化工基礎(chǔ)習題答案

1、2第5章傳質(zhì)過程及塔設(shè)備5.2氣體的吸收1空氣和C02的混合氣體中，C02的體積分數(shù)為20%，求其摩爾分數(shù)y和摩爾比Y各為多少? 解 因摩爾分數(shù)=體積分數(shù)，y =0.2摩爾分數(shù)摩爾比 丫 y 020.251 _y 1_0.22. 20C的lOOg水中溶解lgNH3, NH3在溶液中的組成用摩爾分數(shù)X、濃度c及摩爾比X表示時，各為多少？摩爾分數(shù)1/17x =1/17 10018=0.0105濃度c的計算20C,溶液的密度用水的密度人=998.2kg/m3代替。溶液中NH3的量為 n =1 10 -/17kmol溶液的體積V =101 10-/998.2 m3溶液中 NH 3 的濃度 c = n=

2、1 103 /17=0.581kmol/m3V 10K10-/998.2亠R 99823或 c -x0.0 1 0=5 . 0 5mo/mMs 18NH 3與水的摩爾比的計算X 1/1700106100/180,01051-0.0105=0.01063.進入吸收器的混合氣體中，NH3的體積分數(shù)為10%，吸收率為90%,求離開吸收器時 NH3的組成，以摩爾比 Y和摩爾分數(shù)y表示。吸收率的定義為被吸收的溶質(zhì)量 一原料氣中溶質(zhì)量_丫 _丫2一 Y解 原料氣中NH3的摩爾分數(shù)y =0.1摩爾比 丫 追 010.1111 1-0.1吸收器出口混合氣中NH 3的摩爾比為1 =(1 -)丫 (1-0.9)

3、0.111 =0.0111摩爾分數(shù)y2Y= °.01110.010981+丫2 1+0.0111400g水中溶解lg NH3，查得20 C時溶液上方NH3的平衡分壓為798Pa。此稀溶液的氣液相 平衡關(guān)系服從亨利定律，試求亨利系數(shù)E(單位為kPa)、溶解度系數(shù)H單位為kmol/(m kPa) 和相平衡常數(shù) m?？倝簽?00kPa。1/17解 液相中NH3的摩爾分數(shù)x0.01051/17+100/18氣相中NH3的平衡分壓P* =0.798 kPa亨利系數(shù) E 二 p*/x =0.798/0.0105 =76液相中nh3的濃度1 10-/173= 0.581 kmoj/m溶解度系數(shù)H

4、=c/ p=0 5 8 1/ 0.7 吐.0 7m8 l3 (mkPa液相中nh3的摩爾分數(shù)氣相的平衡摩爾分數(shù)1/17x 二07 100/18=0.0105y* = p 匕0 7 9/8 1 0 0相平衡常數(shù)0.798100 0.0105= 0.76或 m = E/ p6/10 0=.0 765. 10C時氧在水中的溶解度表達式為p* =3.313%106x，式中p*為氧在氣相中的平衡分壓，單位為kPa； x為溶液中氧的摩爾分數(shù)。試求總壓為101.325kPa，溫度為10C時，1m3水中最大可能溶解多少克氧？空氣中氧的體積分數(shù)為21%.解 總壓 p =101.325 kPa空氣中。2的壓力分數(shù)

5、Pa/ p二體積分數(shù)=0.21空氣中 O2 的分壓pA =0.21 101.325 kPa亨利系數(shù)E =3.313 106kPa(1)利用亨利定律P； =Ex計算與氣相分壓pA =0.21 101.325kPa相平衡的液相組成為0.21 101.32563.313 10=642 106kmol O/ kmol 溶液此為1kmol水溶液中最大可能溶解6.42 10 “kmol O因為溶液很稀，其中溶質(zhì)很少1kmol水溶液 Fkmol水=18 kg水10C,水的密度999.7kg/m3故1km o水溶液 勺8/999.7m3水即-2Lm3水中最大可能溶解 6.42 10kmol氧999.7故1m3

6、水中最大可能溶解的氧量為6.42 10 6 999.7184= 3.57 10 - kmolO23.57 10 - 32 =1.14 102kgO2 =11.4g Q(2)利用亨利定律p； -CA計算HP999.75/3H =6= 1 .676 10-kmol/ m3 kPaEM s 3.313x：106 漢18'丿31m水中最大可能溶解的氧量為cA =p；H =(0.21 101.325) (1.676 10乜)=3.57 10kmol O2/m3 溶液3.57 10 - 32 =1.14 10-kg O2 =11.4g O27. 用清水吸收混合氣中的 NH3,進入吸收塔的混合氣中，

7、含 NH3體積分數(shù)為6%,吸 收后混合氣中含 NH3的體積分數(shù)為0.4%，出口溶液的摩爾比為 0.012kmol NH/kmol水。此 物系的平衡關(guān)系為丫* =0.76X。氣液逆流流動，試求塔頂、塔底的氣相傳質(zhì)推動力各為多少？解 已知 yy =0.06，貝U 丫 =%/(1_% )=0.06/0.94=0.0638已知 y2 =0.004，貝V Y2 =0.004/ 1 0.004 =4.02 103已知 Xt =0.012，貝丫* =0.76X0.012 =0.00912已知 X2 =0，貝y y2* =0塔頂氣相推動力丫2=丫2-丫2*=4.02 10 3塔底氣相推動力銜=丫丫 0. 06

8、3 8 0.00 9W 2 0.0 5 4 78. CO2分壓力為50kPa的混合氣體，分別與 CO?濃度為0.01kmol/m3的水溶液和CO?濃度為0.05kmol/ m3的水溶液接觸。物系溫度均為 25C，氣液相平衡關(guān)系 p* =1.662 105xkPa。 試求上述兩種情況下兩相的推動力(分別以氣相分壓力差和液相濃度差表示)，并說明CO2在兩種情況下屬于吸收還是解吸。解 溫度t =25C，水的密度為 訂=997kg/m3混合氣中C02的分壓為p =50kPa97o水溶液的總濃度 c 二二一 kmol / m水溶液M s 18（1）以氣相分壓差表示的吸收推動力 液相中CO2的濃度Ca =

9、0.01kmol CO/ m3水溶液液相中CO 2的摩爾分數(shù)x二Ca/c=1.805 10997/18與液相平衡的氣相平衡分壓為554p* =1.662 10 x =1.662 101.805 10一 =30kPa氣相分壓差表示的推動力鉀=p -p 50 30 =2 0 Pa吸收） 液相中CO2的濃度ca =0.05kmol /m3水溶液液相中CO 2的摩爾分數(shù)x=ca/c 0.059.027 10"997/18與液相平衡的氣相平衡分壓為p* =1.662 105x =1.662 105 9.027 10J =150 kPa氣相分壓差表示的推動力邛二p* -p =150 一50 =1

10、00kPa （解吸）（2）以液相濃度差表示的吸收推動力與氣相CO2分壓p =50kPa平衡的液相組成為x* _p 二 501.662 1051.662 105平衡的液相濃度液相中CO2的濃度Ca =0.01kmol CO2/m3水溶液液相濃度差表示的推動力為工=c； ca =0.01666 0.01 =0.00666kmol /m（吸收）液相中CO2的濃度ca =0.05 kmol CO2 / m3水溶液液相濃度差表示的推動力為lc =ca -cA =0.05 -0.01666 =0.0333kmol / m3 （解吸）10.混合氣含CO2體積分數(shù)為10%，其余為空氣。在 30C、2MPa下用

11、水吸收，使 CO? 的體積分數(shù)降到 0.5%，水溶液出口組成 X! =6 10（摩爾比）?；旌蠚怏w處理量為2240m3/h（按標準狀態(tài)，273.15K, 101325 Pa ），塔徑為1.5m。亨利系數(shù)E =188MPa，液相體積總傳質(zhì)系數(shù)Kl a =50kmol,m3 h kmol /m3）。試求每小時用水量及填料塔的填料層高度。解（1）用水量計算y 亠，丫1罟5, 丫2/。5飛 將 5.°3 佶,X® E , XM混合氣流量G =_224 =iookmol/ h22.4惰性氣體流量G =G' 1 y! =100 1 _0.1 =90kmol/h用水量L 空 口9

12、0(0111 一0 00503 山9 10二 kmol/ hX1 _X245二1.59 1018 二 2.86 10 kg / h（2）填料層高度Z計算水溶液的總濃度 c ：；/Ms =9 9 5 7/ 1 &moB m/3體積傳質(zhì)系數(shù)KXa =cKLa =55.3 50 =2765 kmol / ( h)液相總傳質(zhì)單元高度L1.5 9 140H OLKxaQ 2 7 65：x( .1j5二3.26m對數(shù)平均推動力法計算n°lE 188氣液相平衡常數(shù) m = =94P 2X； =Y/m =0.111/94 =1.18x10 乂X；二丫2/m =0.00503/94 =5.35

13、 10"XX1 -X1 =1.18 10 - -6 10-= 5 .8 10-X2 =X： _X2 =5.35 10-0 =5.35 10“X =空蘭=空心竺遊=2209沢10 ”心58 10'ln55.35 10 乂液相總傳質(zhì)單元數(shù)Xt x2 6X100XmNol2.209 10 a 知7吸收因數(shù)法計算N°lmG 94 902 X； L 11No一三 ln1 一爲 _X1 mG mG1l1 _1 879填料層高度n 1 _1 879°T18 103 1 879 J2 73.6 10- _1.18 10- z =H°l NOL3. 2 6 2 7

14、 3= 8n912用煤油從苯蒸氣與空氣的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合氣中含苯 2% (摩爾分數(shù))；入塔的煤油中含苯 0.02% (摩爾分數(shù))。溶劑用量為最小用量的 1.5倍，操作溫度為50C,壓力為100kPa,相平衡關(guān)系為丫* =0.36X，氣相總傳質(zhì)系數(shù) KYa =0.015kmo|/(m3s)。入塔混合氣單位塔截面上的摩爾流量為0.015kmo/(m2 s)。試求填料塔的填料層高度解(1)氣相總傳質(zhì)單元高度H OG計算入塔混合氣的流量G'Q2=0.015 kmol /(m s)y =0.02, KYa =0.015 kmol/G'惰性氣體流量詈 送 1 %

15、=0.015 1 0.02 =0.0147kmol/(m2 s)G 0 0147H og0 .98 mOG KYa Q 0.015(2)氣相總傳質(zhì)單元數(shù)H og計算Y 丄二002 =0.0204，回收率=0.99y 0.98Y2 =丫(10 .0204(1 0.99 = 2 .04 疋 10Xg =0.0002, X2=0.0002吸收因數(shù)法計算nogX, =Y/ m =0.0204/0.36 =0.0567L 9.5 丄=1.5 丫- =1.5 °.0204 一°.000204 “536GG minX, -X20.0567 -0.0002mG牆觀72Nog1 |n K _mG " -mX2 +mG mG ” L V2 -mX2LL0 0204 . 0 36 0 0 002 一l n.M - 0 .6 7 +0 6 /1 0 672(飛.0 0 002040.360 000 2=12對數(shù)平均推動力法計算 Nog72L Y _丫2G 一 Xi _X2丫 一丫2Xi =X212L/Gc cccc 0 0204_0 000204 “ = 0.00020.03790.536Y* =mXi =0.36 0.0379 =0.0136丫* =mX2 =0.3