-h-1,298H=ogKaQY=3600x3.14x0.5=。"口；38=0.686m;兀0.5x200xx0.8424oGoG用解析法：Lln(1-空)(°.°753一0)+1.15=8.89;1-1.151.681.15x10-3-01.68-168Z=H-N=0.686x8.89=6.1m。oGoG7-9.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，25oC。用清水作吸收剂，塔顶

13、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Ka；（2）每小时可回收丙酮多少千克？（3）若将填料层加高3m,Y又可以多回收多少千克丙酮？（答：Ka=176.8kmol-m-3-h-1,225kg-h-1,6.56kg-h-1）Y解：塔截面积S=d2=t（0.88）2=0.61m2，44惰性气体量V二2000x込(1-0.05)二77.7kmol-h-1,22.42980.050.00263二0.526，Y二二0.00263，1-0.0521-0.00263ye,1二0，x1二二0.0198，6

14、1.2/58+938.8/18二2x0.0198二0.0396，Y二0.0396二0.0412，e,11-0.0396AY-0.0526-0.0412-0.0114，1AY-0.00263-0-0.00263，2AYmN4ZAYm丙酮回收量K-YaAY-AY0.0114-0.00263120.006，,AY0.0114ln4lnAY0.002632V(Y-Y)77.7(0.0526-0.00263)12-176.8kmol-m-3-h-1；QZAYm2000273m-x(0.05-0.00263)x58.08-225kg-h-1，22.42980.61x6x0.006Z-H-NOGOGV77.70.72，K0176.8x0.61Ya-Z-HOGx-x0.019820.418，Ly一y0.05一0.002