化工原理習(xí)題指導(dǎo),下冊,大題詳細(xì)解答

本文格式為Word版，下載可任意編輯——化工原理習(xí)題指導(dǎo),下冊,大題詳細(xì)解答化學(xué)工業(yè)出版社-化工原理習(xí)題指導(dǎo)大題細(xì)致解答5-26.在25℃下，用CO2濃度為0.01kmol/m3和0.05kmol/m3的CO2水溶液分別與CO2分壓為50.65kPa的混合氣接觸，操作條件下相平衡關(guān)系為pA*=1.66×105x(kPa),試說明上述兩種處境下的傳質(zhì)方向，并用氣相分壓差和液相摩爾濃度差分別表示兩種處境下的傳質(zhì)推動力。

解：

pA*=1.66×105×1.8×10-4=29.9(kPa)pA=50.65kPa>pA*所以傳質(zhì)方向為溶質(zhì)由氣相到液相（吸收過程）以氣相分壓差表示的傳質(zhì)推動力為與CO2分壓為50.65kPa的氣相呈相平衡的液相摩爾濃度以液相摩爾濃度差表示的傳質(zhì)推動力為P’A*=1.66×105×9.0×10-4=149.4(kPa)pA=50.65kPa<pA*所以傳質(zhì)方向為溶質(zhì)由液相到氣相（解吸過程）以氣相分壓差表示的傳質(zhì)推動力為以液相摩爾濃度差表示的傳質(zhì)推動力為5-27.在一填料塔內(nèi)用清水逆流吸收某二元混合氣體中的溶質(zhì)A。已知進(jìn)塔氣體中溶質(zhì)的濃度為0.03（摩爾比，下同），出塔液體濃度為0.0003，總壓為101kPa，溫度為40℃，問:（1）壓力不變，溫度降為20℃時，塔底推動力（Y-Y*）變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?？?）溫度不變，壓力達(dá)成202kPa，塔底推動力（Y-Y*）變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?？已知：總壓?01kPa，溫度為40℃時，物系氣液相平衡關(guān)系為Y*=50X?？倝簽?01kPa，溫度為20℃時，物系氣液相平衡關(guān)系為Y*=20X。

解：

總壓為101kPa，溫度為40℃時所以（1）壓力不變，溫度降為20°C時所以(2)壓力達(dá)成202kPa，溫度為40°C所以5-28.在一填料塔中舉行吸收操作，原操作條件下，kYa=kXa=0.026kmol/m3.s，已知液相體積傳質(zhì)系數(shù)kXaμL0.66。試分別對m=0.1及m=5.0兩種處境，計算當(dāng)液體流量增加一倍時，總傳質(zhì)阻力裁減的百分?jǐn)?shù)。

解：

(1)時時所以，阻力裁減：

(2)時時所以，阻力裁減：

5-29.用清水在填料吸收塔中逆流吸收含有溶質(zhì)A的氣體混合物。進(jìn)塔氣體濃度為0.05（摩爾分率），在操作條件下相平衡關(guān)系為Y*=5X，試分別計算液氣比為6、5和4時，出塔氣體的極限濃度和液體出口濃度。

解(1)，當(dāng)填料層高度為無窮時，操作線ab與平衡線交于塔頂。

XbY*=5XYY1aab習(xí)題5-29附圖由物料衡算：

其中(2)，操作線ab與平衡線重疊，(3)，操作線a’b’與平衡線交于塔底。

由物料衡算：

5-30.在填料塔中用清水吸收混合氣體中的溶質(zhì)，混合氣中溶質(zhì)的初始組成為0.05（摩爾分率），操作液氣比為3，在操作條件下，相平衡關(guān)系為Y*=5X，通過計算對比逆流和并流吸收操作時溶質(zhì)的最大吸收率。

解：(1)逆流時在塔底達(dá)平衡(2)并流時在塔底達(dá)平衡，逆流時溶質(zhì)吸收率高5-31.在101.3kPa、35℃的操作條件下，在吸收塔中用清水逆流吸收混合氣中的溶質(zhì)A，欲將溶質(zhì)A的濃度由0.02（摩爾分率，下同）降至0.001，該系統(tǒng)符合亨利定律，操作條件下的亨利系數(shù)為5.52′104kPa。若操作時吸收劑用量為最小用量的1.2倍，（1）試計算操作液氣比L/V及出塔液相組成X1。

（2）其它條件不變，操作溫度降為15℃，此時亨利系數(shù)為1.2′104kPa，定量計算L/V及X1如何變化。

解：

(1)101.3kPa、35℃下，(2)溫度降為15°C時5-12X2X11X12Y1Y3Y2（2）X212X3X1Y1Y3Y2（1）32.下圖為低濃度氣體吸收的幾種流程，氣液平衡關(guān)系按照亨利定律，試在Y-X圖上定性地畫出與各個流程相對應(yīng)的平衡線和操作線的位置，并用圖中表示濃度的符號標(biāo)明各操作線端點(diǎn)的坐標(biāo)。

X1X2上下下下下下Y1X3（4）Y212X2X3X1Y1Y21Y22（3）（習(xí)題5-32附圖）YY1bbY3Y2X2X3X1X(2)(1)E（1）（2）(2)YY1Y3Y2X2X12X11XE(1)（3）(2)(1)YY1Y211Y22X2XX1X3E（4）YY1Y2X1X2X3XE上下5-33.用純?nèi)軇┠媪魑盏蜐舛葰怏w中的溶質(zhì)，溶質(zhì)的回收率用h表示，操作液氣比為最小液氣比的b倍。相平衡關(guān)系為Y*=mX，試以h、b兩個參數(shù)表達(dá)傳質(zhì)單元數(shù)NOG。

解：

5-34.在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收某低濃度氣體混合物中的可溶組分。操作條件下，該系統(tǒng)的平衡線與操作線為平行的兩條直線。已知?dú)怏w混合物中惰性組分的摩爾流率為90kmol/m2.h，要求回收率達(dá)成90%，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa為0.02kmol/m3.s，求填料層高度。

解：

推動力四處相等。

5-35.直徑為800mm的填料吸收塔內(nèi)裝6m高的填料，每小時處理2000m3（25℃，101.3kPa）的混合氣，混合氣中含丙酮5%，塔頂出口氣體中含丙酮0.263%（均為摩爾分率）。以清水為吸收劑，每千克塔底出口溶液中含丙酮61.2g。在操作條件下的平衡關(guān)系為Y*=2.0X，試根據(jù)以上測得的數(shù)據(jù)計算氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa。

解：

，，，而5-36.體積流量為200m3/h（18℃、101.3kPa）的空氣-氨混合物，用清水逆流吸收其中的氨，欲使氨含量由5%下降到0.04%（均為體積百分?jǐn)?shù)）。出塔氨水組成為其最大組成的80%。今有一填料塔，塔徑為0.3m，填料層高5m，操作條件下的相平衡關(guān)系為Y*=1.44X，問該塔是否合用？KGa可用下式計算：

KGa=0.0027m0.35W0.36kmol/（m3.h.kPa）m氣體質(zhì)量流速，kg/（m2.h）；

W液體質(zhì)量流速，kg/（m2.h）。

解：

，，，混合氣體摩爾流率：

混合氣體平均分子量：

混合氣體質(zhì)量流速：

惰性組分摩爾流率：

又液體質(zhì)量流速：

所以，該塔不適合。

5-37.混合氣中含0.1（摩爾分率，下同）CO2，其余為空氣，于20℃及2026kPa下在填料塔中用清水逆流吸收，使CO2的濃度降到0.5%。已知混合氣的處理量為2240m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），溶液出口濃度為0.0006，亨利系數(shù)E為200MPa，液相總體積傳質(zhì)系數(shù)KLa為50m3/h，塔徑為1.5m。試求每小時的用水量(kg/h)及所需填料層的高度。

解：

，，而液體流量相平衡常數(shù)又5-38.有一常壓吸收塔，塔截面為0.5m2,填料層高為3m，用清水逆流吸收混合氣中的丙酮（丙酮的分子量為58kg/kmol）。丙酮含量為0.05（摩爾比，下同），混合氣中惰性氣體的流量為1120m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))。已知在液氣比為3的條件下，出塔氣體中丙酮含量為0.005，操作條件下的平衡關(guān)系為Y*=2X。試求：

（1）出塔液中丙酮的質(zhì)量分率；

（2）氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa(kmol/m3·s)（3）若填料塔填料層增高3m,其它操作條件不變，問此吸收塔的吸收率為多大？解：

（1）（2）S=m/(L/V)=2/3=0.667(Y1-mX2)/(Y2-mX2)=Y1/Y2=0.05/0.005=10kmol/(m3·s)（3）z’=3+3=6mS、HOG不變,解得：

=0.001095-39．在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收含氨0.05（摩爾比）的空氣—氨混合氣中的氨。已知混合氣中空氣的流量為2000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），氣體空塔氣速為1m/s（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），操作條件下，平衡關(guān)系為，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)，采用吸收劑用量為最小用量的1.5倍，要求吸收率為98%。試求：

（1）溶液出口濃度；

（2）氣相總傳質(zhì)單元高度和氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；

（3）若吸收劑改為含氨0.0015（摩爾比）的水溶液，問能否達(dá)成吸收率98%的要求，為什么？解：（1），（2）（3）不成能達(dá)成98%5-40.在一充有25mm階梯環(huán)的填料塔中，用清水吸收混合氣體中的NH3。吸收塔在20℃及101.3kPa（絕壓）的條件下逆流操作，氣液相平衡關(guān)系為。已知混合氣流率為0.045kmol/m2·s,NH3入塔濃度為0.05（摩爾分率），吸收率為99%，操作液氣比為最小液氣比的1.5倍，填料層高度為8.75m，試求：

（1）氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)；

（2）塔底截面處NH3吸收的體積傳質(zhì)速率。

解：

（1）=1.5×0.744=1.116由由于X2=0且又因得2）NAa(全塔衡算，總傳質(zhì)速率方程)由得X1=0.0444，=0.0553(0.05-0.752×0.0444)=9.19×10-4kmol/m3·s5-41.在常壓逆流連續(xù)操作的吸收塔中用清水吸收混合氣中的A組分。混合氣中惰性氣體的流率為30kmol/h，入塔時A組分的濃度為0.08（摩爾比），要求吸收率為87.5%，相平衡關(guān)系為Y*=2X，設(shè)計液氣比為最