化工原理第二版-(下冊(cè))天津大學(xué)出版社課后習(xí)題解答

第1章蒸館

1.已知含基0.5(摩爾分率)的笨一甲苯混合液，若外壓為99kPa,試求該溶液的飽和溫度。笨和甲基的飽

和蒸汽壓數(shù)據(jù)見(jiàn)例1-1附表。

tCC)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H：,P；,由于總壓

P=99kPa,則由x=(PHV)/(P；HV)可得出液相組成，這樣就可以得到一組繪圖數(shù)據(jù)。

以t=80.為例x=(99-40)/(101.33-40)=0.962

同理得到其他溫度下液相組成如下表

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92c

2.正戊烷(CM?)和正己烷(GJ1G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)。

223.1233.0244.0251.0260.6275.1291.7309.3

溫度CSH|2

KOH,.,248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8341.9

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CM2(A)和CM,(B)的飽和蒸汽壓

以t=248.2C時(shí)為例，當(dāng)t=248.2c時(shí)P6*=1.3kPa

查得P；=6.843kPa

得到其他溫度下A,B的飽和蒸汽樂(lè)如下表

t(*C)248251259.1260.6275.1276.9279289291.7304.8309.3

PA,(kPa)6.8438.00012.47213.30026.60029.48433.42548.87353.20089.000101.300

PB*(kPa)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)1=260.6C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)1260.6七時(shí)y=PA*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(r)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：

tCC)248.0251.0259.1260.6275.1276.9279.0289.0291.7304.8309.3

a--5.2915.5634.178-

取275.1匕和279C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

tCC)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慵出液組成。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)=/\Fdx/(y-x)以及氣液平衡關(guān)系y=0.46x+0.549

得ln(W/F)=/1dx/(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

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

y=0.804

②平衡蒸懦

由物料衡算FXP=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)精儲(chǔ)塔中分離由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XF

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,懦出液回收率為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:飽出回收率=DXO/FXP=88%得儲(chǔ)出液的質(zhì)量流量

Dxn=Fx,：88%=4000X0.3X0.88=1056kg/h

結(jié)合物料衡算FXF=Hk+DXD

D+W=F得X"=0.943

溜出液的摩爾流量1056/(76X0.943)=14.7kmol/h

以摩爾分率表示儲(chǔ)出液組成xo=(0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]

=0.97

6.在常壓操作的連續(xù)精飾塔中分離喊甲醇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4(TC；(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。

瞌度1液相中甲醇的氣相中甲醇的溫月：t液相U?甲醇的氣相中耳醉的

摩爾分率陽(yáng)爾分率r摩爾力率摩爾分:格

1UUU.U(.0U.4)

yt>.40.UZ(.13415.U.b)5"9

93.50.041.23471.：!0.6)0.825

91.20.06(.30469.i0.7)0.870

89.30.08(.36567.0.800.915

87.70.100.41866.0.900.958

84.40.15C,51765.0.950.979

81.70.2057964.1.01.0

78.00.300.665

解：(1)進(jìn)料溫度4(rc

75.3C時(shí)，甲醇的汽化潛熱n=825kJ/kg

水蒸汽的汽化潛熱m=2313.6kJ/kg

57.6℃時(shí),甲醇的比熱Cv.=2.784kJ/(kg**C)

水蒸汽的比熱C?=4.178kJ/(kg*,C)

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

??.40C進(jìn)料為冷液體進(jìn)料

即將Iniol進(jìn)料變成飽和蒸汽所需熱量包括兩部分

一部分是將40C冷液體變成飽和液體的熱量Q?二是將75.3C飽和液體變成氣體所需要的汽化潛熱

Q?,即q=(Q.+QJ/Q=1+(Q/Q1

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

Q?=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100kmo]/h,儲(chǔ)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，精饋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)氣液相均為怛摩爾流。

解：①產(chǎn)品的流量

由物料衡算FxP=Wx,+Dxh

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精微段的下降液體流量L

L=DR=2.5X39.56=98.9<mol/h

③提儲(chǔ)段的上升蒸汽流量V

40t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)精馀操作中，已知精饞段y=0.723x+0.263：提偏段y=1.25x-0.0187

若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入精飽塔中，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

B|J精儲(chǔ)段y=0.723x+0.263過(guò)(xD,xB)Axo=0.949

提儲(chǔ)段y=1.25x-0.0187過(guò)(x,,x?)Ax.=0.0748

精儲(chǔ)段與y軸交于[0，xo/(R+l)]即xo/(R+l)=0.263

AR=2.61

連立精溜段與提馀段操作線得到交點(diǎn)坐標(biāo)為(0.5345,0.6490)

:.XF=0.649

9.在常壓連續(xù)精儲(chǔ)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1-U

解：常壓下紫-甲素相對(duì)揮發(fā)度a=2.46

精溜段操作線方程y=Rx/(R+l)=2x/3+0.9/3

=2x/S+0.3

精ta段y.=xD=0.9由平衡關(guān)系式y(tǒng)=ax/[l+(a-l)x]得

x.=0.7853再由精偏段操作線方程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*.*X4<XF=0.5<Xj

精儲(chǔ)段需要板層數(shù)為3塊

提館段X1'=xt=0.4353

提儲(chǔ)段操作線方程y=Lx/(L-n-Wx,/(L-W)

飽和液體進(jìn)料q=1

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

由物料平衡FXF=+Dxc

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

即提館段操作線方程y=4x73-0.1/3

Ay3=0.5471

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

依次可以得到y(tǒng)3=0.4058x3=0.2173

y<=0.2564x\=0.1229

yB=0.1306xs=0.0576

■:X5<x?=0.1<X4

:,提儲(chǔ)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83*C,平均汽化熱為3.2X10'kJ/kinol,平均比熱為140

kj/(kmol?C)

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

精儲(chǔ)段不受q影響，板層數(shù)依然是3塊

提馀段由于q的影響，使得L7(L-W)和W/(L-W)發(fā)生了變化

q=(Q.+Q2)/。=1+(Q/QJ

Q,=C?AT=140X(83-20)=8820kj/kmol

0=3.2X10'kJ/kmol

q=1+8820/(3.2X10')=1.2756

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

=[3D+W-F(l-q)]/[3B-F(l-q)]VD=W,F=2D得

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

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

，提循段操作線方程為y=1.2815x-0.02815

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

x；=0.3141依次計(jì)算y；=0.3743

x；=0.1956y；=0.2225

x；=0.1042y5=0.1054

xs=0.0457

":Xs<x?=0.x<

二提儲(chǔ)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)精循塔內(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)，

微出液組成不低于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，其摩爾流量為儲(chǔ)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1-7。

解：如圖所示，有兩股出料，故全塔可以分為三段，由例1-7附表，在x-y直角坐標(biāo)圖上繪出平衡線，從

疝=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).，則改在提譚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(x、，x0.

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)精儲(chǔ)塔分離由組分A.B組成的理想混合液。原料液中含A0.44,偏巴液中含A0.957(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L(zhǎng)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)(■,汽)位于平衡線上：且q線過(guò)(刈，XF)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1-47%=[(xo/xj-a(1-xo)/(Hx,)]/(a-1)代入數(shù)據(jù)得

0.63=[(0.957/xq)-2.5X(!-0.957)/(1-xq)]/(2.5-1)

Ax.=0.366或Xq=1.07(舍去)

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

得到y(tǒng)q=0.591

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

q/(q-1)=(0.591-0.44)/(0.366-0.44)得q=0.67

V0<q<1???原料液為氣液混合物

13.在連續(xù)精鐳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：⑴操作回流比和最小回流比：(2)若儲(chǔ)出液量為lOOkmol/最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=2.591

第一塊板的氣相組成y.=2.59",/(1+1.591x,)

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

在塔頂做物料衡算V=L+D

Vyi=LXL+DXD

0.907(L+D)=0.88L+0.95DL/D=1.593

即回流比為R=1.593

由式1-47R.in=[(xu/xj-a(1-XD)/(1-XJ]/(a-1)泡點(diǎn)進(jìn)料x(chóng),=XF

，R.ia=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一甲苯的混合液。在全回流條件下測(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6。

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n-1層，第n層，第n+1層

即Xn-1=0.28x?=0.41xIr1=0.57根據(jù)回流條件yB.i=xn

y?=0.28y?.i=0.41=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7；=2.4X0.41/(1+0.41X1.4)=0.625

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

由式1-51Ew=(yn-yn.i)/(yn-yn.i)

可得第n層板氣相單板效率=(xn--xa)/(yn,-xn)

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

=74.4%

第n層板氣相單板效率Em”=(xn-x..i)/(y"-xQ

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

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第2章吸收

1.從手冊(cè)中查得101.33kPa,25c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)H-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=mx得m=y/x=0.00974/0.0105=0.928

液相體積摩爾分?jǐn)?shù)C=(1/17)/(101X107103)=0.5824X10'mol/m3

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

2.10L33kPa,10℃時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用P=3.31X10%表示。式中：P為氧在氣相中的分樂(lè)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=101.33X2：%=21.28kPa

氧在水中摩爾分率x=21.28/(3.31X106)=0.00643X101

每立方米溶有氧0.0064X10JX32/(18X106)=11.43g

3.某混合氣體中含有2%(體積)C02,其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30C,總壓強(qiáng)為506.6kPa。從手

冊(cè)中查得30℃時(shí)C0?在水中的亨利系數(shù)E=1.88X105kPa,試求溶解度系數(shù)Hkmol/(m3-kPa)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gCO1。

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

根據(jù)亨利定律y=mx得乂=y/m=0.02/0.37X103=0.000054即

每100g與該氣體相平衡的水中溶有CO?0.000054X44X100/18=0.0132g

H=P/18E=107(10X1.88X105)=2.955X10Imo"(n??kPa)

7.在101.33kPa,27c卜用水吸收混于空氣中的甲醉蒸汽。甲醇在氣，液兩相中的濃度:都很低，平衡關(guān)系

J5

服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H=1.995kmol/(m-kPa),氣膜吸收系數(shù)k6=1.55X10kmol/W-s-kPa),

液膜吸收系數(shù)k,=2.08X105kmol/tf-s-kmol/m3),,試求總吸收系數(shù)降并計(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/Hk..可得總吸收系數(shù)

1/Kc=1/1.55X103+1/(1.995X2.08X105)

&=1.128X105kmol/(m2?s?kPa)

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

=(1.995X2.08)/(1.995X2.08+1.55)

0.928=92.8%

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)10L33kPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截

面上的氣相甲醇分壓為5kPa,液相中甲醇濃度位2.llkmol/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=1.128X10&kmol/(m2?s,kPa)

根據(jù)亨利定律P=C/H得液相立衡分壓

P'=C/II=2.11/1.995=1.053kPa

.??NA=Kc(P-P*)=1.128X105(5-1.058)=4.447X10-5kmol/(m2?s)

=0.16kmol/(n2,h)

9.在逆流操作的吸收塔中，于10L33kPa,25c下用清水吸收混合氣中的CO二將其濃度從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L2倍，試計(jì)算

操作液氣比L/V及出口組成X。

解：(1)Y,=2/98=0.0204,Y2=0.1/99.9=0.001

m=E/P9=5.52X107101.33=0.0545X10,

由(L/V),in=(Y,-Y2)/Xi*=(Y.-Y2)/(Yi/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)X?得出口液相組成

X,=(Y,-Y2)/(L/V)=(0.0204-0.001)/622=3.12X10"

(2)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/B=5.52X10710133=0.0545X105

(L/V)*=1.2(L/V)二=62.2

4

X,'=(Y-Y2)/(L/V)=(0.0204-0.001)/62.2=3.12X10

10.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.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40C下進(jìn)入塔底，

體積流量為0.556m7s,空塔氣速為1.2m/s。吸收劑用量為最小用量的1.1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0.0556kmo"(m3-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)氨水濃度與遠(yuǎn)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。

氨溶液溫度t/r氨溶液濃度氣相氨平衡濃度

Xkmol(氨)/kmol(水)Y*kmol()/kmolO

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=丸D任/4

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

Y,=0.1/0.9=0.111

y2=yi(1-n)=0.05X0.1=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尸0.111相平衡的液相組成

X,*=0.0425

(L/V)Bin=(Y.-Y,)/X；=(0.111-0.005)/0.0425=2.497

(L/V)=1.1(L/V)nln=2.75

由操作線方程Y=(L/V)X+L可得X,=(V/L)(Y-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YJ=0.092

AY.=(AY-AY2)/ln(AY,-AY2)

=[(0.Ill-0.092)-0.005]/In(0.111-0.092)/O.005

0.0105

I

DC(Y-Y2)/AYr=CO.111-0.005)/0.0105

=10.105

惰性氣體流量G=0.556X(1-0.1)=0.556X0.9

=0.5004n7s

=(0.5004X101.33X10J)/(8.314X313)

=19.49nol/s

%：=V/OGaQ)=(19.49X10J)/(0.0556^X0.7774)

=765.56X103m

3

填料層高度H=NOGXHOG=10.105X765.56X1C

=7.654m

12.在吸收塔中用請(qǐng)水吸收混合氣體中的SR,氣體流量為5000m：'(標(biāo)準(zhǔn))/h,其中SO2占10%,要求S0?

的回收率為95%。氣，液逆流接觸，在塔的操作條件下，SOz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L5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)山=力(i-n)=o.ix(1-0.95)=0.005

Y,=0.1/0.9=0.111L=0.005/(1-0.005)=0.005

(L/V).in=(Y,-Y2)/X,*=(Y.-Y2)/(Y./26.7)

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

=25.50

(L/V)=1.5(L/V)nin=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(huà)出操作線和平橫線，得到理論板數(shù)NT=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)位中的FLS,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H?S濃度為0.013kmol(H?S)/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0.000395

kmol/(m*?s?kPa).求所需填料?蹭高度.

解：y2=yi<1-q)=0.0291X0.01=0.000291

Y，=y2=0.000291Ys=10291/(1-0.0291)=0.02997

B

△Y0=[(Y-Y.)-Y2]/ln[:YTJ)/Yj

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

=0.0014

/.N?=(Y-Y2)/AY.=(102997-0.000297)/O.0014=21.2

=V/(KYaQ)=0.015/(0.000395X101.33)

=0.375

H=NKXH1K=21.2X0.375=7.9m

第3章干燥

1.已知濕空氣的總壓強(qiáng)為50kPa,溫度為60C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:(1)查得60C時(shí)水的飽和蒸汽壓R=19.932kPa

:.水氣分壓19.932X0.4=7.973kPa

(2)H=0.622P2/(P-P水氣)=0.622X7.973/(50-7.973)

=0.118kg/kg絕干

(3)1kg絕干氣中含0.118kg水氣

x維干=(l/29)/[(l/29)+(0.118/18)]=0.84

x水氣=(0.118/18)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.16

/.濕空氣分子量=18x?r+29x=18X0,16+29X0.84

=27.249g/mol

■濕空氣密度P=MP/RT=(27.24X10sX50X103)/(8.314X333)

=0.493kg/d濕空氣

2.利用濕空氣的HI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)F球溫度N1球溫度濕J更相對(duì)酉度焙水氣分壓露點(diǎn)

r版i干%kfr/krr住干kPnr

UUJuUvJ乙2?JJU

\

240270.024090325

320180.0137550215

430280.0258595425

3.干球溫度為20*C,濕度為0.009kg/kg絕干的濕空氣通過(guò)預(yù)熱器加熱到5(TC,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)歷等給干燥過(guò)程，試求：

(1)加,原濕空氣在預(yù)熱器過(guò)程中蛤的變化；

(2)lm‘原濕空氣在干燥器中獲得的水分量。

解：⑴原濕空氣的耐:Io=(1.01+1.88Ho)t+2490Ho

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

=43kj/kg絕干

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

=73.756kj/kg絕干

■變化AH=I.-L=30.756kj/kg絕干

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

=1.21kg/m3

:,加^原濕空氣始的變化為AH=30.756X1.21/1.009=36.9kj/kg濕氣

(2)等給干燥I,=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匕，查得此時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓

Ps=3.635kPa

H2=0.6226Ps/(P-4)PS)

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

=0.0184kj/kg絕干

由L=73.756=(1.01+L88H.)t2+2490乩試差

假設(shè)成立

???H2=0.0184kj/kg絕干

獲得水分量：AH=H2-H(=0.0184-0.009=0.0094kj/kg絕干

=0.0094X1.21/1.009=0.011kj/kg濕氣

4.將t°=25℃,巾產(chǎn)50%的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的t2=50C,小評(píng)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熔。

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

新鮮空氣濕度Ho=0.622。。P$/(P-(b<Ps)

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

=0.01027kg水/kg絕干

廢氣濕度H2=0.6224)2Ps/(P-*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to=(25+50X3)/(1+3)=43.75'C

:.混合氣始:I.=(1.01+L88H.)to+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to=26C,濕球溫度=23c的新鮮空氣，預(yù)熱到t產(chǎn)95c后送入連續(xù)逆流干燥器內(nèi)，離開(kāi)

干燥器時(shí)溫度為t尸