化工原理习题答案(第七章)

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：13kPam0.59kmolH,0.943m）解：3mkmol582.01000101171c，31mPamol59.09866.0582.0PecH，0099.03.1011007604.7ey，0105.018100171171x，943.00105.00099.0xyme。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：kPa3.213.10121.0Pe，6661042.610313.33.2110313.3Pex，36mg4.11100018321042.6c。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13kmolkmol012.0NH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00402.02ΔY，底034.01ΔY）解：064.006.0106.01111yyY，0402.0004.01004.01222yyY，塔底：03024.0012.052.252.2XYe，塔顶：0052.252.2XYe，塔顶气相推动力00402.02Y，塔底气相推动力034.003024.0064.01,11eYYY。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13kPam2kmolH,传质系数112kPahm0.056kmolGk，3-112mkmolhm0.075kmolLk。求总传质系数GK以及气相阻力在总阻力中所占的分数。（答：11-2kPahm0.0408kmolGK,73.0）解：112kPahmkmol0408.0075.021056.011111LGGHKKK，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7.55.02.51.51.00.50.20.1气相2SO平衡分压kPa/91.760.328.816.710.54.81.570.63(答：00206.0,hkg3012011xL)解：099.009.0109.01111yyY，00495.0099.0)95.01()1(12YY，1hkmol6.36)09.01(3032734.221000V，进吸收塔2SO的分压kPa12.909.03.1013.1011yP，由平衡关系内插得溶液平衡浓度为OH100kgkgSO2877.02-1，换算为摩尔比3,11047.218/10064/877.0ex，1.3800247.000495.0099.0,121minexYYVL，69.451.382.12.1minVLVL，11minminhkg25100hmol5.13941.386.36VLVL，1minhkg30120251002.12.1LL，121xYYVL32111006.269.4500495.0099.0VLYYx。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13smkmol015.0aKY。入塔气体的摩尔流量为12smkmol015.0。求填料层高度。（答：m12Z）解：02.01y，0002.0)99.01(02.02y，0002.02x，357.00002.036.002.00002.002.021,2121,21minxxyyXXYYVLee，536.0357.05.15.1minVLVL，0371.00002.0)0002.002.0(536.01)(2211xyyLVx，672.0536.036.01LmVA，]1))(11ln[(1112221AmxymxyAANOG12]672.0)0002.036.00002.00002.036.002.0)(672.01ln[(672.011m1015.0015.0yaOGKVH，m12112OGOGNHH。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）。下列情况所用的气、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。试比较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。作了上述比较之后，你对塔高与回收率的关系能获得什么概念？（答：（1）m1Z；（2）m25.2Z；（3）m25.2Z）解：⑴01.01y，00101.01.001.099.01.001.02y，1000101.001.02221mxymxy，01LmVA，查图得：2OGN，m125.0OGOGNHZ；⑵01.01y，0001.001.001.02y，1000001.001.021yy，查图得：5.4OGN，m25.25.45.0OGOGNHZ；⑶05.01y，000505.001.005.099.001.005.02y，99000505.005.021yy，查图得：5.4OGN，m25.25.45.0OGOGNHZ。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。已知处理气量为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%98，12hmkmol5.0Yk，塔内填料的比表面积为32mm200a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;hkg11501OGHDLm1.6;89.8ZNOG)解：⑴07.04.22/132/1010031y，0753.007.0107.01Y，312105.1)98.01(0753.0)1(YY，0439.015.10753.067.067.0%671*11mYXX，02X，11hkmol38298273)07.01(4.22100025273273)1(4.221000yV，68.100439.0105.10753.032121XXYYVL，131hkg1015.1hkmol8.633868.168.1VL；⑵13sm36001000sV，1sm5.0u，m84.05.014.33600100044uVDs；⑶m686.084.042005.0382aKVHYOG；⑷用解析法：]))(1ln[(112221LVmmXYmXYLVmLVmNOG89.8]68.115.1)01015.100753.0)(68.115.11ln[(68.115.1113；⑸m1.689.8686.0OGOGNHZ。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）若将填料层加高m3，又可以多回收多少千克丙酮？（答：1113hkg56.6,hkg225,hmkmol8.176aKY）解：塔截面积222m61.088.044dS，惰性气体量1hkmol7.77)05.01(2982734.222000V，526.005.0105.01Y，00263.000263.0100263.02Y，02x，0198.018/8.93858/2.6158/2.611x，0396.00198.021,ey，0412.00396.010396.01,eY，0114.00412.00526.01Y，00263.0000263.02Y，006.000263.00114.0ln00263.00114.0ln2121YYYYYm，1321hmkmol8.176006.0661.0)00263.00526.0(7.77)(mmAYaYZYYVYZNK；丙酮回收量：1hkg22508.58)00263.005.0(2982734.222000m，OGOGNHZ，72.061.08.1767.77YaOGKVH，33.872.06OGOGHZN，418.000263.005.00198.02121yyxxLV，836.0418.02LmV，增加填料层高度后，传质单元数变为5.1272.09OGOGHZN，当5.12OGN，836.0LmV时，从图上读得：4021yy，回收率：975.0025.01112121yyyyy，原回收率：9474.005.000263.005.0121yyy，可多回收丙酮量：1hkg56.608.589474.0975.005.02982734.222000m。