南工大化工原理第五章习题解答

第五章习 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 解答1)总压100血,温度25°C的空气与水长时间接触，水中的昭的浓度为多少?分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。空气中M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=8.76X10'kPax=p^/E=IO-6H=/?/(5W)=1000/(8.76xlO5x18)=6.342xW~6C=p*.H=79x6.342xl0-5=5.01xl0-4kmol/m32)已知常压、25C下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为0.15X104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0.002卿引胚的水溶液；②溶质A浓度为0.001^Z/Z的水溶液；③溶质A浓度为0003^/Z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=0.15X104atm,p=0.054atm,P=1atm,y=p/P=0.054m=-=Q15xl04①Fy；二m牝=0-027...囱二y_y；I・•.气相转移至液相③...y；=垃衍二0.031...囱=y_y；Y0.•.液相转移至气相④P=3atmy=0.054E=0.15X104atm.•・m=E/P=0.05X104X4=X3=5.4X10-5...y；二皿百=0.027...令二y—y；A0・•.气相转移至液相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。已知塔底气相中含日2^1.5%（摩尔分率），水中含日护的浓度为l.SxlO-5（摩尔分率）。试求塔底温度分别为5°C及3O°C时的吸收过程推动力。解：查表得（5oC）El=3.19X104kpam=E/P=31511p*=Ex=0.319xlO5x1.8x10"5=0.572AKPa1y\=p\/^=0.5742/101.33=0.0057Z1=0.015气相推动力：=yi-y\=0.0093液相推动力：=x\-x1=y1/m-x1=2.96查表得C30°C）:毘二&\7xW4KPa,m2=E2!p=609p\=E2x=6.17xl04xl.SxW5=1.1106切总尹笃/^=1.1106/101.33=0.011气相推动力：=y2-y\=0.0040液相推动力：Ax2=x\-x2=yj%~x2=&E3X10"64）总压为100肪住,温度为15C时的亨利系数E为1.22xlO5.tPa。试计算:①H、m的值（对稀水溶液密度为I。。。畑）；②若空气中匚厲的分压为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。J=^d=(n?述珀)解：1)H=EMJPg=1.22xl05xlS/(103)=2196^^/^oZ=^/P=1.22x105/100=12202)7?=Ex50=1.22x105xx=4.10xl0^p=HC50=2196CC=0.023k^ol/^35）在总压为100七只?、水温为30°C鼓泡吸收器中，通入纯CQ,经充分接触后测得水中的平衡溶解度为2857Xl0_2那虫胚溶液，溶液的密度可近似取为1000咤加？，试求亨利系数。解：p*=100KPa2S57X10-2=2.857x10-(mol/L)/kPa103E_HMC2.857x10^x!8=1.945xlO5kPa6）组分A通过另一停滞组分B进行扩散，若总压为101•隔,扩散两端组分A的分压分别为23.2七和6.5疋。实验测得的传质系数録为1.41x10-5^/[^2-^^Jo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，试分别求传质系数心和传质速率眄。解：pA1=23.2KPapA2=6.5KPapBi=P-pAi=78.1KPapB2=94.8KPa.Na=-pA2）=2.0x10_4-s）••7）已知：柏油路面积水孑然険，水温20°C，空气总压100好&，空气中水汽分压1.5烈花，设路面积水上方始终有025咖厚的静止空气层。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依题意戸血=2.3346kPa戸心=1.5kPap£1=100-2.3346=97.6654^p£2=100-1.5=^.5kPaF驗=〔％一％劭）=98.08^由表得：水的扩散系数D=0.22x10-4^2/s20叱水的扩散系数D=0.248x10-4^2/s“卫=Pp^-Pal~戸心）KRTZ=0.248x10^x100x(2.2346-1.5)/(8.314x293x0.25xW3x98.08)二3A6xW~5KmoLKm2•s)以为扩散为稳定扩散，所以NA=ph^MA8)...8=ph^MANA)1000x3xl0_3/(18x3.46xl0_5)=4.808xl03s8）试分别计算OC及101.3下、EQ在空气中的扩散系数，并与实验值进行比较分析。解：(1)A：CO，B：空气，M=44，M=292ABV=29.9，V=34.0，P=101.3KPa，t=273.2KBA(2)A：SO，B：空气，M=64，M=292ABV=29.9，V=44.8，P=101.3KPa，t=273.2KBA9）试计算丹口在35°C水中的扩散系数，并与实验值进行比较分析。解：A：HC1,B：HO，M=18，a=2.62BVa=3.7+21.6=25.3,T=308.2K,p=0.7225cpD=744今b)T=341x]0_5cm10）某传质过程的总压为300，吸收过程传质系数分别为g=泅賦■血）、札=22滋引/防・劝，气液相平衡关系符合亨利定律，亨利系数E为10.67xl03^，试求：①吸收过程传质总系数冷和瓦；②液相中的传质阻力为气相的多少倍。m=-=35.57TOC\o"1-5"\h\z解：10.（1）E=10.67X103kPa,P=300kPa,F11ml35.57=1=1・・・Ky=O.3919Kykykx1.07221111二1二1・K=13.94xkx35.57x1.072211）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20C,亨利系数E为7.66x!04^,气相体积传质分系数Z为4.2弘1旷滋口/卜■蔚■归帀），液相体积传质分系数疋/为5.82xW^/s。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/m^=p曲=101.33x4.25x10^=0.0431teoZ/（^3•s）咕=C・kg=5.82X10-3x55.56=0.323kmoL/（^在界面处:”=猝k^y-y^=k^〔心一也)y1=QJ56x14.31X10-2(0.054-^)=0.323(^-0.062)得.x1=0.0629y1=0.0475(k卿=1/^+m!k^=1/0.0431+0.756/0.323=25.54气相阻力占总阻力分率为：耳=1@.0431x25.54)二90.8%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，试分析心、心和叽的变化情况？解.TPf,DP不变，％—Pbi)'=2(Pb2—Pbi)•・・ky=Pkg・•・％叫比=*丿儿—yj•-Na=Na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。.01缺叱“加・J和0.0驀滋引/防。试分别计算相平衡常数刑为0.1和100时，吸收传质过程的传质阻力分配情况。若气相传质分系数知心，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，%广®V,=0.769m=100时，/叫=38.462—=—+—=39.231=>^=0.02549mk二0.9804=98.04%=1.96%②G，=2G,k「=20退=°.°2263m=0.1时，丄=丄+二-=33.904=瓦.'=0.0257=m=100时，Kr'忍mky=1.00814)对低浓度气体吸收，当平衡关系为直线时，试证明：式中31，分别为塔底与塔顶两端面上的气相吸收推动力。证明：％G=O1一比)仏凡=01-兀!)("缈1/32”[(丹一朋花)一也一酬牝)]=〔£旳31/Ay2)/[1-泌込-也)兀戸一旳)]=L^yJ^y2)l(\-mGIL)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环，实际液气比为最小液气比的0倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以丰0两个参数列出计算“莎的计算式。解：令进塔气体浓度为yi，则出塔气体浓度为班7。—小^=°（3）L心饨口叽=心-出）川=■:L/G=（y1-y2）/（x1-x2）■■-脚陀二［01一尹id一叭］心1二＞眄=戸/陀Q由上题证明的结果：nog=sajWJAI-聊又3i=y1-mx1=y1-yjPAy2=旳一°=Fi（l一帀）.■-=1）M（1-处叽严旳MW—W旳一516）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中的U°2,气相流量为300W//?（标准状况），进塔气体中含U°26.0%（体积）， 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 条件下的平衡关系/=120血，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）=0.003（FV）n=匚一『2y「-抵.•・L=22380.48kmol/hV（y1－y2）=L（x1－x2）=Lx1・•・X]=3.125X10-5V=300m3/h=12.27kmol/h,'RT//,m=1200=+y2=1824x+0.003A=^=I52数计算式：+mG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证明：Nol=J，必-疋)y=y1/m-L(x1-x)/Gx*=/m-L(x1-x)/GNogdxf[〔”im-L(xy-x)/Gm-x]={Z«[(l-LImG)x2+{L!m(J)!xx-m+{L!m(J)yY-(L/陀®戸]几(1一山锲®心+(£f锲®心一丹f疝Ml-£f(陀={"[(1一山燃C?)®]/眈一乳2)+(山燃燃一X])]f-(Zw[(l-LimG)(y1-mx2)[(丹-mxx)+Z/wsG]}/(l+LimCT)以清水在填料塔内逆流吸收空气〜氨混合气中的氨，进塔气中含氨4.0%(体积)，要求回收率吓为0.96，气相流率G为035W^2-^。采用的液气比为最小液气比的1.6倍，平衡关系为/=09^，总传质系数疋戸为0.04缺叱“防胡。试求：①塔底液相浓度眄；②所需填料层高度日。解：1)旳=^(1-??)=0.04x0.04=0.0016£/&=1航山国通=1.6(丹-旳)心]加-也)=1・4门Mm=0.04x17+0.96x29=28.52^g/^oZ0.35/28.52=0.01227^^/(^2-s)L=1.413G=0.017338teo//(^2-s)L!G=(y1-y2)/x1疋i=0.02722)H0G=G/KyK=0.01227/0.043=0.2853m甌?g二Oi~y2)^ym4yffl=一陀和一旳"5[(冏一嘶J/1旳]=(0.04-0.92x0.0272-0.0016)/Z«[(0.04-0.92x0.0272)/0.0016=0.00598"妒6.41H=Hog^Nog=0.2853x6.41=1.83^19）接上题，若气、液相接触改为并流操作，气、液流量及进口浓度都不变，填料层高度为上题算出的丹，操作温度、压强亦不变，问回收率环为多少？解：=0且汽流量不变5-珀）f心=口点=1.413因丹及操作溫度，压强不变■■Nog=6.41叭=［戸-（>2-化）］心1>1心2-化）］孙一比=1.41牝01-知仏凡=&41联立上面三式得：旳=0.01584=>??'=1-^/^=1-0.01584/0.04=60.6%20）试在“y〜x”图中定性画出下列各吸收 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的操作线与平衡线G,y1x2L,x2y2L1，X2y2Lx23y3y4y2L2=L1/221）在一逆流接触的填料吸收塔中1用纯水吸收空气〜氨混合气中的氨，入塔气体中含呱9%，要求吸收率为95%，吸收剂用量为最小用量的1.2倍，操作条件下的平衡关系为八心。传质单元高度为0.8m。试求：①填料层高度丹；②若改用含汎0.05%(摩尔分率)的稀氨水作吸收剂，可及其它条件均不变,吸收率为多少？解=0.09=0=(1-0.95)x0.09=0.0045L/G=A.2(L/G)^=1.2(0.09-0.0045)/(0.09/1.2)=1.363吃=(0.09-0.0045)/1.368=0.0625A”=0.09-0.0625x1.2=0.015叽=0.0045A凡=(0.015-0.0045)/Z«(0.015/0.0045)=0.00872Nog=(0.09-0.0045)/0.00872=9.8//=9.3x0.8=7.84^2)=0.09=0.0625x2=0.0005L/G不变5一兀!)A>i一牝)i•硕解得：=0.0052??=}-y2/y：=1-(0.0052/0.09)=94.24%以清水在填料塔内逆流吸收空气〜二氧化硫混合气中的SQ,总压为1加燃,温度为20°C,填料层高为4m。混合气流量为1.68咤张•喘')，其中含用厲为0.05(摩尔分率)，要求回收率90%，塔底流出液体浓度为1-OxW3。试求：①总体积传质系数兀严；②若要求回收率提高至95%，操作条件不变，要求的填料层高度为多少？解：DMm=64x0.05+29x0.95=30.75G=1.68/30.75=0.055^o//(^2-s)查表(20°Q5=0.355xl04^澀=E/P=35由GO】一旳)=忑厂忑』£=2A15kmal(m2•&)AXi=J^i—~005—35x0.001=0.015Ay2=0.005=(0.015-0.005)/Z«3=0.0091Nog=(0.05-0.005)/0.0091=4.94H=N0^H0G=G-N0GIKyffi:.=0.068^oZ/(m2•s)Hoq=O.Blw?2)出=0.05(1-0.95)=0.0025由G。]一旳)=£(心一吃).'.Xj=0.001056=尹i—诙兀=0.05-35x0.001056=0.01304Ay2=旳=0.0025叭=(0.01304-0.0025)/Z?3(130.4/25)=0.00638Nog=(0.05-0.0025)/0.00638=7.45=0.81x7.45=&04聊23)接上题，若液体流量增大15%，其它操作条件不变。已知k严=\.51Cffk淤cd][s・朋\,抵弋&=\.&2◎焙畑cd[阳■肿)。式中.G,£的单位是烁加/#・")。问回收率才为多少？解：Zo=G(y-y)/x=0.0546(0.05-0.005)x1000=2A51kmoH(m2-s)Z=1.15Z0=2^3kmol!(m2■s)=1.57x0.05460'7X2.83025=0.266too//(^3■s)=1.62x2.830B2=3.191kmolKs^)1/^+1/^=35/3.797+1/0.266=12.98疋昭=0.0力心叱打佔冷)H0G=GfK^=0.0546/0.077=0.71^由Nog=H!HOG=4!0.7}=5.65=(0.05-35^-^)/^<0.05-35^)/^]^=(0.05-^)/A^又Oi-旳)g=£/G即得(0.05-^)/^=51.75可得旳二0.0029=0.00091耳‘=出®二0公42mG24)一逆流操作的吸收塔中，如果丁为0.75，相平衡关系为才=抵，吸收剂进塔浓度心为0.001（摩尔分率，下同）进气浓度为0.05时，其回收率为90%,试求进气浓度为0.04时，其回收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其它条件不变，则其回收率又如何？解：依题意：%不变Nog=僅呱1一聊-耕也）f（＞2一聊花）+然-耕G"）mG!L不变,故5-唧心2一眈吃）保持不变01—険％）f（＞2—燃也）=（0.05-2x0.001）/（0.005-2x0.001）=161）由（0.04—2%0.001”[0.04（1—甲）一2x0001]=16可推出??=89.1^2））^=16可推岀??=93.75^25）某混合气体中含溶质5%（体积），要求回收率为85%。吸收剂进塔浓度为0.001（摩尔分率），在20°C,101.3迪下相平衡关系为$=他。试求逆流操作和并流操作的最小液气比各为多少？由此可得到什么结论？解:逆流：yx2=0.001并流:y1=0.05,y2=0.0075,m=40,x1=0.00126)用纯溶剂吸收某混合气体中的可溶组分。进塔气体浓度为0.048(摩尔分率)，要求回收率环为92%。取液气比为最小液气比的1.6倍。气液逆流，平衡关系/=2-5^，气相总传质单元高度为0.62米。试求填料层高丹。又，为增大填料润湿率，采用吸收剂再循环流程，气体流量及进、出塔的浓度不变，补充的纯溶剂流量和传质单元高度均不变，循环液流量与补充液流量之比为0.10。试求此操作所需的填料层高度丹。解：1)=0.048=^(1-7?)=0.00384=0L!G=血=1.6x(0.048-0.00384)/0.0192=3.63C?=-旳)f珂x1=0.012A凡=(0.048-2.5x0.012-0.00384)/Z«[(0.048-2.5x0.012)/0.00384]=0.009166Nog=(y、-川叭=(0.048-0.00384)/0.009166=4.82H=H0GN0G=A.82xO.62=2.99m2)对虚线框进行物料衡算V厶&不变”必不变可不变也=0.1^/1.1=0.0011A凡=[0.048-2.5x0.012-(0.00384-2.5x0.001l)]/Zw[(0.048-2.5x0.012)/(0.00384-2.5x0.0011)]=0.00603^e=7.32H=0.62x1.32=4.54m27)在填料塔中，用纯油吸收空气中的苯，入塔混合气量为WOO标准聊了用，其中含苯6%(体积)，要求出塔气体中含苯不高于0.5%(体积)，操作条件下的平衡关系/=0-^，实际液气比取最小液气比的1.5倍。试求：①吸收剂用量及出塔液相浓度；②全塔对数平均推动力③若采用吸收剂循环流程，在保证原吸收率不变的条件下，入塔液体浓度和循环液量最大应为多少？④画出两种情况下操作线示意图。解G=1200/22.4=53.51kmolfhy1=0.06=0.005=0L!G=1.5(Z/②趣二1.5x(0.06-0.005)/(0.06/0.2)二0.275L=0.275x53.57=\A.13kmoHhx1=G(y1-y2)!L-^x2=(0.06-0.005)/0.275=0.22)AyT=冏一液=0.06-0.2x0.2=0.024=^2=O-005A凡=(0.02-0.005)/Z«(0.02/0.005)=0.0108场由题意起与旳呈平衡即:尹2=畑Qx0=肌｛澀=0.005/0.2=0.025x0二(巧0+也)/(I+日)=兀1&/(I+^)&=x0-x0)=0.025/(0.2-0.025)=0.143^Z=0.143xl4.73=2A^kmaHh4)略28)空气〜四氯化碳化合气体中含四氯化碳5%(体积，下同)，气相流量G为0.042歸加・小，要求回收率90%。吸收剂分两股，第一股含四氯化碳为0.002，从塔顶进入塔内；第二股含四氯化碳0.010，从塔中部某处进入塔内。两股吸收剂用量相同，均为0.02UW/p-s)o已知操作条件下体系的相平衡关系为尹•弘，试计算：①出塔液体浓度为多少？②若全塔传质单元高度为0.8米，则第二股吸收剂加入的最适宜位置(加入口至塔底的高度)应在何处。GyfLx22Lx2Gy2Lxi'解：(1)片=0.05，y2=0.05X(1-0.9)=0.005,G=0.042kmol/(m2・s),x2=0.002，x2'=0.01,m=0.5yL]=L2=0.021kmol/(m2-s).•・X]=0.051(2)"I=0.009・•・H=H,・Nc_=0.8X3.625=2.9mOGOG29)矿石焙烧炉气中含SO24.5%(体积)，其余惰性气体按空气计。炉气冷却后在填料塔中以清水逆流吸收炉气中的SO2。操作压强为latm，操作温度为30°C。塔径为0.8m,填料层高为10m,要求回收率为95%,进塔炉气流量为1150m3/h(标准状态)。已知kGaG为5X10-4kmol/(s・m3・kPa),kLa=5X10-21/s。试求：①塔底液体浓度为多少?②若将炉气进一步降温后再吸收，其操作温度降至20C时，其回收率为多少?设其它操作条件不变,kGa和kLa的值均不变。GL解由题意=0.045=0.00225=0G=1150/(22.4x3600x3.14x0.82=0.0284^Z/(s.^2)30°(7时，0.485xl04kPam=^/F=48.02C==1000/18=55.56^oZ/丄二丄+芒_二＞疋弹=0.0茁心叱打&沪)H0Q=GiK^=\.^mNOG=H!HOG=9.53由%=Oi—比=Oi—旳”(Oi—液])—(”—郴J"血"険也_y~^2经试差得：X]=0.000775(塔底出液浓度)时，5=0.355xl04kPam=E/P=35.03=0.0309^//(s.^3)Hog'=GIK^=0.918^N0G'=HiH0G'=\^1mG卫L得：y2'=0.0003095铲=1_叩丹=99.3玄30)—正在操作的逆流吸收塔，进口气体中含溶质浓度为0.05(摩尔分率，下同),吸收剂进口浓度为o.ooi，实际液气比为4，操作条件下平衡关系为y=20x，此时出口气相中含溶质为0.005。若实际液气比下降为2.5，其它条件不变，计算时忽略传质单元高度的变化，试求此时出塔气体浓度及出塔液体浓度各为多少？解：=L(y-y)+x=(0.05-0.005)/4+0.001=0.0122531=0.05-2x0.01225=0.02554二0.005-2x0.001=0.003叭=(0.0255-0.003)/Z«(255/30)=0.01051Nog=(0.05-0.005)=4.28Nqg=-e)Cvi-mx2)f(y2-+s]}/(l-s)={Z40.2(0.05-0.002)-0002)+0.8]}/0.2据题意Nog=y=0.0082疋；=G(0.05-^')/Z+0.001=0.0177231)在一吸收塔内用洗油逆流吸收煤气中含苯蒸汽。苯的初始浓度为0.02(摩尔分率，下同)，吸收时平衡关系为/=0125;y，液气比为0.18，洗油进塔浓度为0.006，煤气中苯出塔浓度降至0.002。由吸收塔排出的液体升温后在解吸塔内用过热蒸汽逆流解吸。解吸塔内气液比为0.4,相平衡关系为声=艮曲。在吸收塔内为气相控制，在解吸塔为液相控制。若现将液体循环量增加一倍，煤气及过热蒸汽流量等其它操作条件都不变。已知解吸塔中，忍"严。问此时吸收塔出塔煤气中含苯多少？题中流量皆为摩尔流量。解：心二GO】一旳)皿+也=(0.02-0.002)/0.18+0.006=0.106IIII”=£〔心一也)/G+旳=(0.106-0.006)/0.4=0.25吸收塔氏珥=儿_晒=0.02-0.105x0.106=0.00675Ay2=mx2~0002-0.125x0.006=0.00125=(0.00675-0.00125)/Z«(675/125)=0.003621Nog=(0.02-0.002)/A^=5.52=0.106-0.25/3.16=0.02689=x2-y2/m=0.006=(0.02689-0.006)/Z«(0.02689/0.006)解吸塔"也=-x2')/Axm=7.18吸收塔解吸塔当L增加一倍时£©二°•貓-£口=%不变H0L=LiK^H'ol=2HoJ^N'ol=HoJ2^=0.79x7.18=5.67由"Ig={山[（1—诙G7£）〔”—枕花"〔旳—燃花）+然G7£]}/（1—燃GM）=5无IIIIINql=(L^[(l-A)^2一稠珂)A>2-聊也)+卫]}/(1一山)=567.IllINql={Z4(1-j4)(>2-叫)5-mx2)-^A]}/(}-A)=5.67可得旳=0.00372花=0.002734