《化工原理学习指导》答案丁忠伟主编吸收蒸馏干燥计算题.docx

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1、化工原理学习指导丁忠伟主编吸取-蒸偏-枯燥答案气体吸取5-26.在25下，用Co浓度为0.Olkmol/m3和0.05kmolnv的Co水溶液分22别与CO分压为50.65kPa的混合气接触，操作条件下相平衡关系为P*=1.66X102A5X(kPa),试说明上述两种状况下的传质方向，并用气相分压差和液相摩尔浓度差分别表示两种状况下的传质推动力。M解：X=C0.01x18/1000=1.8x10-4APSP*=1.66XlOsX1.8X10-4=29.9(kPa)AP=50.65kPaP*所以传质方向为溶质由气相到液相(吸取过程)AA以气相分压差表示的传质推动力为bp=P-P*=50.65-2

2、9.9=20.8kPaAAA与Co分压为50.65kPa的气相呈相平衡的液相摩尔浓度2c=PCPA=1000x50.65:0.017kmolm3AME18x1.66x105S以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为c-c*-C-0.017-0.01=0.007kmolm3AAAMx=c-2-=0.0518/1000=9.0XlO-4PSP,=1.66X105X9.0X10-4=149.4(kPa)P=50.65kPa66 k a= 一k a = 266 x 0.026 = 0.0411 kmol(m3 s) 1 l 1=11= 32.02(m3 s)kmolk“ mk a 0.0411 5 0.02

3、6 y所以，阻力削减:KXa K a _ 46.15-32.02ITaX46.1530.6%5- 2 9.用清水在填料吸取塔中逆流吸取含有溶质A的气体混合物。进塔气体浓度为0.05（摩尔分率），在操作条件下相平衡关系为Y-5 X,试分别计算液气比为6、5和4时，出塔气体的极限浓度和液体出口浓度。解（1）p = 6 77?,当填料层高度为无穷时,操作线ab与平衡线交于塔顶。:.Y2.min=mX = 02由物料衡算:+Uy )L 1 2,miny其中y =_!_ =I -y10.0526X =160.05= 0.05261-0.05习题5-29附图=0.00881 = 5 = mf操作线ab与平

4、衡线重叠1 ； V.r=mX=0,2,min2.X=吧=Ooo51.maxm51.a(3)歹=4血,操作线。(与平衡线交于塔底。X=F1=00526=QtO1Q5l,maxm5由物料衡算：=Y-匕(X-X)=0.0526-40.0105=0.01062,minyl,max2.05-30.在填料塔中用清水吸取混合气体中的溶质，混合气中溶质的初始组成为05(摩尔分率)，操作液气比为3,在操作条件下，相平衡关系为Y-5X,通过计算比较逆流和并流吸取操作时溶质的最大吸取率。解：(1)逆流时V=-2j-=JH）吐=0.052611-y1-0.051在塔底达平衡Y0.0526X=I=0.01051m5-（

5、XV 10.05260.01050.0211max4 Y 4 0.0211 =1-2- = 1-= 60%Y 0.0526(2)并流时在塔底达平衡,y =5x1 1L（X -X ）=V（Y -Y）LA =V（Y -Y）max5二18 2Y21，X 0.0526 = 0.032981- 1 =T0.03291-=37.5%0.0526逆流时溶质吸取率高531.在10L3kPa、35的操作条件下，在吸取塔中用清水逆流吸取混合气中的溶化工原理学习指导答案丁忠伟主编吸取蒸僧枯燥计算题质A,欲将溶质A的浓度由0.02（摩尔分率，下同）降至0.001,该系统符合亨利定律，操作条件下的亨利系数为5.52x1

6、0kPa。假设操作时吸取剂用量为最小用量的1.2倍，(1)试计算操作液气比L/V及出塔液相组成X。1(2)其它条件不变，操作温度降为15,此时亨利系数为1.21OkPa,定量计算L/V及X如何变化。1解：(1)10L3kPa、35下E5.52X104m=-=545P101.30001 =0,0011-0.001Y=y1=002=0.02041Y=y211-y1-0.022i-y1(LY-Y0.0204-0.001.=12=518IyKTT00204-minIl-Am25451.1JLy_=1.2_=1.2518=622Vmin,x=xv(y.vk0三4-0.00112L12622(2)温度降为

7、15时E1.2x104m=一=118.5P101.3(LY-Y0.0204-0.001=12=112.7IF.uzu41.-Xm2118.51.1JL_=l.2_=l.2ll2.7=135.2V.min=1.4 10-4.x=X_y)_0.0204-0.00l12L12135.25-32.以下图为低浓度气体吸取的几种流程，气液平衡关系听从亨利定律，试在Y-X图上定性地画出与各个流程相对应的平衡线和操作线的位置，并用图中表示浓度的符号标明各操作线端点的坐标。25-33.用纯溶剂逆流吸取低浓度气体中的溶质，溶质的回收率用n表示，操作液气比为最小液气比的P倍。相平衡关系为YqlnX,试以n、P两个参

8、数表达传质单元数N。OC解：(LY-YY-YI_I=12=_j2.=研vJ.x*-xVP1L = PWV J .7mmm,n12ymS=巴Ji/阳1.Y-mXYI1 )LY-HlXY1-n2 22,I+jHUW2=3-三L1-_Lx0.785X0.3?。混合气体平均分子量：M=0.0517+0.9529=28.4kgkmol混合气体质量流速：。m=118.6228.4=3368.8kg(m2h)惰性组分摩尔流率：/=118.62x(1-0.05)=112.69kmol(m2h)又L(X-X)=【/(y-Y)1212-Y0.0526-4x10-4L=I71-=112.69=201.45kmol(

9、m2h)X-X0.029212。液体质量流速：=20I.4518=3626.1kg/(m2h)2Ka=0.0027加O35)36=0.0027X3368.8353626.1036=0.886kmol(m3hkPa)G/.Ka=Ka-P=89.75kmol(m3h)YGV112.6989.75=1.26zvY=HOGNOG=L26678=2L14m。所以,该塔不适宜。5-37.混合气中含0.1（摩尔分率，下同）COz，其余为空气，于20及2026kPa下在填料塔中用清水逆流吸取，使CO2的浓度降到0.5%。混合气的处理量为2240m3/h（标准状态下），溶液出口浓度为0.0006,亨利系数E为2

10、00MPa,液相总体积传质系数Ka为50mah,塔径为1.5m。试求每小时的用水量（kgh）及所需填料层的高度。解：y01X0.(MX)6-V=0.111,X=_|_=0.(XX)61 1-71-0.11I-Xl-0.0(X)60.5%.y=0.5%,Y=0.503%=5.03x10-321-0.5%1.Y-Y0.111-5.03x10-3_=I2=176.6KX1-X20.0006z224(l-.l)WK=0.785l.5222.4=50.96kmol(r112h)。L=176.650.96=8999.54kmol(m2h)液体流量1.=8999.54X0.7851.52=15895.4km

11、olh=15895.418=286117.2kgh=286.117th相平衡常数W=E200x13.987p2026Y0.111X=X一X=Il-X=-0.0006=5.247x10-4IlwI98.7,X=X*-X=LL-X=222m25.03x10-3=5.097X10-598.7Xm_()0006-()_295J24715,097xl01-三232nf5.24710-4/1I/5.097x10-5/OLAX2.032x10-4mP1000。又Ka=CKa=_s_Ka=50=2778kmol(msh)XLMLI8SQH_L_8999.54=3.24molKa2778.=HN=3.242.9

12、5=9.56mOLOL5-38.有一常压吸取塔,塔截面为0.5m2,填料层高为3m,用清水逆流吸取混合气中的丙酮（丙酮的分子量为58kgkmol丙酮含量为0.05（摩尔比,下同），混合气中惰性气体的流量为1120m3h（标准状态）。在液气比为3的条件下,出塔气体中丙酮含量为0.005,操作条件下的平衡关系为y*=2X0试求:（1） 出塔液中丙酮的质量分率；（2） 气相总体积传质系数Ka（kmolm3s）（3）假设填料塔填料层增高3m,其它操作条件不变,问此吸取塔的吸取率为多大？解:(1)LY-YY-Y=12=_|1VX-XX121X=K-K0.05-0,0051LIV MW=I IX M +C

13、-x)M 11I0.01558=0.0468580.015 + 0.98518(2) 7=1120/(22.4X3600X0.5)=0.0278cmo/mKS=nV(L/V)=23=0.667(Y-mX2)(Y2-mX2)=Y(Y2=O.05/0.005=10N=_J_ln(l-S)彳叫+S=Jln()33310+0.667=4.16ogY-mX().33322H=zN=3/4.16=0.72ImOGOGKa=VH=0.0278/0.72=0.0386kmol(m3s)YOG(3) z-33=6mS、Hg不变，FG=户=%.721=&32OG1YN”=ln(l-S)-L+SlOGi-sY2解得

14、：r,=o.oo1092/=0*(09 =。.8,n0.055-39.在逆流操作的填料吸取塔中，用清水吸取含氨0.05（摩尔比）的空气一氮混合气中的氨。混合气中空气的流量为2000m3h（标准状态），气体空塔气速为lms（标准状态）,操作条件下，平衡关系为V*=12X，气相总体积传质系数KQ=180kmom3,承受吸取剂Y用量为最小用量的1.5倍，要求吸取率为98%。试求：溶液出口浓度X;1（2）气相总传质单元高度H和气相总传质单元数NOGOG（3）假设吸取剂改为含氨0.0015（摩尔比）的水溶液,问能否到达吸取率98%的要求,为什么?解：Y =0.05V =0.05(1-0.98) = 0.

15、001(3)X =02Y -YY -Y= 1.5 1 . ?11 w0.05 /1.2X,=0.0278X=_L_-3-, 1 1+XY =Y -.X =0.05-1.2x0.0278 = 0.0166=0.001Y =ii = 0.0056m 1 0.0166In0.001nOGTHOG：0.05-().(X)1 =O. /50.00562023/22.4 o二= U.9w202318013600lL 0.05-0.001=1.76 w0.0278_= 0.02701 + 0.02780.0278.maxY-r0.05-1.20.00150.05-I_2_=96.4%不行能到达98%5-40

16、.在一充有25mm阶梯环的填料塔中，用清水吸取混合气体中的NH于吸取塔在20及101.3kPa(绝压)的条件下逆流操作，气液相平衡关系为Y*=0.752x。混合气流率为0.045kmolm2s,NH3入塔浓度为0.05(摩尔分率)，吸取率为99%,操作液气比为最小液气比的1.5倍，填料层高度为8.75m,试求:(1)气相总体积传质系数Km;(2)塔底截面处N4吸取的体积传质速率Ng解:(1)(-)V minY-YX-X12YNfI=zv=0.752x0.99=0.744士=1.5X0.744=1.116VS=勿=0.752=06741.IV1.116由N=1n(i-0.674)YlR2+S1-

17、0.674Y-mX22Y1由于X=0且-U=-2Yl-2N=_LI-S)_：.+SOGTs7工=1M(I-0.674)1+0.67411-0.6741-0.99=10.75IZ又因Z=HN=NOGOGKaocYKa=得YZoa=X10.75=0.0553比勿/3f8.752)Na(全塔衡算，总传质速率方程)Y-YJ落0.050.991.116=a=XXX11I得X1=0.0444,Na=KHy-y)AY11=0.0553(0.05-0.7520.0444)=9.19IOjkmOI/m3S5-41.在常压逆流连续操作的吸取塔中用清水吸取混合气中的A组分。混合气中惰性气体的流率为3Okrno1h,

18、入塔时A组分的浓度为0.08(摩尔比)，要求吸取率为87.5%,相平衡关系为Y=2X,设计液气比为最小液气比的1.43倍，气相总体积传质系数Kya=0.0186kmol/S,且KYaoCVD.8,取塔径为1m,试计算：(1)所需填料层高度为多少？(2)设计成的吸取塔用于实际操作时，承受10%吸取液再循环流程，即Lr=0.1L,颖吸取剂用量及其它入塔条件不变，问吸取率为多少？解：(1)303600 0.78512=0.0106kmol(m2 s)0.01060.0186=0.57m= 20.875 = 1.75= 1.431.75 = 2.50(L . J L j = L43j W Wmin。,

19、V=HN=0.574.38=2.50mOGOG。(2)吸取液再循环此时吸取剂入口浓度：X”=f+LPX；JlXJ=1义”2L+L1.1HIR一P。由于K408,V不变,所以Ka不变，即H=不变YVKaY。N=工不变OGH.此时一竺=上=艺=0.727U1.1L1.11 ()y-mX,1N=ln1-S,-J1Uog1-WI11711(70.08-X”.4.38=-0.727)TT1+().7271-0.727,nl1Y 0.08- X 0“9.437 = 2 11 19.437Y-1.534X = 0.082I(1)。由物料衡算：Xl2111|()()LX-X=VY-YVX =X +_ 12 L

20、8X” = 0.032-0.4 y”I2I2。将式(2)代入式(1),解之：X=0.0269，F,=0.012812口00%讣吧=84%().085-42.含苯1.96%（体积）的煤气用平均摩尔质量为260kgkmo1的洗油在一填料塔中逆流吸取，以回收其中95%的苯，煤气流率为120Okmol/h,塔顶进入的洗油中含苯0.5%（摩尔分率），洗油用量为最小用量的1.3倍，吸取塔在101.3kPa.27下操作，此时平衡关系为Y=0.125X。从吸取塔塔底引出的富油经加热后送入解吸塔顶，塔底通入水蒸汽，使苯从洗油中解吸出来，脱苯后的洗油冷却后送回吸取塔塔顶。水蒸气用量为最小用量的1.2倍，解吸塔在1

21、01.3kPa、12（TC下操作，气液平衡关系为Y*=3.16Xo求洗油的循环用量和水蒸汽用量（kg/h）。（1）吸取塔吸收塔脱吸塔0.0196= 0.02, X10.01962r=tXo.95,o2=o.oo1X 0.005_2_ = 0.0051 - 21-0.0050.02 - 0.001L00%,1250005= 0.123.M=L3H=1.30.123=0.159Mmin洗油用量：1.=0.15=0.1591200=191.28kmolh=191.28260=49732.8kgh吸取剂(洗油)出塔浓度X=X+(-)=0.005+1(0.02-0.001)=0.1241 2L120.1

22、59(2)解吸塔/V)X-XX-X0.124-0.005o4ITlyTd777-F3.16乂0.124-07min1212。水蒸汽用量:v=0.364L=0.364191.28=69.70kmolh=69,7018=1254.6kgh5-43.用一填料层高度为3m的吸取塔，从含氨6%(体积分率)的空气中回收99%的氨。混合气体的质量流率为620kg/m2h,吸取剂为清水，其质量流率为900kgD2h在操作压力101.3kPa,温度20下，相平衡关系为Y=0.9X。体积传质系数ka与气相质量流率的0.7次方成正比。吸取过程为气膜掌握，气液逆流C流淌。试计算当操作条件分别做以下转变时，填料层高度应

23、如何转变才能保持原来的吸取率：(D操作压力增大一倍;(2)液体流率增大一倍；(3)气体流率增大一倍。解：原工况：y0.06.Y=-1=0.063811-y1-0.061Y=(IF)y=0.010.0638=6.38x10-421=50kmol(m2h)。混合气体平均分子量:。M=0.0617+0.9429=2828kg/kmol二鼠(106)=2061kmW(mzh)S=mV_0.920.611500.371=!1(1-0.371)x100+0.37111-0.371=6.594H=W=0=0.455m一ogN6.594(1)压力增大一倍由于ccDoc-l,而Kaka-k,abCVJG。所以压

24、力增大一倍，K不变，H不变YOGp1而z=加=一X0.9=0.45,/2$=0.1861.21()丫-mX1匚”力gln(l-0.186)xl00+0.18611-0.186=5.405.V=HN=0.455X5.405=2.46mOGOG(2)液体流率增大一倍W=IS=().186,N，=5.4052OG气膜掌握,K不变，H不变YOG。二”=HN=0.4555.405=2.46mOGOG-(3)气体流率增大一倍.r=25=0.7421.N=InRl-0.742)10O+0.7421=12.708OG1-0.742.KakaiVGGKa=PKaocIo.7YGVH=OCPo3OGKa.AH,=

25、HOG0.4552o,3=0.56ma.Z=HN=O.5612.7O8=7.12mOGOG5-44.在填料层高度为4m的常压填料塔中，用清水吸取混合气中的可溶组分。已测得如下数据：混合气可溶组分入塔组成为0.02,排出吸取液的浓度为0.008(以上均为摩尔比)，吸取率为0.8,并此吸取过程为气膜掌握，气液平衡关系为Y=1.5Xo(1)计算该塔的H和N;OGOG(2)操作液气比为最小液气比的倍数；(3)假设法定的气体排放浓度必需0.002,可实行哪些可行的措施？并任选其中之一进展计算，求出需转变参数的具体数值;(4)定性画出改动前后的平衡线和操作线。解：-ln/0.003zY1-Y.0.05-0

26、.012i.N八公=-1*-=4.073OGFAy0.(X)982mr。;气膜掌握，V不变，Ka不变,所以H不变YOGz.=l4.073=4.073m卜Z=Z上+z下=1.667+4.073=5.74m。(2)当两股吸取剂混合进料时0014+0004=0,009出口：,=_(y-Y)+,=1(0.05-()1X)5)+0.(X)9=0.054IEl222x0.5V=Y-mX=0.005-0.50.009=0.0005222Y023-0.0005_nnn.QQm=0.00588/0.00057M工一工0.05-0.005,N=-1j=*=7.653OGAY0.00588mY=HN=7.653mO

27、GOG(3)见图。由此可见，吸取剂混合后进塔,操作线靠近平衡线,传质推动力下降，故所需填料层高度较高。不同浓度的两股吸取剂之间混合与分别的目的是背道而驰的，混合过程降低了吸取过程的推动力，对吸取分别是不利的,增加吸取塔高。5-46.逆流吸取一解吸系统，两塔的填料层高度一样。吸取塔入塔的气体组成为0.0196,要求回收率为95%,入塔液体组成为0.006(均为摩尔分率)。操作条件下吸取系统的气液平衡关系为Y-O.125X,液气比为最小液气比的1.4倍，气相总传质单元高度为05m;解吸系统用过热蒸汽吹脱吸取液中的溶质，其气液平衡关系为Y,=2.5X,汽液比为0.4,试求:(1)吸取塔出塔液体组成；

28、(2)吸取塔的填料层高度；(3)解吸塔的气相总传质单元高度;(4)欲将吸取塔的回收率提高到96%,应实行哪些措施？(定性分析)解:。0.0196I(JI)1-,0196=0.02 , X2)X 0.0062 = 0.006 1-X21-0.006Y = l-n y= 1-0.95 0.02 = 0.001(L Y -Y 0.02 - 0.001-=I ?=刖=Q1234Xf0.0060.1251=1.4LI=1.40.1234=0.1728WWmiP)()由全塔物料衡算：L(X-X=1/丫-丫1212X=X-Y)=0.006+!(0.02-0.0()1)=0.1161 2L120.1728o(2)计算ZY=Y-mX=0.001-0.1250.006=0.0003222AY=Y-mX=0.02-0.125X0.116=0.0055111Y=牛头=舞婚嘤吟3mM/InhoOrIrj.0003Y-Y0.02-0.001N=12=10.63OGAy1.788x10-3填料层高度：=H。(3)解吸塔物料衡算:L(XN=0.510.63=5.31mOGOG-X)=p(一)=yu+(x-X)=1(Q.116-0.006)=0.27512v,120.4Y=X-Y=2.50.006=0.015222。AY=，X-Y=2