化工原理下冊課后題答案(第二版)

七章 傳質(zhì)與分離進程概論在吸收塔頂用水吸收混于空氣中的氨。已知入塔混合氣中氨含量為 （質(zhì)量分數(shù)，下同，吸收后出塔氣體中氨含量為 ，試計算進出塔氣體中氨的比Y、Y。1 2解：先計算進、出塔氣體中氨的摩爾分數(shù) y和y。y 0.055/17

1 20.09031 0.055/170.945/29y 0.002/17

0.00342 0.002/170.998/29進、出塔氣體中氨的摩爾比Y、Y為1 20.0903Y 1 10.0034Y 2 1由計算可知，當(dāng)混合物中某組分的摩爾分數(shù)很小時，摩爾比近似等于摩爾分數(shù)。試分 A和B的分混合，下（）

A(

MAMBdxA2（

A

MwA

xM )BBBwBMAMB(M

)2MB（

wA

MA

MAxA于 xA

x1B

MM

M)MBA故 A

MAMBdxA2(xAMAxBMB)（

xA

wAMAwwBwMA MB故 dxA

MAMB

dwAwA MA

)2wMBw在直徑為 0.012、長度為 0.35m的圓管中，CO氣體通過 N2進行穩(wěn)態(tài)分子擴散。管內(nèi) N2的溫度為3K，總壓為 3，管兩頭 CO的分壓別離為 0a和 0a，試計算 O的擴散通量。解：設(shè) ； 2查附錄一得

D 104m2sAB在總壓為 3a，溫度為 3K下，組分 A自氣相主體通過厚度為 5m的氣膜擴散到催化劑表面，發(fā)生瞬態(tài)化學(xué)反映 A3B。生成的氣體 B離開催化劑表面通過氣膜向氣相主體擴散。已知氣膜的氣相主體一側(cè)組分 A的分壓為 5a，組分 A在組分 B中的擴散系數(shù)為 05/s。試計算組分 A和組分 B的傳質(zhì)通量 N 和 N 。A B解：由化學(xué)計量式

A3B可得 NB

3NAN A1Dp2 RTzAB總N A1Dp2 RTzAB總lnp 2總p總A11 5053 32 n m2)205m2)2 273N 3NB

278K25m997.0kg/m3278K1.2410–9m2/sHHO3 25m點xA10.085xA20.022xB1

1xA110.085xB2

1xA2

10.0220.978xx B2xB1x

0.946BM xB2xB1

2M 171

kmolM 2

kmol1 2

1

998.2c 1

＝

m3

55.58kmol/m3總 2 M M1 2

2

17.98D cN AB A z x

(x x )A1 A2BM1.2410955.577(0.0850.022)kmol/(m2s)9.179107kmol/(m2s)0.0050.94658KD 。AB得v 7.07A出

cm3/molv B

24.42cm3/molD

1.013105T1.75(1 M

1/2MBp總

[

v1/3(A

v)1/3]2B1.0131052881.75(1 2

1)1/216 m

s6.24105m2s105.5(7.071/324.421/3)23D 。ABK 10PasBΦ2.6V 44.8bA7-43）D 7.41015AB

)1/2B

TV0.6BbA7.41015(2.618)1/2

293

m2s1.50810

m2s1.00510344.80.68.8。5912系0.0165計所需要刻。即N kA L

c Ab空氣主體濃因空氣流專門故能夠c 0；c Ab Ai處氣相飽和濃可通過飽和蒸氣壓計即pc pAi RT

73.9

kmol/m3

2.795105

kmol/m3N k(c c )A L S得Sb NMSA A Ab 0.051152 A1 N MA A

10

128

s103s第八章 氣體吸收76.6g(NH3)/1000g(H2O)求此溫和壓力下亨利Em及溶H。溶液氨摩爾分x17

0.075p* E x

0.075

kPa

200.0kPaE 200.0m 1.974p 101.3t992.2kg/m3

992.2H EMS

200.018

3

3kPa)53aE6058。CO2350/1000c 44

3997.8ct

55.43kmol/m3CO2c 0.008x 1.443104c 55.43t*x605304a4CO2ppykPa< p*tCO2

p

p*p

kPa110.5kPayc3k

6k

=1.55G L×10-4假設(shè)服從律H＝0.725kmol/(m3kPa)。pc和應(yīng)；析該程縱因素。)p

pp*

pyct H

)kPa

2.074kPa1 1 1 1 1 K Hk kG L G

550

20

)(m2s1031.923105)(m2sK 4.97106kmol/(m2skPa)G

105(m2scc*c

c3

31 1KL 1 H k kL G

1 104

0.7255.2106

10621/kG

K

4.97106

100%95.58%1/KG

k 5.2106G0252.1263kPa5a5×05

＝052skPak

k及kKKL

GK3K及 K3KX Y

G x y：)25997.0kg/m3濃997.0ct

m3

k ckx t

55.395

2s)3

2s)1 1 1 1 1 ( skPa)/kmolk K k 5 5G G

104(m2sk 1.647105kmol(m2skPa)Gk pky t

105.01.6475

2s)1.7293

2s)由

K

10

106L Hm

0.248S1 1m

.01

0.248

(m

2

K k Ky y

3

3K 1.2663y

s)K x

0.2481.2663

2s)3.1404

2s)K cKX t

55.396

2s)4

2s)K pKY t

105.05

2s)3

2s)N K*c106A L

2

3

2s)123×03 量最小量1.45。試計算液；1013kPa而其他不變再求液Y1

1y1y11y

0.04 0.041710.042Y y22 1y2E

0.002 0.00210.0024.13103m 40.77p 101.3t劑

X 02qq n,Lqq n,V

min

YYY mY mX12

0

38.81此時液比為qn,Lqn,V

q

n,Ln,V

min

1.4538.8156.27液qX n1 qn,L

YYX1 2

156.27

0.00204m

E4.13103p 1013t

4.077qq n,Lqq n,V

min

YYY mY mX12

0

3.881qq n,Lqq n,V

q

qqn,Ln,V

min

1.451X

n,V

Y

0.00203q1 1 q n,L

q mY

0.0562kmol/(m3s)液摩爾比飽摩爾比76%要求回率98%求量）所需層高Y1

1y1y11y

0.03210.032

0.0331YY10.982 1 A1X*Y11 m

0.0331 10 34.5X 0.76X1

*0.769.594104

7.291104qn,V

h43.56kmolhq

Y

43.56q n,L

n,V 1 2 X X1 2

4

kmol

h3hqm,L

3

h

hq

43.56/H OG K

n,VaY

0.82

m0.429mYY

Y*15104

0.007951 1 1YYY*02 2 22Y Y211

0.00795

0.002931m Y1Y2

0.007950.000662YN 1Y

11.07OGZ

Y mH mmOG 5m00，液平穩(wěn)關(guān)系Y

31042；（1）直徑。（qn,V

h47.5kmolh關(guān)于純劑依題意

qqqn,Lqn,V

min

YYY mY mX12

mA2q q n,Lq qminq qn,L n,Vminq qn,L n,Vmin

47.51.6

2.6322.63295.71%A m y 0.051（2）Y 0.052611 1y 10.051YY

1

0.95712 1 AqX n,V1 qn,L

YY1

X2

47.50Y

Y*

0.01961 1 1Y Y2 2

Y*2

0Y m

YY1Y 1lnY12

ln0.01960.00226

0.00803Y2N 1YY2

6.269OG YmH Z OG NOGq

56.269

0.00803m0.798mH OG

n,VKaΩYqΩ n,V

47.5/m

m2KaHY OG

31040.94Ω4ΩπD

443.14101.3kPa20℃條件下，用清水內(nèi)逆流吸收混于空氣中氨氣。已知混合氣質(zhì)量流速G600kg/(m2h)0.050.000526W3YGW（1）氣體流速增加一倍；(3)液體流速增加一倍，試別離計算層高度應(yīng)如何轉(zhuǎn)變，才能維持尾氣組成不變。解：第一計算操作條件轉(zhuǎn)變前傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)1Y y11 1y1

0.0510.05

0.05262Y y22 1y2

0.00052610.000526

0.000526操作條件下，混合氣平均摩爾質(zhì)量為MxM i i

kmolqn,V

600

Ω 28.4

1

m2

m2hq

mqS n,V

0.920.07

0.406nΩ

118

m2

m2h

qn,L

44.44YmX1

qm n,Vqn,L

YY1

YYY*0.05260.02110.03151 1 1YYY*0.00052600.0005262 2 21 Y

1 0.03151NOG1SlnY12Z 3

1

6.890H OG NOG

6.890

m0.435m12pt tmEpt p mm tmp 2tS

mqqn，L

S2

0.4062

0.203。因此1YYY 1 1 1 2Y

Y

0.00052600.0005262 2 1

Y11

1 0.0421NOG1S

Y2

10.203 0.000526

5.499qH

qn,VOG KY

K ΩG 總H

qn,V

H

0.435

m0.218mOG KG

Ω 2 2總ZH N

0.218

1.199mOG ZZ

1.801m即所需填料層高度比原先減少1.801m。）qn,VS

2qmqn,VL

2S2

0.812維持要加倍即X2X1 1故YYYYYSYY1 1 1 1YYY

0.00052600.0005262 2 1

Y 1 0.0103N

1

15.82OG 1Sq

Y2q

1qH OG K

n,VaΩY

n,VK G

n,Vq n,V

qn,V

0.2q

0.2H OG

n,Vn,V

H 20.2OG

0.435m0.500mZH N

0.50015.82m

7.910mOG ZZ

4.910m4.910。qn,L

2q

n,LS

mqn,Vqn,L

S2

0.4062

0.203

Y

YN 1S 1 2 S1S YY2 2 1

0.05260

10 G W對Ka無阻礙，q 對Ka無阻礙，因此傳質(zhì)單元不變，G n,LH HOG

0.435mZH N

0.435

2.391mOG ZZ

0.609m0.609。1.2m，3m95%；操作條件下氣Y2.2X1.50.35m2h)。的有效表面積近似取為出塔的液相組成；（2）用的總表面積和等板。解：（1）Y1

1y1y11y

0.0610.06

0.0638YY1

0.063810.950.003192 1 A惰性氣體的流量為qn,V

h37.6kmolhq q n,Vq q

mA

2.20.952.09n,Lqn,L

minmin

2.0937.6

h78.58kmolhqn,L

1.5

h117.9kmolhqX n,V1 qn,L

YYX1 2

37.6117.9

0.06380.0031900.0193（2）

YY*0.06382.20.01930.02131 1 1YYY*0.003192.200.003192 2 2YY 0.02130.00319Y 1 2 0.00954m Y1Y12

0.02130.00319YY 0.06380.00319N 1 2OG Ym

6.3530.00954H Z OG NOG

3 m0.472m6.353H OG

qn,VKaΩYq

37.6a n,VH KOG Y

0.351.22

m2m

201.35m2m3201.35atNOG

lnS

m2/m3

2/m3N S1TmqS n,Vq

2.237.6117.9

0.702n,LN T ZHETPNT33HETP5.351

m0.561m。已知合體分數(shù)收Y1

1y1y11y

0.08510.085

0.0929YY10.922 1 A，X 02qq n,Vqq n,L

min

mA

26.7qn,Vqn,L

1.5526.724.56438.074量為qn,L

38.074

h3hqm,L

3

h5hqA mqn,V

38.07426.7

1.426AlnA1

0.92N 1T lnN 1T

16m6mV=500m3/hY1=0.02Y2=0.004X1=0.004已知操作條件液平穩(wěn)關(guān)系Y=1.5X因環(huán)保要求提要求出0.002（摩爾比）該擬采以改造方案維持液比不變在原基礎(chǔ)上將加試計算增加解改造前ZH NOG OG改造后ZH NOG OG故Z

H NOG OGZ H NOG OG于處置量、操作液比及操作條件不變故H HOG OGSSX 0Y*02 2由 1 YY*N S) 1 2 S]OG 1S YY*2 2故 1 YN S) 1S]OG 1S Y2N

1 S)YS]11

1S Y2ZZ

S)YS]12Y12S)1S]Y2操作液比為qn,L

YY1

0.020.0044qn,V

X X1

0.0040mqS qL

1.54

0.375Z

1.509Z

0.375]ZZZ

3.054mHq

HOG

1H。A LHG

n,VkaΩYqH n,LL kaΩx1 mqS AH 1

n,Vqn,LH

qn,V

n,V

qn,L

qn,V

mk1k mk1k

q 1n,VG AH

Lqn,V

kaΩy

qn,L

kx

aΩ y x

aΩKYOG KaΩYH HOG

1HA LG 5m0101.3kPa相質(zhì)速0.525kg/(2)液相質(zhì)速2.850kg/(m2)已知20℃及101.3kPa時擴散系數(shù)891052/20℃時擴散系數(shù)6092/估算傳質(zhì)單元H、HG 1.81105G

1.205GH GβWγG

1.81105 GG

1.89105G 72H G0.32WG

m： 100.5105L

998.2L

H L L

105LLL

109L 603

0.22W0.22H 2.36103

L LL

0.22

103105

m0.00850.001053，此刻平穩(wěn)關(guān)系Y=106.03X1.45HOL

2。Yy0.00051 1最小q q n,V

X2X1

0.00766qq n,L

Y2

0.0005qn,Vqn,L

1.45

0.0111因qA

n,L

1 mqn,V

106.03總傳質(zhì)單元1N AX2X1*A1OL 1A

XX* 1 1 1

0.00850.0005 106.0310.850

10.850

0.0016

0.8503.334層高度為ZH NOL

0.82

2.734m82592/63kg/m3。計算該速；計算該體噴淋密度并判定是不是達到最小噴淋密度要求。為8.2995.6qV

m3

h836.25m3h速為836.25/3600u 0.82

m/s0.462m/s2為q 8.2

U Lπ4D2

m3 m20.82

16.32m3 m2h最小噴淋密度為U (L

a0.08109m3/(m2h)8.72m3/(m2h)min Wmin tUU

min

達到最小噴淋密度要求。5000。DN50塑階梯環(huán)泛點率取試計算該徑。 100.5105L

998.2Lqm,V

h.0h采?？颂赝P(guān)聯(lián)圖計算泛點速為q

0.5

0.5m,LV

0.575qm,V

3156998.28-23為F F

(V)

0.038g LL1LDN50塑階梯環(huán)8-10和附錄別離查得Φ 1mFam2tu21271 1.315故 F 1.0050.29.81 998.2

0.038u1.492F空速為u0.60uF

0.601.492m/s

0.895m/s由 D

4qVπu

4240042400/3600π0.895D=1.0m核 D

20

故所選規(guī)格適宜。d取 (L

50) 83（h）Wmin最小噴淋Umin(L

a8114.2m3/(m2h)9.136m3/(m2h)噴淋

Wmin t U π m3/(m2 h) 63.81m3/(m2 1.02

>Umin4空速為u4

1.02

ms0.849ms泛點率為u100%0.849100%56.90%u 1.492FD=1.0m B2p*A

=107.6kPap*B

5A p* p* p p* 76p1y Ax A總B

0.95A p A p p*p* p 107.6總 A B 總

9.6總p p*

99.7641.85x

p*p*A

107.641.85p* p*Bp*

107.6

2.571y

0.95xyy0.95 pp*x總A

p*B

1x .641.851A

99.76kPa40a0a1206.35p*Ap*B

t220.241343.94t219.58t0a0應(yīng)94.631.5需差1

0總61206.35lgp*A 94.61343.94

p*A

158.49同

p*B

94.6

p*63.10kPaB63.1xA63.1

0.4或p 0.48.90.63.k總

101.26kPaA么 p*p*BA

158.4963.1

2.51y 1(1)x

2.510.411.510.4

0.6262

0總p*A

ap*B

3.203y 0.410.4

0.681α0a0y0.6x0.9

q1

0.56y

q x

0.56 x

0.55

1.251.273xq1 q

0.56

0.561

yxy=x=n

100=D FnDy

100%

100%58.8%nx FF2n D

n WnlnFn

100ln

5 dxxn 56xW

yx即 1

-0.54x

-

W0.55n

yx F nD

x xF

0.5544

0.55

0.7645 A

100%61.16%）0h已515，出最能流q

x xF

0.5

hh

qn,Dx

100%

100%95%n,D

n,F

x xD

A q xn,FF

0.52ηq n,Dmax

q xn,Fx

0.50.95

3DB0A1）5q xn,DD

0.96

xn,F

0.600.5

q xn,W W

10.600.5

8q xn,WW

1.80.033

54.5qn,D

qn,F

qn

54.5

45.5x 43.2D

0.9505y R x x

0.2604R1 R

3.65qn,L

qn,Ln,F

Rqn,D

qn

2.55.50

20.4B0242.8如三種熱狀態(tài)q值氣1012g℃。題給據(jù)qn,D

qn,F

x xFWx xFWD

79qn,W

07.9

10料qq1

ctp b r

1

371

1.255qn,V

n

q

n

2.87.911.50

/h2料 刻 q=1qn,V

qn

n

3.827.39

143料q=0q q q .1n,V n,V n,F

44.1kmol/hqqn,V最小。0為4y=5；qy=-q3q及y4q成 得RR1

xD R1得 R=3D=qq1

3及

xF 1q得 q=F=值及及qy0.75x0.238y23x解得 =0.4699及=0.5903其一樣表達式為y

qn,Lq

qn,Wxq Wn,V n,V式中關(guān)參數(shù)計算如下q

q xn,F

0.940.5

n,D

xD

0.952x

qn,W

qn,F

q n,D

5.2x

n,F

1F

0.0592Wq

qn,W

25.3224.680.75

111.54kmol/hn,Lqn

n,Dq qn,L n,W

n,F25.32

6.2么

x5適宜加板位置。解：液平穩(wěn)方程計算液平穩(wěn)組成如此題附表所示。習(xí)題8 附 表x 0 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0y 2.46x11.46x 0

0.115

0.214 0.381 0.513

0.711

0.787 0.852 0.908 0.957 1.0在 圖上作出平穩(wěn)線，如此題附圖所示。1.0

由已知的 x，x，

在附圖上定出點 a、、。D F W0.90.85

a 精餾段操作線的截距為

xDR1D

1

，在 y軸上定出0.70.6 dy0.5e0.40.3b0.2110.1c

點 b，連接點 a及點 b，即為精餾段操作線。過點 e作 q線（垂直線）交精餾段操作線于點 d，連接 即得提餾段操作線。從點 a開始，在平穩(wěn)線與操作線之間繪階梯，達到指定分離程度需 11層理論板，第 5層理論板進料。0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.0 x x 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 W F X習(xí)題 8 附 圖

在板式精餾塔中分離相對揮發(fā)度為 2的兩組分溶液，泡點進料。餾出液組成為 0.95（易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)，下同），釜殘液組成為 ，原料液組成為 。已測得從塔釜上升的蒸氣量為 3，從塔頂回流的液體量為 h，泡點回流。試求（）原料液的處置量；（）操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：（1）原料液的處置量 由全塔的物料衡算求解。關(guān)于泡點進料，q=1qn,V

qn

R1qn,D

3qn,D

qn

qn

38.5

qn,W

qn,F

qn,D那么 0.6q

n

0.9534.5

n

34.50.05解得

n

56.45h（2）R為

的倍數(shù)min93R134.5R=1.70關(guān)于泡點進料，R

的計算式為min1 x

x)

20.95)R D

D

min

1 xF

1xF

0.6

10.6于是 R Rmin

1.71.333

1.275在常壓持續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯氯苯物。已知進料量為 5，組成為 5（易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)，下同），泡點進料。塔頂餾出液的組成為 0.99，塔釜殘液組成為 0.02，操作回流比為 3.5，塔頂全，泡點回流。苯、氯苯的離為 30.6536.52。的比為 4.187kJ/(kg。過全度升5，蒸對壓為 0（度為 7，為 23）。試求蒸的流量。組分度的qn,D

qn,F

x xFWx xFWD

8關(guān)于泡點進料，精餾段和提餾段氣相負荷相同，那么qn,V

qn,V

q R4.57.8n,D

19.6（1）冷卻水流量 由于塔頂苯的含量很高，可按純苯計算，即Q C

n,V

169.6103

106q m,c

QC(ttC

5.198106) 4.18715

8.28104p,c 2 1（2）加熱蒸汽流量 釜液中氯苯的含量很高，可按純氯苯計算，即q B n,VQ

160.636.52103106

106qm,h

B

2113

kg/h＝2.93kg/h在常壓持續(xù)提餾塔中，分離兩組分理想溶液，該物系平均相對揮發(fā)度為0。原料液流量為0，進料熱狀態(tài)參數(shù)q，餾出液流量為0，釜殘液組成為（易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)），試求（1）操作線方程；（2）由塔內(nèi)最下一層理論板下降的液相組成x。解：此題為提餾塔，即原料由塔頂加入，因此該塔僅有提餾段。再沸器相當(dāng)一層理論板。（1）操作線方程 此為提餾段操作線方程，即y

qn,Lqn,V

x

qn,Wxq Wn,V式中 qn,Lqn,V

qqn,Fqn,D

00qn,W

qn,F

qn

00

那么 y60

x400.011.667x0.006760（2）最基層塔板下降的液相組成 由于再沸器相當(dāng)于一層理論板，故y xW 2W 1)x 1Wx與 y符合操作關(guān)系，那么xm

yW1.667

1.667

0.0159提餾塔的塔頂一樣沒有液相回流。在常壓持續(xù)精餾塔中，分離甲醇水混合液。原料液流量為 0，其組成為 （甲醇的摩爾分數(shù)，下同），冷液進料（q），餾出液組成為 ，甲醇回收率為 0％，回流比為最回流比的 3。試比水蒸氣加熱和加熱兩下的釜液組成和理論板層數(shù)。甲醇水溶液的 -x-y數(shù)此題度 t液相中甲醇的氣相中甲醇的度 t液相中甲醇的氣相中甲醇的度 t液相中甲醇的氣相中甲醇的℃摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)℃摩爾分數(shù)摩爾分數(shù)1001000.00.0753040072996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.6650.9qq

xn,F

0.9100

0.9)100x

0.0425n,D xD

0.92

W qn,W

qn,L

Rqn,Dn,Fqqy q xq1

xFqF

6x1.5qeqq

=7

=0.71x

yq

0.92

q0.6176qmin

y xq

0.710.37R3Rmin

30.61761.85

n

1.2100

kmol/h(10.9)100x W 183.8

0.0163W2y1.01.01.01.00.9a0.9a0.5Y0.4b0.360.2

(x,y)qq4d間接 加熱e

0.5Y0.4b

(x,y)qq4d直接 蒸汽加熱e

精餾段操截距0.10.00.0x

c0.1 0.2x0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.0

0.170.00.0x

c0.1 0.2x0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

1.0W F D W F DX X1 212 圖xDR

0.323x 0.23bq。Dx 05接d。WaNT=4②直接蒸汽加熱 解的方式步驟同上但需注意xW=0.0172x軸上而是對角上如此題所示此情形下共需74直接蒸汽加熱時能起一的用。0h組

出液流量q 為20n,Dh成xD1為為餾 成xD2為0.9的飽和液體物系的均相對揮發(fā)度為2.5全 凝泡回流回為2中 率 可得 A

xn,D1D1q

q xn,D2D2x

100%n,FFq 的計算如下n,D2及n,F n,D1 n,D2q x 及n,F n,D1 n,D2q x 0.980n,W.9q qn,FFn,D2n,D2整上式取得

130.85q

n,D2

26.4那么

n

31.06是 A

100%2程 s得q yn,Vs s1

q xn,Ls

q x q xn,D1D1 n,D2D2

）式中

n,Vs

n,D1

hhqn,Ls

n,D1

qn

31.06

28.94kmol/h1y xs1

0.59445y=x1與為率EMV1。解：RRn值 得R和xD算Rn。給條件可知RR1R

0.75x R1)4