化工原理下册答案

1化工原理（天津大学第二版）下册部分答案第8章2.在温度为25℃及总压为101.3kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数51066.1EkPa，水溶液的密度为997.8kg/m3。解：水溶液中CO2的浓度为33350/1000kmol/m0.008kmol/m44c对于稀水溶液，总浓度为3t997.8kmol/m55.4318ckmol/m3水溶液中CO2的摩尔分数为4t0.0081.4431055.43cxc由54*1.66101.44310kPa23.954pExkPa气相中CO2的分压为t101.30.03kPa3.039ppykPa*p故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。以CO2的分压表示的总传质推动力为*(23.9543.039)kPa20.915pppkPa3.在总压为110.5kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y、31.06koml/mc。气膜吸收系数kG=5.2×10-6kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=1.55×10-4m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725kmol/(m3·kPa)。（1）试计算以p、c表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。解：(1)以气相分压差表示的总推动力为t1.06*(110.50.032)kPa2.0740.725cppppyHkPa其对应的总吸收系数为246GLG11111()(mskPa)/kmol0.7251.55105.210KHkk35252(8.899101.92310)(msPa)/kmol2.01210(msPa)/kmol6G1097.4Kkmol/(m2·s·kPa)以液相组成差表示的总推动力为33*(110.50.0320.7251.06)kmol/m1.504kmol/mcccpHc其对应的总吸收系数为2m/s10855.6m/s102.5725.01055.11111664GLLkHkK（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为%58.95%100102.51097.4/1/166GGGGkKKk气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。4.在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为105.0kPa，操作温度为25℃。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.126kmol/(m3·kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5kPa，液相组成为2.85kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12×10-5m/s，气相总吸收系数KG＝1.206×10-5kmol/(m2·s·kPa)。求该截面处（1）膜吸收系数kG、kx及ky；（2）总吸收系数KL、KX及KY；（3）吸收速率。解：(1)以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25℃时水的密度为0.997kg/m3溶液的总浓度为3t997.0kmol/m55.3918ckmol/m35232xtL55.392.1210kmol/(ms)1.17410kmol/(ms)kck＝255GGL11111()(mskPa)/kmol1.206102.1262.1210kKHk426.07310(mskPa)/kmol52G1.64710kmol(mskPa)k5232ytG105.01.64710kmol/(ms)1.72910kmol/(ms)kpk（2）由65GL10673.5m/s126.210206.1HKKm/s248.0180.105126.20.997SMHpm总22233yyx1110.248()(ms)/kmol7.89610(ms)/kmol1.729101.17410mKkk32y1.26610kmol(ms)K3242xy0.2481.26610kmol/(ms)3.14010kmol/(ms)KmK因溶质组成很低，故有6242XtL55.395.67310kmol/(ms)3.14210kmol/(ms)KcK5232YtG105.01.20610kmol/(ms)1.26610kmol/(ms)KpK（3）吸收速率为62AL*5.673102.1267.52.85kmol/(ms)NKcc521.31010kmol/(ms)5.在101.3kPa及25℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。3（1）试计算吸收液的组成；（2）若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。解：（1）1110.040.0417110.04yYy2220.0020.002110.002yYy3t4.131040.77101.3Emp吸收剂为清水，所以02Xn,L12n,V12min0.04170.00238.81/0.0417/40.770qYYqYmX所以操作时的液气比为n,Ln,Ln,Vn,Vmin1.451.4538.8156.27qqqq吸收液的组成为n,V41122n,L10.04170.00207.0541056.27qXYYXq（2）3t4.13104.0771013Empn,L12n,V12min0.04170.0023.8810.0417/04.077qYYqYmXn,Ln,Ln,Vn,Vmin1.451.453.8815.627qqqqn,V31122n,L10.04170.00207.055105.627qXYYXq6.在一直径为0.8m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为34.5YX，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。解：1110.0320.0331110.032yYy21A10.033110.980.000662YY4110.0331*9.5941034.5YXm44110.76*0.769.594107.29110XX惰性气体的流量为n,V45(10.032)kmol/h43.56kmol/hq4水的用量为n,V123n,L412()43.560.03310.000662kmol/h1.93810kmol/h7.291100qYYqXX34m,L1.9381018kg/h3.48810kg/hq求填料层高度m429.0m8.0785.00562.03600/56.432YVn,OGaKqH4111*0.033134.57.291100.00795YYY222*0.00066234.500.000662YYY0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.00.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0115dbxWxDcaexFyX07.1100293.0000662.00331.0m21OGYYYNm749.4m429.007.11OGOGHNZ7.某填料吸收塔内装有5m高，比表面积为221m2/m3的金属阶梯环填料，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200kmol/h，其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为2.75YX；气相总吸收系数为42310kmol/(ms)；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径。解：（1）惰性气体的流量为n,V50(10.05)kmol/h47.5kmol/hq对于纯溶剂吸收n,L12An,V12min/qYYmqYmX依题意n,Ln,Vmin2002.63247.51.6qqn,Ln,VminA(/)2.63295.71%2.75qqm（2）1110.050.0526110.05yYy21A10.052610.95710.00226YY0120.0000226.00526.02005.47221Ln,Vn,1XYYqqX111*0.05262.750.01200.0196YYY00226.0075.200226.0*222YYY500803.000226.00196.0ln00226.00196.0ln2121mYYYYY269.600803.000226.00526.0m21OGYYYNm798.0m269.65OGOGNZH由aKqHYVn,OG224OGYVn,m277.0m798.09.02211033600/5.47aHKqΩ填料塔的直径为m594.0m14.3277.04π4ΩD8.在101.3kPa及20℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速G为600kg/(m2·h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526，水的质量流速W为800kg/(m2·h)，填料层高度为3m。已知操作条件下平衡关系为Y=0.9X，KGa正比于G0.8而于W无关。若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；(3)液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数1110.050.0526110.05yYy2220.0005260.000526110.000526yYy操作条件下，混合气的平均摩尔质量为ii0.051710.0529kg/kmol28.4kg/kmolMxMn,V2260010.05kmol/(mh)20.07kmol/(mh)28.4qn,L2280010kmol/(mh)44.44kmol/(mh)18qn,Vn,L0.920.070.40644.44mqSqn,V1112n,L*0.4060.05260.0005260.0211qYmXmYYq111*0.05260.02110.0315YYY222*0.00052600.000526YYY1OG2110.0315lnln6.890110.4060.000526YNSY