化工原理第6章课后习题答案

第五章习题解答1）1）总压100，温度25℃的空气与水长时间接触，水中的的浓度为多少？分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。空气中的体积百分率为0.79。解：将空气看作理想气体：y=0.79p*=yp=79kPa查表得E=8.76×510kPa610/*EpxH=)./(10342.6)181076.8/(1000)/(65mkNkmoLEMSC=p*.H=79×6.342×10-5=5.01×10-4kmol/m32）2）已知常压、25℃下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为大气压，溶质A的分压为0.54大气压的混合气体分别与三种溶液接触：①溶质A浓度为的水溶液；②溶质A浓度为的水溶液；③溶质A浓度为的水溶液。试求上述三种情况下溶质A在二相间的转移方向。解：E=0.15×104atm，p=0.054atm，P=1atm，y=p/P=0.054①mEP015104.x135002110183610..∴ymx110054*.∴yyy10*∴平衡②x2350001110181810..∴ymx220027*.∴yyy20*∴气相转移至液相③x3350003110185410..∴ymx330081*.∴yyy30*∴液相转移至气相④P=3atmy=0.054E=0.15×104atm∴m=E/P=0.05×104x4=x3=5.4×10-5∴ymx440027*.∴yyy40*∴气相转移至液相3）3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气～硫化氢混合气中的硫化氢。总压为1大气压。已知塔底气相中含1.5%（摩尔分率），水中含的浓度为（摩尔分率）。试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动力。解：查表得（50C）E1=3.19×104kpam1=E1/P=315p*1=Ex=0.319KPa5724.0108.110556222222222225422224205111111111.111063.6/*0040.0*011.033.101/1106.1/**1106.1108.11017.6*609/,1017.6301096.2/*0093.0*015.00057.033.101/5742.0/**xmyxxxyyyPpykpaxEppEmKPaECxmyxxxyyyyPpy液相推动力：气相推动力：）：查表得（液相推动力：气相推动力：4）4）总压为100，温度为15℃时的亨利系数E为。试计算：①H、m的值（对稀水溶液密度为）；②若空气中的分压为50，试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表示。345535/lk023.02196501010.41022.150)21220100/1022.1//.2196)10/(181022.1/1mmoCCHCpxxExpPEmKmoLmkNEMsHg）解：5）5）在总压为100、水温为30℃鼓泡吸收器中，通入纯，经充分接触后测得水中的平衡溶解度为溶液，溶液的密度可近似取为，试求亨利系数。解：p*=100KPaHCp*..28571010028571024(mol/L)/kPaEHMs1028571018194510345..kPa6）6）组分A通过另一停滞组分B进行扩散，若总压为，扩散两端组分A的分压分别为23.2和6.5。实验测得的传质系数为。若在相同的操作条件和组分浓度下，组分A和B进行等分子扩散，试分别求传质系数和传质速率。解：pA1=23.2KPapA2=6.5KPapB1=P－pA1=78.1KPapB2=94.8KPakDRTPpDRTPppppmolmsPaGBmBBBB12215214110ln./()∴DRTmolmsPa121052./()∴kDRTmolmsPaG121052./()∴)/(100.22421smkmolppkNAAGA7）7）已知：柏油路面积水，水温20℃，空气总压100，空气中水汽分压1.5，设路面积水上方始终有厚的静止空气层。问柏油路面积水吹干需多长时间？解：该过程可看作一组分通过另一停滞组分的扩散过程查表得200C时水的饱和蒸汽压为P=1.5kPa依题意1Ap=2.3346kPa2Ap=1.5kPa)/()(/10248.020/1022.0008.98)/(/)(5.985.11006654.973346.210021240240212121PBmAAABBBBBmBBRTZppDpNsmDCsmDCkPappLnpppkPapkPap水的扩散系数水的扩散系数由表得：)/(1046.3)08.981025.0293314.8/()5.12346.2(10010248.02534smKmoL以为扩散为稳定扩散，所以sNMhMhNAAAA35310808.4)1046.318/(1031000)/()/(8）8）试分别计算0℃及101.3下、在空气中的扩散系数，并与实验值进行比较分析。解：(1)A：CO2，B：空气，MA=44，MB=29VB=29.9，VA=34.0，P=101.3KPa，t=273.2KDTMMPVVmsABAB4361011115510515121313252...(2)A：SO2，B：空气，MA=64，MB=29VB=29.9，VA=44.8，P=101.3KPa，t=273.2KDTMMPVVmsABAB4361011982210515121313262...9）9）试计算在35℃水中的扩散系数，并与实验值进行比较分析。解：A：HCl，B：H2O，MB=18，α=2.6VA=3.7+21.6=25.3，T=308.2K，μ=0.7225cpDMTVcmsBA7410311108050652....10）10）某传质过程的总压为300，吸收过程传质系数分别为、，气液相平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为，试求：①吸收过程传质总系数和；②液相中的传质阻力为气相的多少倍。解：10.(1)E=10.67×103kPa，P=300kPa，mEP3557.111107355722Kkmkyyx..∴Ky=0.391911113557107122Kmkkxyx..∴Kx=13.94(2)mkkkmkxyxy111173.11）在填料塔内以水吸收空气～氨混合气中的氨。已知：总压P为1大气压，温度t为20℃，亨利系数E为，气相体积传质分系数为，液相体积传质分系数为。气相中含氨5.4%（体积），液相中含氨0.062（摩尔分率），液相可按稀溶液处理。试求气、液界面处平衡的浓度以及气相传质阻力占总阻力的分率。解：m=E/P=76.6/101.33=0.756∴y=0.054x=0.062c=1000/18=55.56kmoL/m3)/(323.056.551082.5)/(0431.01025.433.1013334smkmoLkCksmkmoLkpkLmxmamym)062.0(323.0)054.0(1031.4756.0)()(1121121111xyxyxxkyykmxyxmym在界面处：得：0629.01x0475.01y54.25323.0/756.00431.0/1//1/1xmymymkmkk气相阻力占总阻力分率为：008.90)54.250431.0/(112)若某组分在气相中的摩尔分率保持不变，将其总压增大一倍，但其质量流速不变，试分析和的变化情况？解：1212lnBBBBBmgppppRTDPpPRTDkDP1∵P↑,DP不变，(pB2－pB1)’=2(pB2－pB1)∴kkgg12∵ky=Pkg∴kkyyNA=ky(y1－y2)∴NNAA13)用填料塔进行逆流吸收操作，在操作条件下，气相、液相传质系数分别为和。试分别计算相平衡常数为0.1和100时，吸收传质过程的传质阻力分配情况。若气相传质分系数，当气相流量G增加一倍时，试分别计算上述两种情况下总传质系数增大的倍数。解：①ky=0.013kmol/(m2s)，kx=0.026kmol/(m2s)m=0.1时，17692ky.,ｍkx3846.%76.41:%24.959524.01:101238.0769.8011yxyyyxyyKkmKkKkmkKm=100时，769.01ymk,462.381xk%96.11:1%04.989804.01:102549.0231.39111xyxxyyxxKmkKkKmkkK②G′=2G，ky′=20.8ky=0.02263m=0.1时，784.1'02082.0'027.4811''yyyxyyKKKkmkKm=100时，008.1'0257.0'904.38111''xxxyxxKKKmkkK14)对低浓度气体吸收，当平衡关系为直线时，试证明：式中分别为塔底与塔顶两端面上的气相吸收推动力。证明：mOGyyyN/)(21)/1/()/()]/()(1/[)/()]()/[()/)((2121212122212121LmGyyLnyyxxmyyLnmxymxyyyLnyy15）用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为，实际液气比为最小液气比的倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以两个参数列出计算的计算式。解：令进塔气体浓度为y1，则出塔气体浓度为0)1(212xyy)1/()]1(/)1[()]1(/[)1(/)1(0/)/1/()/(//)]1([()/()(//)()/(/2112211111211111121211*21minLnNyyyyyyymxyyLmGyyLnNmyxxyymxxyyGLmxyyGLGLOGOG又由上题证明的结果：16）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中的，气相流量为（标准状况），进塔气体中含6.0%（体积），要求条件下的平衡关系，操作液气比为最小液气比的1.6倍。试求：⑴吸收剂用量和出塔液体组成；⑵写出操作线方程；⑶气相总传质单元数。解：x2=0，y1=0.06，y2=0.06(1－0.95)=0.003V=300m3/h=12.27kmol/h，nPVRT,m=1200LVyyyxyyymmin*1212121LVLVyyym1616121..min∴L=22380.48kmol/hV(y1－y2)=L(x1－x2)=Lx1∴x1=3.125×10-5(2)yLVxyLVxLVxyx22218240003.(3)(3)ALmV152.NAAymxymxAoG1111111222lnVy2Lx2Vy1Lx111111158912AAyyAln.17）试按吸收因数法推导出以液相浓度差为推动力的吸收过程传质单元数计算式：1212]/)(//[(/)(//)(/)/(1111*11*xxOGxxOLxGmxxLmydxNGxxLmyxGxxLmyyxxdxN证明：)/1/(]}/)/())(/1[({