化工原理下冊(cè)課后習(xí)題解答

化工原理課后習(xí)題解答

(夏清、陳常貴主編.化工原理.天津大學(xué)出版社,2005.)

第五章蒸饋

1.已知含苯0.5(摩爾分率)的苯-甲苯混合液，若外壓為99kPa,試求該溶液的飽和溫度。

苯和甲苯的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)見(jiàn)例1T附表。

t(℃)80.1859095100105

x0.9620.7480.5520.3860.2360.11

解：利用拉烏爾定律計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)

查例1T附表可的得到不同溫度下純組分苯和甲苯的飽和蒸汽壓P.*,PA*,由于總壓

P=99kPa,則由x=(P-PB*)/(P；-PB*)可得出液相組成,這樣就可以得到一組繪平衡

t-x圖數(shù)據(jù)。

以1=80.1℃為例x=(99-40)/(101.33-40)=0.962

同理得到其他溫度下液相組成如卜.表

根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪出飽和液體線即泡點(diǎn)線

由圖可得出當(dāng)x=0.5時(shí)，相應(yīng)的溫度為92℃

2.正戊烷(GHQ和正己烷(QHH)的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)列于本題附表，試求P=13.3kPa

下該溶液的平衡數(shù)據(jù)。

溫度C5H12223.1233.0244.0251.0260.6275.1291.7309.3

KC6HM248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8341.9

飽和蒸汽壓(kPa)1.32.65.38.013.326.653.2101.3

解：根據(jù)附表數(shù)據(jù)得出相同溫度下GH”(A)和Cell”(B)的飽和蒸汽壓

以t=248.2℃忖為例，當(dāng)t=248.2℃時(shí)P；=1.3kPa

查得PA*=6.843kPa

得到其他溫度下A.B的飽和蒸汽壓如下表

t(℃)248251259.1260.6275.1276.9279289291.7304.8

309.3

PA*(kPa)6.8438.00012.47213.30026.60029.48433.42548.87353.20089.000101.300

PAkPa)1.3001.6342.6002.8265.0275.3008.00013.30015.69426.60033.250

利用拉烏爾定律計(jì)算平衡數(shù)據(jù)

平衡液相組成以260.6℃時(shí)為例

當(dāng)t=260.6℃時(shí)x=(P-PB*)/(P；-PB*)

=(13.3-2.826)/(13.3-2.826)=1

平衡氣相組成以260.6℃為例

當(dāng)1=260.6℃時(shí)y=P；x/P=13.3X1/13.3=1

同理得出其他溫度下平衡氣液相組成列表如下

t(℃)260.6275.1276.9279289

X10.38350.33080.02850

y10.7670.7330.5240

根據(jù)平衡數(shù)據(jù)繪出t-x-y曲線

3.利用習(xí)題2的數(shù)據(jù)，計(jì)算：⑴相對(duì)揮發(fā)度；⑵在平均相對(duì)揮發(fā)度下的x-y數(shù)據(jù)，并與習(xí)題

2的結(jié)果相比較。

解：①計(jì)算平均相對(duì)揮發(fā)度

理想溶液相對(duì)揮發(fā)度a=P,、*/P“*計(jì)算出各溫度下的相對(duì)揮發(fā)度：

t(℃)248.0251.0259.1260.6275.1276.9279.0289.0291.7304.8

309.3

a--5.2915.5634.178-

取275.1℃和279℃時(shí)的a值做平均a.,=(5.291+4.178)/2=4.730

②按習(xí)題2的x數(shù)據(jù)計(jì)算平衡氣相組成y的值

當(dāng)x=0.3835時(shí),

y=4.73X0.3835/[1+(4.73-1)X0.3835]=0.746

同理得到其他y值列表如下

t(℃)260.6275.1276.9279289

a5.2915.5634.178

X10.38350.33080.20850

y10.7460.7000.5550

③作出新的t-x-y曲線和原先的t-x-y曲線如圖

4.在常壓下將某原料液組成為0.6(易揮發(fā)組分的摩爾)的兩組溶液分別進(jìn)行簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)和

平衡蒸儲(chǔ)，若汽化率為1/3,試求兩種情況下的斧液和儲(chǔ)出液組成。假設(shè)在操作范圍內(nèi)氣

液平衡關(guān)系可表示為y=0.46x+0.549

解：①簡(jiǎn)單蒸儲(chǔ)

由ln(W/F)=r\Pdx/(y-x)以及氣液平衡關(guān)系y=0.46x+0.549

得ln(W/F)=Jtdx/(0.549-0.54x)=0.541n[(0.549-0.54xF)/(0.549-0.54x)]

,汽化率1-q=1/3則q=2/3即W/F=2/3

AIn(2/3)=0.541n[(0.549-0.54X0.6)/(0.549-0.54x)]解得

x=0.498代入平衡關(guān)系式y(tǒng)=0.46x+0.549得

y=0.804

②平衡蒸儲(chǔ)

由物料衡算FXF=Wx+Dy

D+W=F將W/F=2/3代入得到

XF=2x/3+y/3代入平衡關(guān)系式得

x=0.509再次代入平衡關(guān)系式得y=0.783

5.在連續(xù)精微塔中分離山二硫化碳和四硫化碳所組成的混合液。已知原料液流量F為

4000kg/h,組成X-為0.3(二硫化碳的質(zhì)量分率，下同)。若要求釜液組成X*不大于0.05,

儲(chǔ)出液回收率為88%。試求儲(chǔ)出液的流量和組分，分別以摩爾流量和摩爾分率表示。

解：儲(chǔ)出回收率=DXO/FXP=88%得儲(chǔ)出液的質(zhì)量流量

DXD=FXF88%=4000X0.3X0.88=1056kg/h

結(jié)合物料衡算FXE=Wx,+DXD

D+W=F得Xi)=0.943

儲(chǔ)出液的摩爾流量1056/(76X0.943)=14.7kmol/h

以摩爾分率表示悟出液組成X。=(0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]

=0.97

6.在常壓操作的連續(xù)精微塔中分離喊甲醇0.4與說(shuō).6(均為摩爾分率)的溶液，試求以下各

種進(jìn)料狀況下的q值。(1)進(jìn)料溫度40℃；(2)泡點(diǎn)進(jìn)料；(3)飽和蒸汽進(jìn)料。

常壓下甲醇-水溶液的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表中。

溫度t液相中甲醇的氣相中甲醇的溫度t液相中甲醇的氣相中甲醇的

'C摩爾分率摩爾分率'C摩爾分率摩爾分率

1UUU.uU.U仆.6u.4uu.zzy

yb.4u.uzu.134(6.1u.5uu.//y

93.50.040.23471.20.600.825

91.20.060.30469.30.700.870

89.30.080.36567.60.800.915

87.70.100.41866.00.900.958

84.40.150.51765.00.950.979

81.70.200.579M.01.01.0

78.00.300.665

解：(1)進(jìn)料溫度40℃

75.3C時(shí),甲醇的汽化潛熱n=825kJ/kg

水蒸汽的汽化潛熱n=2313.6kJ/kg

57.6℃時(shí),甲醇的比熱Cvi=2.784kJ/(kg?℃)

水蒸汽的比熱Cv2=4.178kJ/(kg-℃)

查附表給出數(shù)據(jù)當(dāng)XA=0.4時(shí)，平衡溫度t=75.3c

.?.40℃進(jìn)料為冷液體進(jìn)料

即將Imol進(jìn)料變成飽和蒸汽所需熱量包括兩部分

一部分是將40℃冷液體變成飽和液體的熱量Qi,二是將75.3℃飽和液體變成氣體所需

要的汽化潛熱潛，即q=(Q.+Q2)/Qz=1+(Q1/Q2)

Q1=0.4X32X2.784X(75.3-40)=2850.748kJ/kg

Q2=825X0.4X32+2313.6X0.6X18=35546.88kj/kg

,\q=1+(QI/Q2)=1.08

(2)泡點(diǎn)進(jìn)料

泡點(diǎn)進(jìn)料即為飽和液體進(jìn)料=1

(3)飽和蒸汽進(jìn)料q=0

7.對(duì)習(xí)題6中的溶液，若原料液流量為100kmol/h,微出液組成為0.95,釜液組成為0.04

(以上均為易揮發(fā)組分的摩爾分率)，回流比為2.5,試求產(chǎn)品的流量，精僧段的下降液體

流量和提儲(chǔ)段的上升蒸汽流量。假設(shè)塔內(nèi)氣液相均為恒摩爾流。

解：①產(chǎn)品的流量

由物料衡算FXF=Wx.+DXD

D+W=F代入數(shù)據(jù)得

W=60.44kmol/h

產(chǎn)品流量D=100-60.44=39.56kmol/h

②精鐳段的卜.降液體流量L

L=DR=2.5X39.56=98.9kmol/h

③提儲(chǔ)段的上升蒸汽流量V

40℃進(jìn)料q=1.08

V=V.+(1-q)F=D(1+R)=138.46kmol/h

:.V'=146.46kmol/h

8.某連續(xù)精儲(chǔ)操作中，已知精儲(chǔ)段y=0.723x+0.263；提儲(chǔ)段y=1.25x-0.0187

若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入精微塔中，試求原料液，儲(chǔ)出液和釜?dú)堃旱慕M成及回流比。

解：露點(diǎn)進(jìn)料q=0

即精微段y=o.723x+0.263過(guò)(x.,xD)AXB=0.949

提微段y=1.25x-0.0187過(guò)(xw,x?)/.x?=0.0748

精餓段與y軸交于[0,xD/(R+l)]即xo/(R+l)=0.263

AR=2.61

連立精微段與提儲(chǔ)段操作線得到交點(diǎn)坐標(biāo)為(0.5345,0.6490)

XF=0.649

9.在常壓連續(xù)精微塔中，分離苯和甲苯的混合溶液。若原料為飽和液體，其中含苯0.5(摩

爾分率，下同)。塔頂儲(chǔ)出液組成為0.9,塔底釜?dú)堃航M成為0.1,回流比為2.0,試求理論

板層數(shù)和加料板位置。苯-甲苯平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)例1T。

解：常壓下苯一甲苯相對(duì)揮發(fā)度a=2.46

精鐳段操作線方程y=Rx/(R+l)=2x/3+0.9/3

=2x/3+0.3

精微段Yi=Xi)=0.9由平衡關(guān)系式y(tǒng)=ax/[l+(a-l)x]得

x1=0.7853再由精鐳段操作線方程y=2x/3+0.3得

y2=0.8236依次得到x2=0.6549y3=0.7366

x3=0.5320y,(=0.6547

X.|=0.4353*.*X.|<XF=0.5<X3

精微段需要板層數(shù)為3塊

提微段x；=X4=0.4353

提儲(chǔ)段操作線方程y=Lx/(L-W)-Wxw/(L-W)

飽和液體進(jìn)料q=1

L,/(L-W)=(L+F)/V=1+W/(3D)

由物料平衡FXF=Wx,+Dxi,

D+W=F代入數(shù)據(jù)可得D=W

L/(L'-W)=4/3W/(L-W)=W/(L+D)=W/3D=1/3

即提微段操作線方程y'=4x'/3-0.1/3

Ay,2=0.5471

由平衡關(guān)系式y(tǒng)=ax/[l+(a-l)x]得X2=0.3293

依次可以得到y(tǒng)產(chǎn)0.4058x‘3=0.2173

y產(chǎn)0.2564x\=0.1229

y5=0.1306x5=0.0576

x5<xw=0.1<x.i

，提微段段需要板層數(shù)為4塊

，理論板層數(shù)為n=3+4+1=8塊(包括再沸器)

加料板應(yīng)位于第三層板和第四層板之間

10.若原料液組成和熱狀況，分離要求，回流比及氣液平衡關(guān)系都與習(xí)題9相同，但回流溫

度為20℃,試求所需理論板層數(shù)。已知回流液的泡殿溫度為83C,平均汽化熱為3.2X

10'kJ/kmoL平均比熱為140kj/(kmol?℃)

解：回流溫度改為20℃,低于泡點(diǎn)溫度，為冷液體進(jìn)料”即改變了q的值

精微段不受q影響，板層數(shù)依然是3塊

提儲(chǔ)段由于q的影響，使得L'/(L-W)和W/(L-W)發(fā)生了變化

q=(Qi+Q,)/Q2=1+(Q1/Q2)

Q,=CpAT=140X(83-20)=8820kj/kmol

Qz=3.2Xl01kJ/kmol

二q=1+8820/(3.2X10')=1.2756

L'/(L-W)=[V+W-F(l-q)]/[V-F(l-q)]

=[3D+W-F(l-q)]/[3D-F(l-q)]VD=W,F=2D得

L7(L-W)=(l+q)/(0.5+q)=1.2815

W/(L-W)=D/[3D-F(l-q)]-1/(l+2q)=0.2815

提儲(chǔ)段操作線方程為y=1.2815x-0.02815

x.=x4=0.4353代入操作線方程得y；=0.5297再由平衡關(guān)系式得到

xz=0.3141依次計(jì)算y；=0.3743

X3=0.1956Y4=0.2225

x.i=0.1042ys=0.1054

x5=0.0457

Xs<Xw—0.1<X4

二提循段板層數(shù)為4

理論板層數(shù)為3+4+1=8塊(包括再沸器)

11.在常壓連續(xù)精微塔內(nèi)分離乙醇-水混合液，原料液為飽和液體，其中含乙醇0.15(摩爾

分率，下同)，儲(chǔ)出液組成不低于0.8,釜液組成為0.02；操作回流比為2。若于精微段側(cè)

線取料，其摩爾流量為馀出液摩爾流量的1/2,側(cè)線產(chǎn)品為飽和液體，組成為0.6。試求所

需的理論板層數(shù)，加料板及側(cè)線取料口的位置。物系平衡數(shù)據(jù)見(jiàn)例卜7。

解：如圖所示，有兩股出料，故全塔可以分為三段，由例「7附表，在x-y直角坐標(biāo)圖上繪

出平衡線，從x°=0.8開(kāi)始，在精儲(chǔ)段操作線與平衡線之間繪出水平線和鉛直線構(gòu)成梯級(jí),

當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)兩操作線交點(diǎn)d時(shí)，則改在提儲(chǔ)段與平衡線之間繪梯級(jí)，直至梯級(jí)的鉛直線達(dá)到

或越過(guò)點(diǎn)C(xw,x?)c

如圖，理論板層數(shù)為10塊(不包括再沸器)

出料口為第9層；側(cè)線取料為第5層

12.用一連續(xù)精循塔分離山組分A,B組成的理想混合液。原料液中含A0.44,懦出液中含A

0.957(以上均為摩爾分率)。已知溶液的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5,最回流比為1.63,試說(shuō)明

原料液的熱狀況，并求出q值。

解：在最回流比下，操作線與q線交點(diǎn)坐標(biāo)(X。，yq)位于平衡線上；且q線過(guò)(x「，xQ

可以計(jì)算出q線斜率即q/(l-q),這樣就可以得到q的值

由式1~47Rmin=[(xB/X(I)-a(1-XD)/(l-xq)]/(a-1)代入數(shù)據(jù)得

0.63=[(0,957/xq)-2.5X(1-0.957)/(l-xq)]/(2.5-1)

.?.xq=0.366或X”=1.07(舍去)

即xq=0.366根據(jù)平衡關(guān)系式y(tǒng)=2.5x/(1+1.5x)

得至IJy,=0.591

q線y=qx/(q-1)-XF/(q-l)過(guò)(0.44,0.44),(0.366,0.591)

q/(q-l)=(0.591-0.44)/(0.366-0.44)得q=0.67

,/0<q<1原料液為氣液混合物

13.在連續(xù)精保塔中分離某種組成為0.5(易揮發(fā)組分的摩爾分率，下同)的兩組分理想溶

液。原料液于泡點(diǎn)下進(jìn)入塔內(nèi)。塔頂采用分凝器和全凝器，分凝器向塔內(nèi)提供回流液，其組

成為0.88,全凝器提供組成為0.95的合格產(chǎn)品。塔頂儲(chǔ)出液中易揮發(fā)組分的回收率96%。

若測(cè)得塔頂?shù)谝粚影宓囊合嘟M成為0.79,試求：(1)操作回流比和最小回流比；(2)若儲(chǔ)

出液量為100kmol/h,則原料液流量為多少？

解：(1)在塔頂滿足氣液平衡關(guān)系式y(tǒng)=ax/[l+(a-l)x]代入已知數(shù)據(jù)

0.95=0.88a/[I+0.88(a-1)]a=2.591

第一塊板的氣相組成y,=2.591x/(1+1.591x0

=2.591X0.79/(1+1.591X0.79)=0.907

在塔頂做物料衡算V=L+D

Vy,=LXL+Dxi>

0.907(L+D)=0.88L+0.95D二L/D=1.593

即回流比為R=1.593

由式-47RM=[(xD/xq)-a(l-xD)/(l-xq)]/(a-1)泡點(diǎn)進(jìn)料xq=xr

R.in=1.031

(2)回收率DX/FXF=96%得到

F=100X0.95/(0.5X0.96)=197.92kmol/h

15.在連續(xù)操作的板式精微塔中分離苯-甲苯的混合液。在全回流條件下一測(cè)得相鄰板上的液相

組成分別為0.28,0.41和0.57,試計(jì)算三層中較低的兩層的單板效率E.。

操作條件下苯-甲苯混合液的平衡數(shù)據(jù)如下：

x0.260.380.51

y0.450.600.72

解：假設(shè)測(cè)得相鄰三層板分別為第nT層，第n層，第n+1層

即x?-i=0.28x?=0.41x?-i=0.57根據(jù)回流條件y““=x?

y”—0.28ynti~0.41yn?2~0.57

由表中所給數(shù)據(jù)a=2.4

與第n層板液相平衡的氣相組成與=2.4X0.41/(1+0.41X1.4)=0.625

與第n+1層板液相平衡的氣相組成％“*=2.4X0.57/(1+0.57X1.4)=0.483

由式1-51EMV=(yn-ynH)/(y；-%*。

可得第n層板氣相單板效率E?v?=(X”LX“)/(y?-x?)

=(0.57-0.41)/(0.625-0.41)

=74.4%

第n層板氣相單板效率=(X?-XnH)/(yn“*-X"i)

=(0.41-0.28)/(0.483-0.28)

=64%

第六章吸收

1.從手冊(cè)中查得101.33kPa,25℃時(shí)，若100g水中含氨1g,則此溶液上方的氨氣平衡分壓為

0.987kPa?已知在此濃度范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)Hkmol/(n??kPa)及相

平衡常數(shù)m

解：液相摩爾分?jǐn)?shù)x=(1/17)/[(1/17)+(100/18)=0.0105

氣相摩爾分?jǐn)?shù)y=0.987/101.33=0.00974

由亨利定律y=nix得m=y/x=0.00974/0.0105=0.928

液相體積摩爾分?jǐn)?shù)C=(1/17)/(101X107103)=0.5824X103mol/m

由亨利定律P=C/H得H=C/P=0.5824/0.987=0.590kmol/(m3?kPa)

2.101.33kPa,10℃時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用P=3.31X10'x表示。式中：P為氧在氣相

中的分壓kPa；x為氧在液相中的摩爾分率。試求在此溫度及壓強(qiáng)下與空氣充分接觸的水中

每立方米溶有多少克氧。

解:氧在氣相中的分壓P=101.33X21%=21.28kPa

氧在水中摩爾分率x=21.28/(3.31X106)=0.00643X103

每立方米溶有氧0.0064X103X32/(18X106)=11.43g

3.某混合氣體中含有2%(體積)CG,其余為空氣?混合氣體的溫度為30℃,總壓強(qiáng)為

506.6kPa,從手冊(cè)中查得30℃時(shí)CO?在水中的亨利系數(shù)E=1.88X105kPa,試求溶解度系

數(shù)Hkmol/(m3?Pa)及相平衡常數(shù)m,并計(jì)算每100g與該氣體相平衡的水中溶有多少gCO?。

3

解：由題意y=0.02,m=E/Pfl=1.88X107506.6=0.37X10

根據(jù)亨利定律y=mx得*=y/m=0.02/0.37X10：!=0.000054即

每100g與該氣體相平衡的水中溶有CO20.000054X44X100/18=0.0132g

H=P/18E=107(10X1.88X105)=2.955X10'kmol/(m3?kPa)

7.在101.33kPa,27C下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。甲醇在氣，液兩相中的濃度都很

低，平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=l.gSSkrnol/GiiLkPa),氣膜吸收系數(shù)L

=1.55X101kmol/(m2?s,kPa),液膜吸收系數(shù)ki.=2.08X101kmol/(m2?s,kmol/m1)?

試求總吸收系數(shù)Kc,并計(jì)算出氣膜阻力在總阻力中所的百分?jǐn)?shù)。

解：由1/Kc=l/kc+1/Hki可得總吸收系數(shù)

55

1/KC=1/1.55X10+1/(1.955X2.08X10')

K(；=1.122X101kmol/(m",s,kPa)

氣膜阻力所占百分?jǐn)?shù)為：(1/kc)/(l/kc+1/Hku)=Hkt/(Hkt+kc)

=(1.955X2.08)/(1.955X2.08+1.55)

=0.723=72.3%

8.在吸收塔內(nèi)用水吸收混于空氣中的甲醇，操作溫度為27℃,壓強(qiáng)101.33kPa。穩(wěn)定操作狀

況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醉分壓為5kPa,液相中甲醇濃度位2.11kmol/m'試根據(jù)上題有

關(guān)的數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速率。

解：由已知可得kc=1.128X10skmol/(m2?s,kPa)

根據(jù)亨利定律P=C/H得液相平衡分壓

P*=C/H=2.11/1.995=1.058kPa

AN,,=Kc(P-P*)=1.128X10-5(5-1.058)=4.447X105kmol/(m2?s)

=0.16kmol/(m2,h)

9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa,25℃下用清水吸收混合氣中的CO?,將其濃度

從2%降至0.1%(體積)。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)E=5.52X10'kPa。若吸收劑為

最小理論用量的1.2倍，試計(jì)算操作液氣比L/V及出口組成Xo

解：⑴Y)=2/98=0.0204,Y2=0.1/99.9=0.001

1

m=E/Pe=5.52X107101.33=0.0545X10

由(L/V)mi?=(YI-Y2)/Xi,=(YI-Y2)/(Y,/m)

=(0.0204-0.001)/(0.0204/545)

=518.28

L/V=1.2(L/V)*=622

由操作線方程Y=(L/V)X+Y2-(L/V)X2得出口液相組成

5

Xi=(YI-Y2)/(L/V)=(0.0204-0.001)/622=3.12X10

⑵改變壓強(qiáng)后，亨利系數(shù)發(fā)生變化，及組分平衡發(fā)生變化，導(dǎo)致出口液相組成變化

m'=E/P總=5.52X10710133=0.0545X10'5

(L/V)'=1.2(L/V)?,i?'=62.2

Xj=(Y1-Y2)/(L/V)=(0.0204-0.001)/62.2=3.12X10'

10.(不)根據(jù)附圖所列雙塔吸收的五種流程布置方案，示意繪出與各流程相對(duì)應(yīng)的平衡線

和操作線，并用圖中邊式濃度的符號(hào)標(biāo)明各操作線端點(diǎn)坐標(biāo)。

11.(不)在101.33kPa下用水吸收混于空氣中的中的氨。已知氨的摩爾分率為0.1,混合氣

體于40℃下進(jìn)入塔底，體積流量為0.556n)3/s,空塔氣速為L(zhǎng)2m/s。吸收劑用量為最小用量

的L1倍，氨的吸收率為95%,且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)K,a的平均值為

0.0556kmol/(m,1,s).

水在20溫度下送入塔頂，由于吸收氨時(shí)有溶解熱放出，故使氨水溫度越近塔底越

高。已根據(jù)熱效應(yīng)計(jì)算出塔內(nèi)氨水濃度與起慰問(wèn)度及在該溫度下的平衡氣相濃度之

間的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，列入本題附表中試求塔徑及填料塔高度0

氨溶液溫度t/℃氨溶液濃度氣相氨平衡濃度

Xkmol(氨)/kmol(水)Y*kmol()/kmol()

2000

23.50.0050.0056

260.010.010

290.0150.018

31.50.020.027

340.0250.04

36.50.030.054

39.50.0350.074

420.040.097

44.50.0450.125

470.050.156

解：混合氣流量G二五D2U/4

AD=(4G/nu)1/2=[(4X0.556)/(3.14X1.2)],/2=0.77m

Y)=0.1/0.9=0.Ill

y-2-yi(1-n)=0.05xo.1=0.005

Y2=0.005/0.995=0.005

根據(jù)附表中的數(shù)據(jù)繪成不同溫度下的X-Y*曲線查得與Y產(chǎn)0.111相平衡的液相組

Xj=0.0425

(L/V)??=(Y,-Y.)/X；=(0.111-0.005)/O.0425=2.497

(L/V)=1.1(L/V)?i?=2.75

由操作線方程Y=(L/V)X+Y2可得Xi=(V/L)(YI-Y2)

=(0.111-0,005)/2.75

=0.0386

由曲線可查得與Xi相平衡的氣相組成=0.092

△Y產(chǎn)（AYiYz）/ln（AY「AYz）

=[(0.Ill-0.092)-0.005]/ln(0.111-0.092)/0.005

=0.0105

ANOG=(Y.-Y2)/AYm=(0.111-0.005)/0.0105

=10.105

惰性氣體流量G=0.556X(1-0.1)=0.556X0.9

=0.5004m7s

=(0.5004X101.33XIO3)/(8.314X313)

=19.49mol/s

Hoc=V/(K、aQ)=(19.49X103)/(0.0556nX0.772/4)

=765.56X10。m

3

填料層高度H=N0cXHOG=10.105X765.56X10

=7.654m

12.在吸收塔中用請(qǐng)水吸收混合氣體中的SO?,氣體流量為5000m：'(標(biāo)準(zhǔn))/h,其中S02占10%,

要求SO?的回收率為95%。氣，液逆流接觸，在塔的操作條件下，SO,在兩相間的平衡關(guān)系

近似為Y*=26.7X,試求：

(1)若取用水量為最小用量的1.5倍，用水量應(yīng)為多少？

(2)在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板數(shù)；

(3)如仍用(2)中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從95%提高到98%,用水

量應(yīng)增加到多少？

解：(1)y2=yi(1-n)=0.IX(1-0.95)=0.005

Yi=0.1/0.9=0.IllY2=0.005/(1-0.005)=0.005

(L/V)卡(Y,-Y2)/X；=(Y,-Y2)/(Y/26.7)

=(0.111-0.005)X26.7/0.Ill

=25.50

(L/V)=1.5(L/V)min=38.25

惰性氣體流量：V=5000X0.9/22.4=200.89

用水量L=38.25X200.89=7684kmol/h

(2)吸收操作線方程Y=(L/V)X+Y2代入已知數(shù)據(jù)

Y=38.25X+0.005

在坐標(biāo)紙中畫出操作線和平橫線，得到理論板數(shù)Nr=5.5塊

14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于氣態(tài)煌中的H2S,進(jìn)塔氣相中含H2s(體積)

2.91%要求吸收率不低于99%,操作溫度300K,壓強(qiáng)101.33kPa,平衡關(guān)系為Y*=2X,

進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2s濃度為0.013kmol(HzS)/kmol(溶劑)

已知單位塔截面上單位時(shí)間流過(guò)的惰性氣體量為0.015kmol/(m2-s),氣相體積吸收總系數(shù)

為0.000395kmol/(m3?s?kPa)o求所需填料蹭高度。

解：y2=y,(1-n)=0.0291X0.01=0.000291

Y2=y2=0.000291Y,=0.0291/(1-0.0291)=0.02997

AY.=[(Yi-Y.*)-Y2]/ln[(YrY.*)/Y2]

=[(0.02997-0.013X2)-0.000291]/In[(0.02997-0.013X2)/0.000291]

=0.001408

ANOG=(Y,-Y2)/AY.=(0.02997-0.000297)/0.001408=21.074

HOG=V/(KvaQ)=0.015/(0.000395X101.33)

=0.375

H=NOfiX=21.2X0.375=7.9m

第七章干燥

1.已知濕空氣的總壓強(qiáng)為50kPa,溫度為60℃相對(duì)濕度40%,試求：（1）濕空氣中水氣的

分壓；（2）濕度；（3）濕空氣的密度

解：⑴查得60℃時(shí)水的飽和蒸汽壓Ps=19.932kPa

水氣分壓P水氣=Pse=19.932X0.4=7.973kPa

(2)H=0.622P水氣/(P-P*<,)=0.622X7.973/(50-7.973)

=0.118kg/kg絕干

(3)1kg絕干氣中含0.n8kg水氣

x絕T=(l/29)/[(l/29)+(0.118/18)]=0.84

x水氣=(0.118/18)/[(l/29)+(0.118/18)]=0.16

/.濕空氣分子量Mo=18x加氣+29x絕干氣—18X0.16+29X0.84

=27.249g/mol

二濕空氣密度P=MP/RT=(27.24X103X50X10：i)/(8.314X333)

=0.493kg/n?濕空氣

2.利用濕空氣的H-T圖查出本題附表中空格內(nèi)的數(shù)值，并給出序號(hào)4中各數(shù)值的求解過(guò)程

序號(hào)干球溫度濕球溫度濕度相對(duì)濕度焰水氣分壓露點(diǎn)

Up/UfT絕干%Up/ka絕干kPa

qnL

1UUJjU.UJ乙乙14UOJU

240270.024090325

320180.0137550215

430280.0258595425

3.干球溫度為20℃,濕度為0.009kg/kg絕干的濕空氣通過(guò)預(yù)熱器加熱到50℃,再送往常

壓干燥器中，離開(kāi)干燥器時(shí)空氣的相對(duì)濕度為80%。若空氣在干燥器中經(jīng)歷等焰干燥過(guò)程,

試求：

（1）Im?原濕空氣在預(yù)熱器過(guò)程中焰的變化；

（2）Inf）原濕空氣在干燥器中獲得的水分量。

解：⑴原濕空氣的熠:Io=（1.01+1.88Ho）t+2490Ho

=(1.01+1.88X0.009)X20+2490X0.009

=43kj/kg絕干

通過(guò)預(yù)熱器后空氣的焰Ii=(1.01+1.88X0.009)X50+2490X0.0009

=73.756kj/kg絕干

焰變化AH=L-I。=30.756kj/kg絕干

空氣的密度P=MP/RT=(29X103X101.33X103)/(8.314X293)

=1.21kg/m"

:.In?原濕空氣焰的變化為AH=30.756X1.21/1.009=36.9kj/kg濕氣

(2)等烙干燥L(fēng)=L=73.756kj/kg絕干

假設(shè)從干燥器中出來(lái)的空氣濕度t=26.8°C,查得此時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓

Ps=3.635kPa

4=0.622。Ps/(P-4)PS)

=0.622X0.8X3.635/(101.33-0.8X3.635)

=0.0184kj/kg絕干

由L=73.756=(1.01+1.88HDt2+2490H2試差

假設(shè)成立

二H2=0.0184kj/kg絕干

獲得水分量：AH=112-Ho=0.0184-0.009=0.0094kj/kg絕干

=0.0094X1.21/1.009=0.011kj/kg濕氣

4.將t°=25℃,小。=50%的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的tz=50℃,力2=80%的常壓

廢氣混合，兩者中絕干氣的質(zhì)量比為1：3。分別用計(jì)算法和做圖法求混合氣體的濕度和焰。

解：(1)查得25℃時(shí)和50C時(shí)水的飽和蒸汽壓分別為3.291kPa和12.34kPa

新鮮空氣濕度Ho=0.6226。Ps/(P-d)oPs)

=0.622X0.5X3.291/(101.33-0.5X3.291)

=0.01027kg水/kg絕干

廢氣濕度H2=0.6224>2Ps/(P-d)2Ps)

=0.622X0.8X12.34/(101.33-0.8X12.34)

=0.20142kg水/3kg絕干

混合氣濕度H,.=(0.01027+0.06714X3)/(1+3)

=0.0529kg水/kg絕干

混合氣溫度t.=(25+50X3)/(1+3)=43.75℃

二混合氣焰：1?,=(1.01+1.881IJtm+2490H,?

=(1.01+1.88X0.0529)X43.75+2490X0.0529

=180.26kj/kg絕干

(2)做圖發(fā)略

5.干球溫度t。=26℃,濕球溫度冊(cè)。=23℃的新鮮空氣，預(yù)熱到I尸950c后送入連續(xù)逆流

干燥器內(nèi)，離開(kāi)干燥器時(shí)溫度為檢=85℃。濕物料初始狀況為：溫