化工基础第5章习题答案

第5章传质过程及塔设备5.2气体的吸收1.空气和CO2的混合气体中，CO2的体积分数为20%，求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少？解因摩尔分数=体积分数，.02y摩尔分数摩尔比..020251102yYy．2.20℃的l00g水中溶解lgNH3,NH3在溶液中的组成用摩尔分数x、浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？解摩尔分数//117=0．0105117100／18x浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982skgm代替。溶液中NH3的量为/311017nkmol溶液的体积/.33101109982Vm溶液中NH3的浓度//.33311017==0．581／101109982nckmolmV或. 3998200105058218sscxkmolmM．．／NH3与水的摩尔比的计算//1170010610018X．或..00105001061100105xXx．3.进入吸收器的混合气体中，NH3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为  122111YYYYY被吸收的溶质量原料气中溶质量解原料气中NH3的摩尔分数0.1y摩尔比...1110101111101yYy吸收器出口混合气中NH3的摩尔比为()...211109011100111YY（）摩尔分数...22200111=0010981100111YyY4.l00g水中溶解lg3NH，查得20℃时溶液上方3NH的平衡分压为798Pa。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa)、溶解度系数H[单位为/()3kmolmkPa]和相平衡常数m。总压为100kPa。解液相中3NH的摩尔分数/.//1170010511710018x气相中3NH的平衡分压*.0798PkPa＝亨利系数*./.07980010576Epx／液相中3NH的浓度/./.333110170581101109982nckmolmV／溶解度系数/*./../()3058107980728HcpkmolmkPa液相中3NH的摩尔分数//1170010511710018x．／气相的平衡摩尔分数**.0798100ypp／／相平衡常数*...079807610000105ymx或//.76100076mEp5.10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310px，式中*p为氧在气相中的平衡分压，单位为kPax；为溶液中氧的摩尔分数。试求总压为.101325kPa，温度为10℃时，31m水中最大可能溶解多少克氧？空气中氧的体积分数为21%.解总压.101325pkPa空气中2O的压力分数.021App／体积分数空气中2O的分压*..021101325ApkPa亨利系数 .6331310EkPa(1)利用亨利定律*ApEx计算与气相分压..021101325ApkPa相平衡的液相组成为*. ..62602110132564210331310ApxkmolOkmolE．／溶液此为1kmol水溶液中最大可能溶解.6264210kmolO因为溶液很稀，其中溶质很少1kmol水溶液≈1kmol水=18kg水10℃，水的密度 .39997kgm／故1kmol水溶液≈.3189997m／水即.3189997m水中最大可能溶解.664210kmol氧故31m水中最大可能溶解的氧量为...6426421099973571018kmolO...4222357103211410O114Okgg(2)利用亨利定律*AAcpH计算...5369997==167610／33131018ssHkmolmkPaEM31m水中最大可能溶解的氧量为*(..)(.).543202110132516761035710AAcpHkmolOm／溶液 ...4222357103211410114kgOgO7.用清水吸收混合气中的NH3，进入吸收塔的混合气中，含NH3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为30012kmolNHkmol．／水。此物系的平衡关系为*.076YX。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？解已知.1006y，则/./..111100609400638Yyy已知.20004y，则./..32000410004=40210Y已知10.012X，则*10.760.0120.00912Y已知20X，则*20Y塔顶气相推动力*32224.0210=YYY塔底气相推动力*1110.06380.009120.0547YYY8.CO2分压力为50kPa的混合气体，分别与CO2浓度为./3001kmolm的水溶液和CO2浓度为.3005kmolm／的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系*.5166210pxkPa。试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明CO2在两种情况下属于吸收还是解吸。解温度25℃t，水的密度为/3s997kgm混合气中CO2的分压为50pkPa水溶液的总浓度/39718ssckmolmM水溶液(1)以气相分压差表示的吸收推动力①液相中CO2的浓度 .32001AckmolCOm／水溶液液相中CO2的摩尔分数././4001=18051099718Axcc与液相平衡的气相平衡分压为*...55416621016621018051030pxkPa气相分压差表示的推动力*503020pppkPa（吸收）②液相中CO2的浓度30.05kmolm／Ac水溶液液相中CO2的摩尔分数40.05/9.02710997/18Axcc与液相平衡的气相平衡分压为*...554166210166210902710150pxkPa气相分压差表示的推动力 *15050100pppkPa（解吸）(2)以液相浓度差表示的吸收推动力与气相250COpkPa分压平衡的液相组成为 *..5550166210166210px平衡的液相浓度①液相中CO2的浓度./32001AckmolCOm水溶液液相浓度差表示的推动力为*...3001666001000666kmol／mAAccc（吸收）②液相中CO2的浓度320.05CO/Ackmolm水溶液液相浓度差表示的推动力为*.../300500166600333AAccckmolm（解吸）10.混合气含CO2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa下用水吸收，使CO2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成41610X（摩尔比）。混合气体处理量为/32240mh（按标准状态，.,27315101325KPa），塔径为1.5m。亨利系数188EMPa，液相体积总传质系数(/)3350LKakmolmhkmolm，。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解(1)用水量计算....,...31122010005010111000550310090995yYYY，，．，41610X，20X混合气流量2240 '10022.4Gkmolh／惰性气体流量GG'y.kmolh1110010190／用水量G(YY)(..)L.kmol/hXX41241290011100050315910610../45159101828610kgh(2)填料层高度Z计算水溶液的总浓度 /././3995718553sscMkmolm体积传质系数./()3553502765XLKacKakmolmh液相总传质单元高度.(.)42159102765154OLXLHKaΩ.326m①对数平均推动力法计算OLN气液相平衡常数 188942Emp*..31101119411810XYm／／*/./.5220005039453510XYm*..34411111810610=5810XXX*..5522253510053510XXX ..lnln.554125151581053510=220910581053510mXXXXX液相总传质单元数 ..41246100272220910OLmXXNX②吸收因数法计算OLN..41591018799490LmG**ln2111111OLXXLLNLmGmGXXmG.ln.....34310118101187918792731187961011810填料层高度...32627389OLOLZHNm12.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%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa，相平衡关系为*.036YX，气相总传质系数.()30015／YKakmolms。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为.()20015kmolms／。试求填料塔的填料层高度.解(1)气相总传质单元高度OGH计算入塔混合气的流量G'.kmol(ms)20015Ω=／.,.310020015／YyKakmolms惰性气体流量GG' y.kmol(ms)2110015100200147ΩΩ．．／..001470980015OGYGHmKaΩ．(2)气相总传质单元数OGH计算..111002002041098yYy．，回收率099．...4211=002041099=20410YY.,.2220000200002xXx①吸收因数法计算OGN*...110020403600567XYm／／*min........121200204000020415151505360056700002YYLLGGXX...03606720536mGLln1222111OGYmXmGmGNmGLYmXLL...ln......100204036000021067206721067200002040360000212②对数平均推动力法计算OGN1212YYLGXX/1212YYXXLG.....00204000020400002003790536*...110360037900136YmX*...22036000020000072YmX*...311100204001366810YYY*...333222020410007210013210YYY....lnln.3331212681001321016910680132mYYYYY...1230020400002041216910OGmYYNY(3)填料层高度Z计算..09812118OGOGZHNm