化工原理課后習題答案吸收習題解答

化工原理課后習題答案第七章吸取習題解答(總18頁)-本頁僅作為預覽文檔封面，使用時請刪除本頁-第七章吸收總壓時，100050克，在此濃度范圍內亨利定律E為MPa，試求該溶液上方二氧化硫的平衡分壓m。〔1000kg/m3〕50

6410005018

0.0139p*Ex4.131030.0139kPa=57.41kPaE 4.13106Pa相平衡常數(shù)：m P 101.3103Pa

40.77在逆流噴淋填料塔中用水進展硫化氫氣體的吸取，含硫化氫的混合氣進口濃度為5%〔質量分數(shù)〕，求填料塔出口水溶液中硫化氫的最大濃度。塔內溫度為20℃，壓強為×105PaE為。E 48.9106解：相平衡常數(shù)為：m P 1.52105

321.715硫化氫的混合氣進口摩爾濃度：y1

34 0.043059534 29假設填料塔出口水溶液中硫化氫達最大濃度，在出口處氣液相達平衡，即：yx y

0.0430 1.34104max

m 321.71分析以下過程是吸取過程還是解吸過程，計算其推動力的大小，并在x-y圖上表2示。〔1〕NO2(摩爾分率)NO2(摩爾分率)的混合氣接觸，總壓為，T=15℃15℃時，NOE=×102kPa；〔2〕氣液組成及〔1〕，200kPa〔確定壓強〕。2

E

1.68105Pa

1.6581 P 101.3103Pa1y*mx1.6580.0030.004981由于yy*，所以該過程是吸取過程。yy*0.060.004980.0550x*x

yx0.060.0030.0332m 1.6581xx=0.0332y=0.0550y*=1.658x0.060.04y0.020.000.00 0.01 0.02xE 1.68105Pa

0.03 0.04〔2〕相平衡常數(shù)為：m 0.842 P 200103Pa2y*mx0.840.0030.002521由于 yy*，所以該過程仍是吸取過程。氣相推動力為：yy*0.060.002520.0575y 0.06x*xxx=0.0684y=0.0575y*=0.84x

mx0.840.0030.068420.060.04y0.020.000.00 0.02 0.04x 3

0.06 0.084在某操作條件下用填料塔清水逆流洗滌混合氣體，清水物理吸取混合氣中的某一組y=，x=。在該吸取系統(tǒng)中，平衡關系為y=，氣膜吸取分系數(shù)ky=×10-4kmol/(m2·s)，液膜吸取分系數(shù)kx=×10-5kmol/，試求：〔1〕界面濃度yi、xi分別為多少〔2〕指出該吸取過程中的掌握因素，并計算氣相推動力在總推動力中所占的百分數(shù)?！?〕對于穩(wěn)定吸取過程，氣、液兩相內傳質速率應相等，有：k(yy)k(xy i x

x)1.8104(0.014y)2.1105(x0.02) 〔1〕i i在界面處氣液兩相達平衡，有：y0.5xi i

〔2〕x0.0265，yi

0.01321 1〔2〕ky

5.556103sm2/kmol1.8104m 0.5以氣相為基準的液相傳質阻力：kx

2.381104sm2/kmol2.1105因此，吸取過程為液膜集中掌握?？倸庀鄠髻|推動力為：ymx0.0140.50.020.004yyi

0.0140.01320.0008yy

0.0008

i 0.2ymx 0.00425℃105kPa〔確定壓力〕kPa，液相中/m3H=kmol/(m3·kPa)，液膜吸取分系數(shù)kL=×10-5m/skG=×10-5kmol/(m2·s·kPa.)。試求：〔1〕氣液界yi；〔2〕計算該截面上的吸取速率?！?〕對于穩(wěn)定吸取過程，氣、液兩相內傳質速率應相等，有：k(pp)k(cG i L

c)1.2105(7.5p)2.1105(c2.85) 〔1〕i i在界面處氣液兩相達平衡，有：1p ci H pi

1c2.162

〔2〕聯(lián)立方程〔1〕、〔2〕得c5.644kmol/m3，pi

2.611kPap

2.611氣液界面處氣相側甲醇濃度：y i 0.0249i P 105〔2〕該截面上的吸取速率：N kA G

(pp)1.2105(7.52.611)5.87105kmol/(m2s)i在及25℃的條件下，用清水在填料吸取塔逆流處理含的SO2混合氣體。進塔氣中含SO2〔體積分數(shù)〕，其余為惰性氣體。水的用量為最小用量的倍。要求每小時從混合氣體中吸取2023kg的SO2，操作條件下亨利系數(shù)MPa，計算每小時用水量為多少〔m3〕和出塔液中SO2的濃度〔體積分數(shù)〕SO2的濃度〔體積分數(shù)〕SO2的濃度〔摩爾分數(shù)〕。y 0.04

0，Y 1 0.4172 1 1y1

10.04相平衡常數(shù)為：m

E4.13106 40.77P 101.3103由于是低濃度吸取，有：Mm40.77由物料衡算得：1

Y)2023=31.25kmol/h2 64L 1

Y)31.253055.31kmol/h2min2

Y 0.4171M 2 40.77L1.5Lmin

4582.97kmol/h4582.9718

1000

82.494m3/hLXX4582.97X31.25kmol/h1 2 1X0.006821

X11

0.00682 0.006771 X 10.006821用清水在吸取塔中吸取NH3-空氣混合氣體中的NH3，操作條件是：總壓，溫度為20℃。入塔時NH3的分壓為，要求回收率為98%。在和20℃時，平衡關系可近似寫為Y*=X。試問：〔1〕(L/V)min各為多少由此可得出什么結論〔2〕假設操作總壓增為kPa時，承受逆流操作，其最小液氣比為多少并與常壓逆流操作的最小液氣比作比較爭論。解：Y p

1.3332

0.0133，1 Pp 101.31.33322

0.020.01330.000266X 02〔1〕(LV)

YY 0.01330.000266 1 2 2.685min

Y12.74

X 0.01332 2.74(LV)

YY 0.01330.000266 1 2 134.26min

Y22.74

0.0002662.74由此可知：假設完成一樣的吸取任務，并流操作時的用水量比逆流操作時用水量大。MmEMP11

2.74101.3277.562kPaM E277.5620.9132 P 303.92加壓后，逆流操作時的最小液氣比：(LV) Y(LV) 1 2 0.895min

Y XM121

0.01332 0.913量，但是加壓會增加能耗，這是以增大能耗為代價來削減吸取操作的用水量。710 在一逆流吸取塔中用吸取劑吸取某混合氣體中的可溶組分。操作條件下該系統(tǒng)的平衡關系為Y=，入塔氣體可溶組分含量為9%〔體積〕，吸取劑入塔濃度為1%〔體積〕；試求液體出口的最大濃度為多少？711712Y1

y11y11

0.09 10.09由題可得，液體出口的最大濃度是與入塔氣體濃度相平衡的液體濃度：YX Y

0.09890.0861,max

M 1.15

X 0.0861x11,max

1X1

10.0867-13在填料塔內用清水逆流吸取某工業(yè)廢氣中所含的二氧化硫氣體，SO2濃度為〔體積分數(shù)〕，其余可視為空氣。冷卻后送入吸取塔用水吸取，要求處理后的氣體中SO2濃度不超過〔體積分數(shù)〕。在操作條件下的平衡關系為Y*=48X，所用液氣比為最小液氣比的倍。求實際操作液氣比和出塔溶液的濃度。并在Y-X圖上畫出上述狀況的操作線與平衡線的相互關系。y 0.08 y 0.004解：Y 1 0.0870，Y 2 0.00402，X 01 1y1

10.08

2 1y2

10.004 2(L

YY 1 YY1M

0.08700.0040245.7820.087048LV

1.6(L ) 1.645.78273.251VminV由操作線方程可得：X 1

Y)0.08700.004020.0011321 L 73.2512X

0.001131x11

1X1

0.0011310.001130.10Y10.080.06Y0.040.02Y20.000.0000

0.0004 X

Y*=48X8X20.0012 0.001610714常壓〔〕用水吸取丙酮——空氣混合物中的丙酮〔逆流操作〕，入塔混合氣中含丙酮7%〔體積〕，混合氣體流量為1500m3/h〔標準狀態(tài)〕，要求吸取率為97%，亨利系數(shù)為200kPa〔低濃度吸取，可視M≈m〕。試計算：〔1〕每小時被吸取的丙酮量為多少；〔2〕假設用水量為3200kg/h，求溶液的出口濃度？在此ΔY各為多少〔715 3〕x1，求所需用水量，此用水量為最小用水量的多少倍？1解：Y y1

0.07

Y(10.97)0.07530.030.00226，1X 2

1y1

10.07

2 11500混合氣體的摩爾流率：V

22.4

66.964kmol/h 相平衡常數(shù)為：M mP 101.325

1.974Y*1.974X〔1〕每小時被吸取的丙酮量為：V(Y1

Y)66.964(0.07530.00226)4.891kmol/h23200L

177.778kmol/h18X

V(Y1

Y) 4.891 0.027521 L 177.7782X 0.0275溶液的出口濃度：x 1 0.02681 1X1

10.0275Y1

YMX1

0.07531.9740.02750.0210Y2

YMX2

0.0022600.002261〔3〕x1

1

0.0305 0.031510.0305由操作線方程可得： 4.891L 1 2X212

155.470kmol/h0.0315

Y) 4.891128.218kmol/hLLmin

128.218

min Y1M11.213

0.07531.974716 在逆流操作的填料塔中，用純溶劑吸取某氣體混合物中的可溶組分，假設系統(tǒng)的平衡關系為Y=。試求：〔1〕最小液氣比為，求其回收率；〔2〕當液氣比為最小液氣比的倍，塔高不受限制時該系統(tǒng)的最大回收率；〔 3〕假設吸取因子 =90%HLHG2m，其填料層高度為多少？717718解：當最小液氣比L

0.24時V V min

YY

YY V V min

1 X1max

1Y M12LY M12

/0.24/0.30.880%V V min〔2〕L/V=〔L/V〕 =×=<min假設塔高不受限制時，氣液將在塔底到達平衡，此時有塔底YMX1

0.3X1YY1 2 0.288XX1 2Y0.3X2

0.288X1

0.012X1

0.3X

0.012X1 1

max

1Y 21

10.3X1

196%〔3〕A

1.25

0.8Y 1 11 10Y 1 10.9021

YY

1 1

Y 1NOG11Aln

11A

12e

A11Aln

11A

1AY Y Y2 2e 211A 1 ln11A1 111A 1 A N 1 ln10.8100.8 OG 10.8

5.15又 H HOG

MVHL

1H HG A

2

21.25

3.6mZN H 5.153.618.54mOG OG在一逆流填料吸取塔中，用純水吸取空氣二氧化硫混合氣中的二氧化硫。入塔氣體中含二氧化硫4%〔體積分數(shù)〕，要求吸取率為95%，水用量為最小用量的倍，操作狀態(tài)下平衡關系為 Y*=，H =2m。試求：〔1〕填料層的高度；〔2〕假設OG改用含二氧化硫%的稀硫酸作吸取劑，Y1及其他條件不變，吸取率為多少〔3〕畫出兩種狀況下的操作線及平衡線的示意圖。解：〔1〕Y

4 0.0417，Y

0.04170.050.00211 96 2L/V M34.50.9532.775minL/V1.232.77539.33，1/AMV/L34.5/39.330.8771N 1 ln[(11/A)Y1

Y*2

1/A] 1 ln[(11/A) 1 1/A]OG 11/A Y2

Y*2

11/A 1 1 ln[(10.877) 1 0.877]9.79710.877 10.95ZN H 9.797219.6mOG OG〔2〕X2

0.0008，X*1

0.0417/34.50.0012其他條件不變，即L/V不變，則(L/V)min也不變，(L/V)

min

YY”21X 21

32.775 1max 2YY”32.775(0.00120.0008)0.01341 2YY0.01340.04170.01340.02832 1 YY” 0.0134〔3〕

” 1Y1

20.0417Y

32.12%0.0410.03Y”2Y 0.02

Y*=34.5X0.01Y X”0.002 20.0000

0.0004

0.0008 0.0012X在一塔徑，逆流操作的填料塔內用清水吸取氨－空氣混合氣體中的氨，混合氣體流量為3400m3/h〔標準狀況〕、其中氨含量為NH35%〔體積分數(shù)〕，吸取率為90%，液氣比為最小液氣比的倍，操作條件下的平衡關系為 Y=，氣相體積總傳質系數(shù)KYa=187kmol/(m3h)，試求：〔1〕吸取劑用量；〔2〕填料層高度；〔3〕在液氣比及其它操作條件不變的狀況下，回收率提高到 95％時，填料層高度應增加多少。解：〔1〕Y1

0.05 0.052610.05Y2

Y10.052610.90.005261進塔惰性氣體含量：V340010.05)144.196kmol/h22.4L最小液氣比：( ) V min

YY21X 21

0.05260.005261.080.0526/1.21,max 2L LV

1.3( ) 1.31.081.404V min吸取劑用量：L1.404V1.404144.196202.452kmol/h〔2〕求塔底排出水中丙酮含量V(YY) 0.05260.00526X 1 2 0.03371 L 1.404π π塔橫截面積： D2 1.321.327m24 4H

V

0.581mOG KYa

1871.327Y*) (0.05261.20.0337)0.00526Y 1 1 2 2 0.00823m YY*ln1 1ln

ln0.05261.20.0337YY* 0.005262 2YY 0.05260.005262傳質單元數(shù)：N 2OG

Y m

0.00823

5.75填料層高度為：ZH N 0.5815.753.34mOG OG〔3〕YY10.052610.950.002632 1 V(YY) 0.05260.00263X 1 21 L

1.404

0.0356VH

144.196

0.581mOG KYa

1871.327(YY*)(YY*) (0.05261.20.0356)0.00263Y 1 1 2 2 0.00548m 11

ln0.05261.20.03561 0.00263Y Y*2 2 YY 0.05260.0026322N 1OG Y

9.120.00548ZHOG

mN 0.5819.125.30mOG由礦石焙燒爐送出來的氣體含有SO26%〔體積分數(shù)〕，其余可視為空氣，冷卻6SO295%，氣體速率為600kg惰氣/(m2h)，液體速率為900kg/(m2h)。在操作范圍內，SO2的氣液平衡關系為Y*2XKY

aW0.7，受液體速率影響很小，而W氣

是單位時間內通氣〔假設氣、液體速率變動后，塔內不會發(fā)生液泛〕〔1〕20%；〔2〕20%。Y1

0.06/0.940.0638,Y2

0.063810.950.00319,X 02單位塔截面積空氣流量：

W V/600/2920.69kmol/V

m2h 0.0057kmol/ m2s單位塔截面積水的流量： W L/Q900/1850kmol/L

m2h

0.0139kmol/

m2s1/AmV/L220.69/500.82761

YmX 1 1

0.0638 N OG 11/A

11/A

1 2mX

A10.8276ln

10.8276

0.003190.82768.427Y 2 2H Z/N 6/8.4270.712mOG OG當氣體流量增加20％，1/A1

mV1

/L1.20.82760.9931

YmX

1 1

0.0638 N OG 11/A

11/A1

1 Y mX

A10.993ln

10.993

0.99317.838Ka

11.2M

2 2 10.7 Y 1 VKa MY V

1.136

Ka 1.136KaY 1 YH

MV

1.2MV1.136

1.056H

1.0560.7120.752mOG1 Ka Ka OGY 1 Y所以：ZH N 17.8380.75213.412mOG1 OG1當液體流量增加20％，1/A2

mV/1.2LA/1.20.8276/1.20.68971

YmX

1 1

0.0638 N OG 11/A

11/A2

1 Y mX

A10.6897ln

10.6897

0.003190.68976.222 2 2 2又：氣體流量不變，H 也不變，H H 0.712mOG OG2 OG所以：ZH N 6.220.7124.43mOG2 OG2722 某制藥廠現(xiàn)有始終徑為1米，填料層的高度為4米的吸取塔。用純溶劑逆流吸取氣體混合物中的某可溶組分，該組分進口濃度為〔摩爾分率〕，混合氣流率為40kmol/h，要求回收率不低于95%。操作液氣比為最小液氣比的倍，相平衡關系為Y*=2X，試計算：〔1〕操作條件下的液氣比為多少；〔2〕塔高為3米處氣相濃度；〔3〕假設塔高不受限制，最大吸取率為多少？723724

80.0870，Y

0.08700.050.0043L/Vmin

1 92 2211 YY MYYX X Y211 1,max 2 1

M20.951.9L/V1.51.92.85，1/AMV/L2/2.850.702

1 ln[(11/A)Y

Y* 1 121/A] ln[(11/A) 1/A]1OG 11/A Y12

Y* 11/A 12 1 ln[(10.702) 1 0.702]6.36410.702 10.95H Z/N 4/6.3640.6285mOG OG當Z3mX、Y，H OG

Z/NOG又由V(Y1

Y)L(X2

X得：2X (V/L)(Y1

Y)(1/2.85)(0.08700.0043)0.029021 YMX 1 YMX則：N

11/Aln1 1OG 11/A Y2

0 OG

Y”MX”YMX

YMX1ln1Y

14ln1 1Y”MX”2Y”mX”(YY*)1/4(YY*)3/40.00431/4(0.087020.0290)3/40.01802 2 1 1即 Y”0.01802X” 〔1〕又由操作線方程Y”LX”YLX 2.85X”0.0043 〔2〕V 2 V 2〔1〕、〔2〕Y0.0502X0.0161〔3〕假設塔高不受限制，由于>2100％。7-25在裝填有50mm拉西環(huán)的填料塔中用清水吸取空氣中的甲醇，直徑為880mm，填料層高6m，，每小時處理2023m3甲醇-空氣混合氣，其中含甲醇5%〔體積分數(shù)〕；操作條件為K，kPa。塔頂放出廢氣中含甲醇%〔體積分數(shù)〕，塔底排出的溶液每kg含甲醇；在此操作條件下，平衡關系Y=。依據(jù)上述測得數(shù)據(jù)試計算：〔1〕氣相體積總傳質系數(shù)KYa；〔2〕每小時回收多少甲醇；〔3〕假設保持氣液流V、L3m，可以多回收多少甲醇。解：〔1〕Y1

0.05/0.950.0526；Y y2 2

0.00263；X 02V2023/22.4(273.15/298.15)(10.05)77.71kmol/hX 61.2/58

0.02021 (100061.2)/18 52.16YY1

2X1

0.052620.02020.0121；Y2

Y2X2

0.00263YY 0.01210.00263Y 1 2 0.0062m ln(Y1

/Y2

) ln(0.0121/0.00263)YY 0.05260.002632則 N 2OG

Y m

0.0062

8.05H V/(K )Z/N 6/8.050.745mOG Ya OGK V/(H )77.71/(0.7450.7850.882)171.59kmol/(m3h)Ya OG〔2〕GV(Y1

Y)77.71(0.05260.00263)3.88kmol/h2〔3〕 VL不變，則LG/(XX)3.88/0.0202192.24kmol/h1 21/A(277.71)/192.240.8085即H 不變，則N ”Z”/H 9/0.74512.08OG OG OG1 YmX 又N ” ln(11/A) 1 2OG 11/A Y”mX

1/A 1

2 20.0526 ln(10.8085) 0.808512.08210.8085 Y” 2 0.0526 Y2.31ln0.1915 0.8085 Y”Y” 22

10.07440.8085Y”0.01/9.2660.00112G”V(Y1

Y”)77.71(0.05260.0011)4.0kmol/h2GG”G4.03.880.12kmol/h726現(xiàn)需用純溶劑除去混合氣中的某組分，所用的填料塔的高度為6m，在操作條件Y=L/V=90%。在一樣條件下，假設改用另一種性能較好的填料，則其吸取率可提高到95%，請問其次種填料的體積傳質系數(shù)是第一種填料的多少倍？727728解： 在同一吸取塔中操作，則有：ZN HOG OG1/AmV/L0.8/1.22/3

N” H”O(jiān)G 1 Y 1 1N ln(11/A) 11/A ln[(11/A) 1/A]OG 11/A Y2

11/A

1 1 ln 1 2/34.1612/3 3(10.9) 1

Y 1 1N ln(11/A) 11/A ln[(11/A) 1/A]OG 11/A Y2

11/A

1” 1 ln 1 5.9812/3

3(10.95)

2/3N ” HOG OG

V/KY

a (Ka)” 5.98 Y 1.44N HOG

” V/(KY

a)” KY

a 4.16(KY

a)”

1.44KaY729 用填料塔解吸某含有二氧化碳的碳酸丙烯酯吸取液，進、出解吸塔的液相組成分別為和〔摩爾分數(shù)〕。解吸所用載氣為含二氧化碳〔摩爾分數(shù)〕的空氣，解35℃Y=。操作氣液比為最小氣液比的倍。假設取H =，求所需填料層的高度？OL730731X1

0.008510.0085

0.0086，X2

0.001610.0016

0.0016Y 0.00052 10.0005

0.0005Y可得：Y*106.030.00860.9112，Y*106.030.00160.16961X*0.0005/106.0302V

2XX

0.00860.0016最小氣液比為： 1 2 0.0077L

Y*Y 0.91120.0005min

1 2L/VV/L1.450.00770.0111，A

0.0111/106.031.05104M1

1

0.0086 4 4NOL1Aln

1A

1 2X

A11.05104

ln11.0510

1.05100.0016

1.682 2ZH N 0.821.681.38mOG OG某合成氨廠在逆流填料塔中，用NaOH溶液吸取變換氣中的CO2。進塔混合氣流量為kg/h，密度為m3；進塔的液體流量為kg/h，密度為1217kg/m3，粘度50mm×50mm×的鋼制鮑爾環(huán)。試估算填料塔的塔徑。q