化工原理课后思考题下册(管国锋)

1第六章气体吸收以下讨论只限于单组分吸收或解吸，即气相中只含有溶质气体A及惰性气体B。气相中A的摩尔分数以y表示，液相中A的摩尔分数以x表示。设惰气完全不溶于液相，吸收剂完全不挥发。1）吸收是_____________的过程。（答：气体溶解于液体）2）吸收最广泛的用途是通过适当的吸收剂以_________________。（答：分离气体混合物的组分）3）对吸收剂的要求主要是________________。（答：对欲吸收的溶质气体溶解度大，选择性好，溶解度对温度改变的变化大，挥发度小，无毒，价廉，易得）4）二元气相物系，分子扩散系数DAB与DBA的关系是：DAB_____________DBA。（答：=）5）气相分子扩散系数DAB值正比于绝对温度T的_______次方，反比于绝对压强P的______次方。（答：1.5，1）6）液相分子扩散系数DAB值正比于绝对温度T的_______次方，反比于液相粘度µ的______次方。（答：1，1）7）以JA,JB表示组分A,B的分子扩散通量，以NA,NB表示A,B的传质通量。在精馏操作中，|JA|______|JB|，NA________JA。（答：=，=）8）在吸收过程，存在着_____流动，NA________JA，|JA|______|JB|。（答：主体，，=）[分析]理想气体恒温恒压意味着单位体积气体的摩尔数恒定。当二元气体物系在恒温恒压下A、B分子相向扩散，必然是彼此填补对方移动腾出的空间。这好比一个公共汽车内车尾的乘客在下一站就要下车前，在向中门移动过程中同不下车的乘客“调一调”位置，彼此相向移动，但摩尔密度不变。这就是|JA|=|JB|。无论是吸收或精馏，只要是二元物系满足上述条件，|JA|=|JB|的结论都成立。如果公共汽车正面对红灯停车，则|JA|=NA，如精馏过程；如果公共汽车正在缓缓向前行驶靠站，使站台上等车的乘客认为B并无位移，这就如吸收过程。显然，站台上的人看到A的位移通量比A相对于公共汽车的位移通量大，即NAJA，以上仅是个比喻，很粗略，仅适合二元物系9）在气相中进行着组分A由1截面至2截面的分子扩散，组分A在1，2截面的摩尔分数分别是y1与y2.则“漂流因子”之值=________。（答：1,1/(1)my，1,1/(1)my是（1-y1）与（1-y2）的对数平均值）10）对一定气液体系，温度升高，溶质气体的溶解度________，相平衡常数m=______。（答：下降，增大）11）已知亨利系数E，总压P,两者单位相同，则相平衡常数m=_______。（答：E/p）12）以水吸收空气，SO2混合物中的SO2，已知m=20.17，y=0.030，x=4.13×10-4，当以△y为推动力，则y-y*=______,当以△x为推动力，则x*-x=_______。（答：2.17×10-2，1.07×10-3）13）在对流扩散的吸收过程，在气相侧，A的扩散通量NA=ky（y-yi），在液相侧，NA=kx（xi-x）。式中下标i表示气液界面。已知相平衡常数为m，则以△y为推动力的相际总传热系数Ky的计算式为：1/Ky=_______，以△x为推动力的相际总传热系数Kx的计算式为1/Kx=_______。（答：1/ky+m/kx,1/kx+1/(mky)）14）在吸收过程中，当气相阻力液相阻力，（气相阻力/总阻力）可用_____或_____表示。当液相阻力气相阻力，（液相阻力/总阻力）可用_____或_____表示。（答：Ky/ky,(y-yi)/(y-y*),Kx/kx,(xi-x)/(x*-x)）15）双膜理论的要点是：临近界面的气液流动必为层流；可把层流适当延伸，使之包含2了湍流及过度流的传质阻力。这种延伸的层流层称为“虚拟层流膜”。可认为界面上气液处于平衡态。于是，吸收阻力全在于气液两层“虚拟层流膜”上。__________。（答：若操作条件固定，则设备内进行着定态传质）16）某逆流填料吸收塔，塔截面积为0.8m2，在常压，27℃下处理混合气流量为1200m2/h，则气体的摩尔通量G=______kmol/（h·m2）。（答：60.91）[分析]根据pv=nRT公式，把v的单位看成m3/h，n的单位看成kmol/h17）低浓度气体吸收的特点是：______。（答①全塔气液摩尔通量G、L均为常量；②全塔等温吸收；③ky,kx在全塔均为常量）18）在填料吸收塔或解吸塔中，操作线表示________。（答：同一塔的横截面上气相浓度y与液相浓度x之间的数量关系）19）某吸收操作情况如附图所示。已知y*=1.5x，则（L/G）与（L/G）min的比值β=_____。（答：1.278）min(/)LG*1.5yxy2=0.0040x2=0y1y4my2y1=0.020x1=0.0090[分析]当y1，y2，x2，m以及G已定的条件下，液体喷淋通量L愈小，则x1愈大。L为最小极限值Lmin时，x1增大到愈y1在塔底平衡的x1*，此题，min121(/)()/(/)(0.0200.0040)/(0.020/1.5)1.20LGyyym，/(0.020.004)/0.00901.78LG，∴1.4820）在常压逆流填料吸收塔中，以清水吸收空气与某可溶组分A的混合气中的A，y1=0.03，吸收率η=0.95，已知解吸因数为0.80，物系服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.030，则x1=_____。（答：0.0228）[分析]一般相平衡常数m值是可查的，是已知值，但此题却以“与入塔气体成平衡的液相浓度为0.030”间接给出了m，一般（mG/L）值是m与L/G均已知后算得得，但此题却把（mG/L）作为已知值给出。像这样的考察基本概念及解题技巧的题并不多见。∵m=y1/x1*=0.030/0.030=1.0，mG/L=0.80，∴L/G=1.25，又，y2=y1(1-)=0.030×（1-0.95）=1.5×10-3，由L/G=（0.030-0.0015）/x1=1.25，∴x1=0.022821）在逆流填料吸收塔中，以纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质气体，已知气相摩尔通量G=60.91kmol/(h·m2)，气相体积总传质系数Kya=100kmol/(h·m3)，填料层高4.0m，体系符合亨利定律且吸收因数为1.20，则吸收率η=______。（答：0.9226）[分析]此题H=4.0m，HOG=G/Kya=60.91/100=0.6091m，所以NOG=4.0/0.6091=6.567，接下去就是以NOG求。计算NOG的吸收因数法比对数平均浓度差法用得更多。下列公式应熟记：12221ln[(1)]1OGymxmGmGNLLmGymxL（x2≠0）311ln[(1)]11OGmGmGNLLmGL（x2=0）代入数据后，可解出=0.922622）某厂使用填料塔，以清水逆流吸收混合气中的有害组分A，已知填料层高8.0m，y1=0.060，y2=0.0080，x1=0.020，y*=2.5x。该厂要求尾气排放浓度降至0.0050，准备另加一个塔径、填料与原塔相同的填料塔，二塔串联操作（气液均串联），气液流量及进塔浓度均不变，则新加塔的填料层高度为________m。（答：4.66）[分析]原塔，L/G=（0.060-0.0080）/0.020=2.60，mG/L=0.9615，=0.8667，由吸收因数法算得NOG=5.80.两塔串联后的操作从效果上看相当于在原塔基础上增加填料层高度。因前、后情况的HOG相等，故H’/H=NOG’/NOG。在后来情况mG/L=0.9615，’=0.9617，由吸收因数法算得，NOG’=9.175，则H’=H·(NOG’/NOG)=8.0×9.175/5.80=12.66m，新增塔的填料层需4.66m23）在气相控制的逆流吸收塔中，若气、液流量保持原比例不变且同时增大，其他条件不变，则η_______。（答：减小）[分析]所谓气相控制，一方面表示1/ky》m/kx，Ky＝ky，另一方面表示ky∝Gm，ky与L无关。因ky∝Gm中的m恒小于1，故随着G增大，HOG增大。所谓其他条件不变，指仍未原塔H，m，y1，x2均不变。又因此题规定L/G不变，故前后操作线平行，而且操作线的两端点都在y=y1和x=x2两条直线上。因后来情况NOG减小，其操作线只能比原来更远离平衡线，使y2增加，故减小。如果此题改为液相控制，分析方法一样，得出的结论也一样。所不同的是，是采用了H=HOL·NOL公式，Kx等于kx，kx∝Ln，n1，kx与G无关。L增大，HOL增大，NOG减小。可见，虽吸收有气相与液相控制两种情况，一般只需掌握对气相控制问题的分析方法。相同方法可用于液相控制问题，无需作二者平行的介绍24）某气相控制逆流吸收塔，若其他操作条件不变，只是操作压强增大。设亨利系数与压强无关，则y2_______，x1_______。（答：减小，增大）[分析]m=E/P,P增大则m变小，若y2’=y2，又L/G不变，则操作线不变。显然，在p增大后，此操作线与平衡线间的距离拉开了，NOG’减小了。再考察p对HOG的影响。HOG=G/Kya，1/Kya=1/kya+m/kxa，又，p对ky、kx均无影响。可见，只有m受p影响。但在气相控制情况下，液相阻力可略，因而可判断，HOG与p无关。既然H，HOG在增压后均不变，则NOG亦不变，要满足这条件，只可能是上述操作线向下平移的结果，即y2’y2，x1’x1。本题是考察平衡线改变对操作效果的影响。不仅p改变影响平衡线，操作温度改变亦影响平衡线。不过，温度改变一般只局限于对平衡线的影响，假设温度对气液物性无影响。25）某液相控制逆流吸收塔，若气流量增大，其他操作线条件不变，则塔底液相x1_______，塔顶气相y2_______。（答：减小，减小）[分析]此题情况，塔顶进液浓度x2不变，塔底进气浓度y1不变，故操作线的两点必在x=x2及y=y1两直线上。当G增大，L不变，设x1’=x1，由于L/G变小，操作线成“a线”，显然NOL’NOL但根据题给条件，NOL’=NOL，所以a线必须平移向上，故x1’x1。同理，设y2’=y2，操作线变成b线，因NOL’NOL，b线必须平移向下，故y2’y2。26）某逆流填料吸收塔，液相控制，若y1增大，其它操作条件不变，则y2_______，x1_______。（答：增大，增大）27）某逆流填料吸收塔，气相控制，若G增大，其它操作条件不变，则y2_______，x1_______。（答：升高，升高）28）逆流吸收，A=0.5，若填料层无限高，则必会在塔______平衡。（答：底）[分析]A=（L/G）/m，表示操作线斜率与平衡线斜率之比，A=0.5，则（L/G）m。当操作线平移向平衡线靠拢，首先两线接触的必为塔底429）某填料塔，用纯的洗油逆流吸收空气中的苯，已知y1=6.0%，y2=0.50%，x1=0.20，y*=0.20x，为了改善填料润湿情况，拟采用吸收剂循环流程，设气体处理量G及纯洗油用量L不变，吸收率不变，其他操作条件不变，令θ为循环液与纯洗油的摩尔流量之比，则最大的θ值为_______。（答：0.143）[分析]依题意，最大循环液量时相当于塔顶平衡，即混合后进塔液体浓度x0与y2平衡，故x0=y2/m=0.0050/0.20=0.025混合：x1+x2=（1+）x0，即0.20+0=（1+）×0.025所以最大=0.14330）以洗油吸收苯的吸收与解吸联合流程如附图所示。已知吸收塔内y*=0.125x，L/G=0.18，气相控制，解吸塔内，G/L=0.40，y*=3.16x，液相控制，则x1=_____，吸收塔NOG=_______，解吸塔NOL=_______。（答：0.106，5.519，7.180）[分析]吸收塔内：L/G=0.18=（0.020-0.0020）/（x