化工原理习题答案(第七章)
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第7章 吸收
7-1.g100水中溶解31gNH,从手册查得C200时3NH的平衡分压为86.6Pa9,在此浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数H〔单位为13kPamkmol〕和相平衡常数m,总压力为kPa100。 〔答:13kPam0.59kmolH , 0.943m〕
解:3mkmol582.01000101171c,
31mPamol59.09866.0582.0PecH,
0099.03.1011007604.7ey,
0105.018100171171x,
943.00105.00099.0xyme。
7-2.C100时氧在水中的溶解度的表达式xp6*10313.3,式中p为氧在气相中的平衡分压,kPa ;x为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为%21,试求总压为kPa101时,每3m水中可溶解多少g氧?〔答:3mg4.11 ,或3m0.35mol 〕
解:kPa3.213.10121.0Pe,
6661042.610313.33.2110313.3Pex,
36mg4.11100018321042.6c。
7-3.用清水吸收混合气中的 3NH,进入常压吸收塔的气体含3NH体积分数为%6,吸收后气体含3NH体积分数为%4.0,出口溶液的摩尔比为13kmolkmol012.0NH水。此物系的平衡关系为XY52.2 。气液逆流流动,试求塔顶、塔底处气相推动力各为多少?〔答:顶00402.02ΔY,底034.01ΔY〕
解:064.006.0106.01111yyY,0402.0004.01004.01222yyY,
塔底:03024.0012.052.252.2XYe,
塔顶:0052.252.2XYe,
塔顶气相推动力00402.02Y,
塔底气相推动力034.003024.0064.01,11eYYY。
7-4.用水吸收空气中的甲醇蒸汽,在操作温度300K下的溶解度系13kPam2kmolH,传质系数112kPahm0.056kmolGk,
3-112mkmolhm0.075kmolLk。求总传质系数GK以及气相阻力在总阻力中所占的分数。〔答:11-2kPahm0.0408kmolGK , 73.0〕
解:112kPahmkmol0408.0075.021056.011111LGGHKKK,
气相阻力所占分率: 73.0075.021056.01056.01。
7-5.从矿石焙烧送出的气体,含体积分数2%9SO ,其余视为空气。冷却后送入吸收塔,用水吸收其中所含2SO的%95。吸收塔的操作温度为C300 ,压力为kPa100。每小时处理的炉气量为3m1000〔C300、kPa100时的体积流量〕,所用液气比为最小值的2.1倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为
液相2SO溶解度/OHkgkgSO212100 7.5
5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1
气相2SO平衡分压kPa/ 91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57
0.63
( 答:00206.0,hkg3012011xL )
解:099.009.0109.01111yyY,
00495.0099.0)95.01()1(12YY,
1hkmol6.36)09.01(3032734.221000V,
进吸收塔2SO的分压kPa12.909.03.1013.1011yP,
由平衡关系内插得溶液平衡浓度为OH100kgkgSO2877.02-1,
换算为摩尔比3,11047.218/10064/877.0ex,
1.3800247.000495.0099.0,121minexYYVL,
69.451.382.12.1minVLVL,
11minminhkg25100hmol5.13941.386.36VLVL,
1minhkg30120251002.12.1LL,
121xYYVL32111006.269.4500495.0099.0VLYYx。
7-6.用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯,要求回收%99。入塔的混合气中,含苯%2〔摩尔分数〕。入塔的煤油中,含苯%02.0。溶剂用量为最小用量的5.1倍,操作温度为C500 ,压力为kPa100。平衡关系为XY36.0,总传质系数13smkmol015.0aKY 。入塔气体的摩尔流量为12smkmol015.0。求填料层高度。〔 答:m12Z〕
解:02.01y,0002.0)99.01(02.02y,0002.02x,
357.00002.036.002.00002.002.021,2121,21minxxyyXXYYVLee, 536.0357.05.15.1minVLVL,
0371.00002.0)0002.002.0(536.01)(2211xyyLVx,
672.0536.036.01LmVA,
]1))(11ln[(1112221AmxymxyAANOG
12]672.0)0002.036.00002.00002.036.002.0)(672.01ln[(672.011
m1015.0015.0yaOGKVH,
m12112OGOGNHH。
7-7.在填料塔内用稀硫酸吸收空气中所含的3NH。溶液上方3NH的分压为零〔相平衡常数0m〕。以下情况所用的气、液流速及其他操作条件都大致相同,总传质单元高度OGH都可取为.5m0。试比拟所需填料层高度有何不同。
混合气中含摩尔分数3%1NH,要求回收%90。
混合气中含3%1NH,要求回收%99。
混合气中含3%5NH,要求回收%99。作了上述比拟之后,你对塔高与回收率的关系能获得什么概念?〔答:〔1〕m1Z ;〔2〕m25.2Z ;〔3〕m25.2Z 〕
解:⑴01.01y,
00101.01.001.099.01.001.02y,
1000101.001.02221mxymxy,
01LmVA,
查图得:2OGN,
m125.0OGOGNHZ;
⑵01.01y,
0001.001.001.02y,
1000001.001.021yy,
查图得:5.4OGN,
m25.25.45.0OGOGNHZ;
⑶05.01y,
000505.001.005.099.001.005.02y,
99000505.005.021yy, 查图得:5.4OGN,
m25.25.45.0OGOGNHZ。
7-8.今有连续逆流操作的填料吸收塔,用清水吸收原料气中的甲醇。处理气量为13hm1000〔操作状态〕,原料中含甲醇3mg100,吸收后水中含甲醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的%67。设在常压、C025下操作,吸收的平衡关系取为XY15.1,甲醇回收率要求为%98,12hmkmol5.0Yk,塔内填料的比外表积为32mm200a塔内气体的空塔气速为1sm5.0。试求:〔1〕水的用量为多少1hkg?〔2〕塔径;〔3〕传质单元高度OGH;〔4〕传质单元数OGN;〔5〕填料层高度。
(答: ; m686.0 ; m84.0 ; hkg11501OGHDLm1.6 ; 89.8ZNOG)
解:⑴07.04.22/132/1010031y,
0753.007.0107.01Y,
312105.1)98.01(0753.0)1(YY,
0439.015.10753.067.067.0%671*11mYXX,
02X,
11hkmol38298273)07.01(4.22100025273273)1(4.221000yV,
68.100439.0105.10753.032121XXYYVL,
131hkg1015.1hkmol8.633868.168.1VL;
⑵13sm36001000sV,1sm5.0u,
m84.05.014.33600100044uVDs;
⑶m686.084.042005.0382aKVHYOG;
⑷用解析法:
]))(1ln[(112221LVmmXYmXYLVmLVmNOG
89.8]68.115.1)01015.100753.0)(68.115.11ln[(68.115.1113;
⑸m1.689.8686.0OGOGNHZ。
7-9.直径为m88.0的填料吸收塔内,装有拉西环填料,填料层高为m6。每小时处理3m2000含%5丙酮与空气的原料气,操作条件为1个大气,C025。用清水作吸收剂,塔顶出口废气含丙酮%263.0〔以上均为摩尔分数〕,出塔溶液中每千克含丙酮g2.61,操作条件下的平衡关系为XY2。试计算:〔1〕气相总体积传质系数aKY;〔2〕每小时可回收丙酮多少千克?〔3〕假设将填料层加高m3,又可以多回收多少千克丙酮? 〔答:1113hkg56.6 , hkg225 , hmkmol8.176aKY 〕
解:塔截面积222m61.088.044dS,
惰性气体量1hkmol7.77)05.01(2982734.222000V,
526.005.0105.01Y,00263.000263.0100263.02Y,
02x,0198.018/8.93858/2.6158/2.611x,