化工原理課后題答案(部分)

______________________________________________________________________________________________________________化工原理第二版第1章 蒸餾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 1-1附表。t（℃）80.1859095100105x0.9620.7480.5520.3860.2360.11解：利用拉烏爾定律計(jì)算氣液平衡數(shù)據(jù)查例1-1附表可的得到不同溫度下純組分苯和甲苯的飽和蒸汽壓 PB*，PA*，由于總壓=99kPa，則由x=(P-PB*)/(PA*-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t=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 92℃2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）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C5H12223.1233.0244.0251.0260.6275.1-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________291.7 309.3KC6H14248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8 341.9飽和蒸汽壓(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2101.3解：根據(jù)附表數(shù)據(jù)得出相同溫度下 C5H12（A）和C6H14（B）的飽和蒸汽壓以t=248.2℃時(shí)為例，當(dāng)t=248.2℃時(shí)PB*=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(℃)248251259.1260.6275.1276.9279289291.7304.8309.3PA*(kPa) 53.200PB*(kPa) 1.3001.6342.6002.826 5.0275.300 8.00013.300 15.69426.60033.250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*)/(PA*-PB*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）=1平衡氣相組成 以260.6℃為例當(dāng)t=260.6℃時(shí)y=PA*x/P=13.3×1/13.3=1同理得出其他溫度下平衡氣液相組成列表如下-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________t(℃)260.6275.1276.9279289x10.38350.33080.02850y10.7670.7330.5240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α=PA*/PB*計(jì)算出各溫度下的相對(duì)揮發(fā)度：t(℃)248.0251.0259.1260.6275.1276.9279.0289.0291.7304.8309.3α----5.2915.5634.178----取275.1℃和279℃時(shí)的α值做平均αm=（5.291+4.178）/2=4.730②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=4.73×0.3835/[1+(4.73-1)×0.3835]=0.746同理得到其他y值列表如下t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________α5.2915.5634.178x10.38350.33080.20850y10.7460.7000.5550③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)單蒸餾和平衡蒸餾，若汽化率為 1/3，試求兩種情況下的斧液和餾出液組成。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)單蒸餾x以及氣液平衡關(guān)系y=0.46x+0.549由ln(W/F)=∫xFdx/(y-x)xxFF)/(0.549-0.54x)]得ln(W/F)=∫dx/(0.549-0.54x)=0.54ln[(0.549-0.54x∵汽化率1-q=1/3則q=2/3 即W/F=2/3∴l(xiāng)n(2/3)=0.54ln[(0.549-0.54 ×0.6)/(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=0.804②平衡蒸餾由物料衡算 FxF=Wx+DyD+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-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________x=0.509 再次代入平衡關(guān)系式得 y=0.7835.在連續(xù)精餾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xW不大于0.05，餾出液回收率為88％。試求餾出液的流量和組分，分別以摩爾流量和摩爾分率表示。解：餾出回收率 =DxD/FxF=88％得餾出液的質(zhì)量流量DxD=FxF88％=4000×0.3×0.88=1056kg/h結(jié)合物料衡算 FxF=WxW+DxDD+W=F 得xD=0.943餾出液的摩爾流量 1056/(76×0.943)=14.7kmol/h以摩爾分率表示餾出液組成 xD=(0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]=0.976.在常壓操作的連續(xù)精餾塔中分離喊甲醇 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℃ 摩爾分率 摩爾分率 ℃ 摩爾分率 摩爾分率-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.01.01.078.00.300.665解：（1）進(jìn)料溫度40℃75.3℃時(shí)，甲醇的汽化潛熱 r1=825kJ/kg水蒸汽的汽化潛熱 r2=2313.6kJ/kg57.6℃時(shí)，甲醇的比熱 CV1=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=75.3℃∴40℃進(jìn)料為冷液體進(jìn)料即將1mol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 Q1，二是將75.3℃飽和液體變成氣體所需要的汽化潛熱 Q2，即q=（Q1+Q2）/Q2=1+（Q1/Q2）Q1=0.4×32×2.784×（75.3-40）=2850.748kJ/kgQ2=825×0.4×32+2313.6×0.6×18=35546.88kJ/kg-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________∴q=1+（Q1/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 ∴q=1（3）飽和蒸汽進(jìn)料 q=07.對(duì)習(xí)題6中的溶液，若原料液流量為 100kmol/h，餾出液組成為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，精餾段的下降液體流量和提餾段的上升蒸汽流量。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=WxW+DxDD+W=F 代入數(shù)據(jù)得W=60.44kmol/h∴產(chǎn)品流量 D=100 –60.44=39.56kmol/h②精餾段的下降液體流量 LL=DR=2.5×39.56=98.9kmol/h③提餾段的上升蒸汽流量 V'40℃進(jìn)料q=1.08=V'+（1-q）F=D（1+R）=138.46kmol/hV'=146.46kmol/h8.某連續(xù)精餾操作中，已知精餾段 y=0.723x +0.263；提餾段 y=1.25x –-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________0.0187若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入精餾塔中，試求原料液，餾出液和釜?dú)堃旱慕M成及回流比。解：露點(diǎn)進(jìn)料q=0即精餾段y=0.723x+0.263過(guò)（xD，x）∴xD=0.949D提餾段y=1.25x–0.0187過(guò)（xW，x）∴xW=0.0748W精餾段與y軸交于[0，xD/（R+1）]即xD/（R+1）=0.263∴R=2.61連立精餾段與提餾段操作線得到交點(diǎn)坐標(biāo)為（0.5345，0.6490）∴xF=0.6499.在常壓連續(xù)精餾塔中，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）。塔頂餾出液組成為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1-1。解：常壓下苯-甲苯相對(duì)揮發(fā)度α=2.46精餾段操作線方程y=Rx/（R+1）=2x/3+0.9/3=2x/3+0.3精餾段y1=xD=0.9由平衡關(guān)系式y(tǒng)=αx/[1+(α-1)x]得x1=0.7853再由精餾段操作線方程y=2x/3+0.3得y2=0.8236依次得到x2=0.6549y3=0.7366x3=0.5320y4=0.6547x4=0.4353∵x4﹤xF=0.5<x3-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________精餾段需要板層數(shù)為 3塊提餾段 x1'=x4=0.4353提餾段操作線方程 y=L'x/（L'-W）-WxW/（L'-W）飽和液體進(jìn)料 q=1L'/（L'-W）=（L+F）/V=1+W/（3D）由物料平衡 FxF=WxW+DxDD+W=F 代入數(shù)據(jù)可得 D=WL'/（L'-W）=4/3 W/（L'-W）=W/（L+D）=W/3D=1/3即提餾段操作線方程 y'=4x'/3–0.1/3∴y'2=0.5471由平衡關(guān)系式 y=αx/[1+(α-1)x]得x'2=0.3293依次可以得到y(tǒng)'3=0.4058x'3=0.2173y'4=0.2564x'4=0.1229y'5=0.1306x'5=0.0576x'5<xW=0.1<x4'提餾段段需要板層數(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℃，平均汽化熱為3.2×104kJ/kmol，平均比熱為140kJ/(kmol·℃)-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________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的值精餾段不受q影響，板層數(shù)依然是3塊提餾段由于q的影響，使得L'/（L'-W）和W/（L'-W）發(fā)生了變化q=（Q+Q）/Q2=1+（Q/Q）1212Q1=CpT=140×（83-20）=8820kJ/kmolQ2=3.2×104kJ/kmolq=1+8820/(3.2×104)=1.2756L'/（L'-W）=[V+W-F(1-q)]/[V-F(1-q)]=[3D+W-F(1-q)]/[3D-F(1-q)] ∵D=W，F(xiàn)=2D得L'/（L'-W）=(1+q)/(0.5+q)=1.2815W/（L'-W）=D/[3D-F(1-q)]=1/（1+2q）=0.2815∴提餾段操作線方程為y=1.2815x-0.02815x1'=x4=0.4353代入操作線方程得y2'=0.5297再由平衡關(guān)系式得到x2'=0.3141依次計(jì)算y3'=0.3743x3'=0.1956y4'=0.2225x4'=0.1042y5'=0.1054x5'=0.0457x5'<xW=0.1<x4'∴提餾段板層數(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)精餾塔內(nèi)分離乙醇 -水混合液，原料液為飽和液體，其中含乙醇-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________0.15（摩爾分率，下同），餾出液組成不低于0.8，釜液組成為0.02；操作回流比為2。若于精餾段側(cè)線取料，其摩爾流量為餾出液摩爾流量的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xD=0.8開(kāi)始，在精餾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)，則改在提餾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，xW)。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層用一連續(xù)精餾塔分離由組分A?B組成的理想混合液。原料液中含A0.44，餾出液中含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)（xq，yq）位于平衡線上；且 q線過(guò)（xF，xF）可以計(jì)算出q線斜率即 q/(1-q)，這樣就可以得到 q的值-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________由式1-47Rmin=[(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/（α-1）代入數(shù)據(jù)得0.63=[(0.957/xq)-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/（2.5-1）∴xq=0.366 或xq=1.07（舍去）即xq=0.366根據(jù)平衡關(guān)系式y(tǒng)=2.5x/（1+1.5x）得到y(tǒng)q=0.591q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=0.670<q<1∴原料液為氣液混合物在連續(xù)精餾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。塔頂餾出液中易揮發(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）若餾出液量為100kmol/h，則原料液流量為多少？解：（1）在塔頂滿(mǎn)足氣液平衡關(guān)系式 y=αx/[1+(α-1)x]代入已知數(shù)據(jù)0.95=0.88α/[1+0.88(α-1)]∴α=2.591第一塊板的氣相組成 y1=2.591x1/（1+1.591x1）=2.591×0.79/（1+1.591×0.79）=0.907在塔頂做物料衡算 V=L+DVy1=LxL+DxD0.907（L+D）=0.88L+0.95D ∴L/D=1.593-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________即回流比為 R=1.593由式1-47Rmin=[(x/x)-α(1-x)/(1-x)]/（α-1）泡點(diǎn)進(jìn)料x(chóng)=xFDqDqqRmin=1.0312）回收率DxD/FxF=96％得到=100×0.95/（0.5×0.96）=197.92kmol/h在連續(xù)操作的板式精餾塔中分離苯-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EMV 。操作條件下苯-甲苯混合液的平衡數(shù)據(jù)如下：x 0.26 0.38 0.51y 0.45 0.60 0.72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=0.28xn=0.41xn+1=0.57根據(jù)回流條件yn+1=xn∴yn=0.28yn+1=0.41yn+2=0.57由表中所給數(shù)據(jù)α=2.4與第n層板液相平衡的氣相組成yn*=2.4×0.41/（1+0.41×1.4）=0.625與第n+1層板液相平衡的氣相組成yn+1*=2.4×0.57/（1+0.57×1.4）=0.483MVn-yn+1n*n+1）由式1-51E=（y）/（y-y可得第n層板氣相單板效率 EMVn=（xn-1-xn）/（yn*-xn）（0.57-0.41）/（0.625-0.41）74.4％-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________第n層板氣相單板效率EMVn+1=（xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1）（0.41-0.28）/（0.483-0.28）64％第2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/(m3·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）/（101×10-3/103）=0.5824×103mol/m3由亨利定律P=C/H 得H=C/P=0.5824/0.987=0.590kmol/(m 3·kPa)-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________℃時(shí)，氧氣在水中的溶解度可用 P=3.31×106x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=101.33×21％=21.28kPa氧在水中摩爾分率 x=21.28/（3.31×106）=0.00643×103每立方米溶有氧 0.0064×103×32/（18×10-6）=11.43g3．某混合氣體中含有 2％（體積）CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為 30℃，總壓強(qiáng)為506.6kPa。從手冊(cè)中查得30℃時(shí)CO2在水中的亨利系數(shù) E=1.88×105kPa，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 gCO2。解：由題意 y=0.02，m=E/P總=1.88×105/506.6=0.37×103根據(jù)亨利定律 y=mx得x=y/m=0.02/0.37×103=0.000054 即每100g與該氣體相平衡的水中溶有 CO20.000054×44×100/18=0.0132gH=ρ/18E=103/（10×1.88×105）=2.955×10-4kmol/(m3·kPa)7.在101.33kPa，27℃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=1.995kmol/(m3·kPa)，氣膜吸收系數(shù) kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù)kL=2.08×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。試求總吸收系數(shù) KG，并計(jì)算出氣膜阻力在總阻力中所的百分?jǐn)?shù)。-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________解：由1/KG=1/kG+1/HkL可得總吸收系數(shù)1/KG=1/1.55×10-5+1/（1.995×2.08×10-5）KG=1.128×10-5kmol/(m2·s·kPa)氣膜阻力所占百分?jǐn)?shù)為：（1/k）/（1/kG+1/HkL）=Hk/（Hk+k）GLLG（1.995×2.08）/（1.995×2.08+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)101.33kPa。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2.11kmol/m3。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 kG=1.128×10-5kmol/(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∴NA=KG(P-P*)=1.128×10-5（5-1.058）=4.447×10-5kmol/(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CO2，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 =5.52×104kPa。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X。解：⑴ Y1=2/98=0.0204， Y2=0.1/99.9=0.001m=E/P總=5.52×104/101.33=0.0545×104-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________由（L/V）min=（Y1-Y2）/X1*=（Y1-Y2）/（Y1/m）（0.0204-0.001）/（0.0204/545）518.28L/V=1.2（L/V）min=622由操作線方程 Y=（L/V）X+Y2-（L/V）X2得出口液相組成X1=（Y1-Y2）/（L/V）=（0.0204-0.001）/622=3.12×10-5⑵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’=5.52×104/10133=0.0545×10-5‘（L/V）min’=62.2（L/V）=1.2X1‘=（Y1-Y2’）/62.2=3.12×10-4）/（L/V）=（0.0204-0.001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40℃下進(jìn)入塔底，體積流量為 0.556m3/s，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)KYa的平均值為0.0556kmol/(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。-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________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()200023.50.0050.0056260.010.010290.0150.01831.50.020.027340.0250.0436.50.030.05439.50.0350.074420.040.09744.50.0450.125470.050.156解：混合氣流量G=πD2u/4∴D=(4G/πu)1/2=[(4×0.556)/(3.14×1.2)]1/2=0.77mY1=0.1/0.9=0.111y2=y1（1-η）=0.05×0.1=0.005Y2=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Y1=0.111相平衡的液相組成X1*=0.0425（L/V）min=（Y1-Y1）/X1*=（0.111-0.005）/0.0425=2.497-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________L/V）=1.1(L/V)min=2.75由操作線方程Y=(L/V)X+Y2可得X1=(V/L)(Y1-Y2)=(0.111-0.005)/2.75=0.0386由曲線可查得與X1相平衡的氣相組成 Y1*=0.092Ym=（ Y1- Y2）/ln( Y1-Y2)[（0.111-0.092）-0.005]/ln（0.111-0.092）/0.0050.0105∴ΝOG=（Y1-Y2）/ Ym=（0.111-0.005）/0.0105=10.105惰性氣體流量 G'=0.556×(1-0.1)=0.556×0.90.5004m3/s（0.5004×101.33×103）/（8.314×313）19.49mol/sHOG=V/(KYaΩ)=(19.49×10-3)/(0.0556π×0.772/4)=765.56×10-3m填料層高度 H=ΝOG×HOG=10.105×765.56×10-37.654m在吸收塔中用請(qǐng)水吸收混合氣體中的SO2，氣體流量為5000m3（標(biāo)準(zhǔn)）/h，其中SO2占10％，要求SO2的回收率為95％。氣，液逆流接觸，在塔的操作條件下，SO2在兩相間的平衡關(guān)系近似為 Y*=26.7X，試求：-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________（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=y1（1-η）=0.1×（1-0.95）=0.005Y1=0.1/0.9=0.111 Y2=0.005/（1-0.005）=0.005L/V）min=（Y1-Y2）/X1*=（Y1-Y2）/（Y1/26.7）（0.111-0.005）×26.7/0.11125.50L/V）=1.5（L/V）min=38.25惰性氣體流量： V=5000×0.9/22.4=200.89用水量 L=38.25×200.89=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)烴中的 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(H2S)/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)。求所需填料蹭高度。-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________解：y2=y1（1-η）=0.0291×0.01=0.000291Y2=y2=0.000291 Y1=0.0291/（1-0.0291）=0.02997Ym=[（Y1-Y1*）-Y2]/ln[（Y1-Y1*）/Y2]=[（0.02997-0.013×2）-0.000291]/ln[（0.02997-0.013×2）/0.000291]=0.0014∴ΝOG=（Y1-Y2）/ Ym=（0.02997-0.000297）/0.0014=21.2HOG=V/(KYaΩ)=0.015/（0.000395×101.33）=0.375H=ΝOG×HOG=21.2×0.375=7.9m第3章 干燥-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________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：（1）查得60℃時(shí)水的飽和蒸汽壓 PS=19.932kPa∴水氣分壓 P水氣=PSф=19.932×0.4=7.973kPa（2）H=0.622P水氣/（P-P水氣）=0.622×7.973/（50-7.973）=0.118kg/kg絕干（3）1kg絕干氣中含0.118kg水氣x絕干=(1/29)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.84x水氣=(0.118/18)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.16∴濕空氣分子量 M0=18x水氣+29x絕干氣=18×0.16+29×0.84=27.249g/mol∴濕空氣密度ρ=MP/RT= （27.24×10-3×50×103）/（8.314×333）=0.493kg/m3濕空氣2.利用濕空氣的H-I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 焓 水氣分壓 露點(diǎn)℃ ℃ kg/kg 絕干 ％ kg/kg 絕干kPa ℃-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________1 60 35 0.03 22 140 5302 40 27 0.02 40 90 3253 20 18 0.013 75 50 2154 30 28 0.025 85 95 4253.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)歷等焓干燥過(guò)程，試求：1）1m3原濕空氣在預(yù)熱器過(guò)程中焓的變化；2）1m3原濕空氣在干燥器中獲得的水分量。解：（1）原濕空氣的焓： I0=(1.01+1.88H0)t+2490H0(1.01+1.88×0.009)×20+2490×0.00943kJ/kg絕干通過(guò)預(yù)熱器后空氣的焓 I1=(1.01 +1.88×0.009)×50+2490 ×0.000973.756kJ/kg絕干焓變化H=I1-I0=30.756kJ/kg絕干空氣的密度 ρ=MP/RT= （29×10-3×101.33×103）/（8.314×293）-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________1.21kg/m31m3原濕空氣焓的變化為H=30.756×1.21/1.009=36.9kJ/kg濕氣2）等焓干燥I1=I2=73.756kJ/kg絕干假設(shè)從干燥器中出來(lái)的空氣濕度t=26.8℃，查得此時(shí)水蒸汽的飽和蒸汽壓PS=3.635kPaH2=0.622φPS/（P-фPS）0.622×0.8×3.635/(101.33-0.8×3.635)0.0184kJ/kg絕干由I2=73.756=（1.01+1.88H2）t2+2490H2試差假設(shè)成立∴H2=0.0184kJ/kg 絕干獲得水分量 ： H=H2-H0=0.0184-0.009=0.0094kJ/kg 絕干=0.0094×1.21/1.009=0.011kJ/kg 濕氣4.將t0=25℃，ф0=50％的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的 t2=50℃，ф2=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焓。解：（1）查得25℃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 H0=0.622φ0PS/（P-ф0PS）0.622×0.5×3.291/（101.33-0.5×3.291）0.01027kg水/kg絕干-可編輯修改-______________________________________________________________________________________________________________廢氣濕度 H2=0.622φ2PS/（P-ф2PS）0.622×0.8×12.34/（101.33-0.8×12.34）0.20142kg水/3kg絕干混合氣濕度 Hm=（0.01027+0.06714×3）/（1+3）=0.0529kg水/kg絕干混合氣溫度 tm=（25+50×3）/（1+3）=43.75℃∴混合氣焓：Im=（1.01+1.88Hm）tm+2490Hm=（1.01+1.88×0.0529）×43.75+2490×0.0529=180.26kJ/kg絕干（2）做圖發(fā)略5.干球溫度t0=26℃，濕球溫度tｗ0=23℃的新鮮空氣，預(yù)熱到 t1=95℃后送入連續(xù)逆流干燥器內(nèi)，離開(kāi)干燥器時(shí)溫度為 t2=85℃。濕物料初始狀況為：溫度θ1=25℃，含水量ω1=1.5％終了時(shí)狀態(tài)為：溫度θ2=34.5℃，ω=0.2％。每小時(shí)有9200kg濕物料加入2干燥器內(nèi)。絕干物料的比熱容CS=1.84kJ/(kg絕干·℃)。干燥器內(nèi)無(wú)輸送裝置，熱損失為580kJ/kg汽化的水分。試求：1）單位時(shí)間內(nèi)回的的產(chǎn)品質(zhì)量；2）寫(xiě)出干燥過(guò)程的操作線方程；3）在H-I圖上畫(huà)出操作線；4）單位時(shí)間內(nèi)消耗的新鮮空氣質(zhì)量。解：（1）G=G1（1-ω1）=9200×（1-0.0015）=9062kg/h-可編輯修改-________________________________________________