环境工程原理课后习题答案

28.26?16?0.43

28.266323?1.2?10m/m颗粒的比表面积为a? ?35?10所以床层的空隙率为??气体通过颗粒床层的流速为u由公式（7.3.11），得

?0.033.14??1.5?2?0.0042m/s

?p?Kl?1???a22?35??1?0.43??1.2?103?u?L?0.4332??2?0.0042?0.017?10?3?4?8.4Pa 所以气体

通过床层的压力降为8.4Pa

7.16. 一个滤池由直径为4mm的砂粒组成，砂砾球形度为0.8，滤层高度为0.8m，空隙率为0.4，每平方米滤池通过的水流量为12 m3/h，求水流通过滤池的压力降（黏度为1×10-3 Pa·s）。

解：颗粒的比表面积为

a?6323?1.875?10m/m ?30.8?4?1012?0.0033m/s

1?3600Kl?1???a22空床流速

u?所以水流通过滤池的压力降为

?p??3u?L?5??1?0.4???1.875?103?220.43?0.0033?1.0?10?3?0.8?261Pa

46

第八章 吸收

?8.1在30℃，常压条件下，用吸收塔清水逆流吸收空气-SO2混合气体中的SO2，已知气-液相平衡关系式为y?47.87x，入塔混

合气中SO2摩尔分数为0.05，出塔混合气SO2摩尔分数为0.002，出塔吸收液中每100 g含有SO2 0.356 g，试分别计算塔顶和塔底处的传质推动力，用

解：（1）塔顶 出塔SO2的摩尔分数为

?y、?x、?p、?c表示。

y2?0.002，入塔吸收液中SO2的摩尔分数为x2?0

*所以与出塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x2与入塔吸收液平衡的气相摩尔分数为所以?x2?0.002/47.87?4.17?10?5

y2??0

?x2*?x2?4.17?10?5?0?4.17?10?5

?y2?y2?y2*?0.002?0?0.002

?p2?101.325??y2?101.325?0.002?0.2026kPa

忽略吸收液中溶解的SO2，则摩尔浓度可计算为c?1000/18?55.6mol/L ?c2?55.6??x2?55.6?4.17?10?5?0.00232mol/L

（2）塔底

0.356/64?0.001

100/18*所以与入塔气相平衡的吸收液摩尔分数为x1?0.05/47.87?0.0010444

入塔SO2的摩尔分数为

y1?0.05，出塔吸收液中SO2的摩尔分数为x1?与出塔吸收液平衡的气相摩尔分数为所以?x1y1??47.87x1?47.87?0.001?0.04787

?x1*?x1?0.0010444?0.001?4.44?10?5

?y1?y1?y1*?0.05?0.04787?0.00213

?p1?101.325??y1?101.325?0.00213?0.2158kPa ?c1?55.6??x1?55.6?4.44?10?5?0.00247mol/L

?8.2吸收塔内某截面处气相组成为y?0.05，液相组成为x?0.01，两相的平衡关系为y?2x，如果两相的传质系数分别为

ky?1.25?10?5kmol/(m2·s)，

kx?1.25?10?5kmol/(m2·

s)，试求该截面上传质总推动力、总阻力、气液两相的阻力和传质速率。

解：与气相组成平衡的液相摩尔分数为

y??2x?2?0.01?0.02

?y?y*?0.05?0.02?0.03

所以，以气相摩尔分数差表示的总传质推动力为?y同理，与液相组成平衡的气相摩尔分数差为x*?0.05/2?0.025

x*?x?0.025?0.01?0.015

所以，以液相摩尔分数差表示的总传质推动力为?x?以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Kx?11?5 kmol/(m2·s) ??0.83?10?5?51/kx?1/mky1/?1.25?10??1/?2?1.25?10?以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

47

s) Ky?Kx/m?0.83?10?5/2?0.42?10?5 kmol/(m2·传质速率

s) NA?Kx?x?0.83?10?5?0.015?1.25?10?7 kmol/(m2·或者NAs) ?Ky?y?0.42?10?5?0.03?1.26?10?7 kmol/(m2·

以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数分析传质阻力 总传质阻力1/Kx?1/?0.83?10?5??1.20?105 (m2·s)/kmol

?1/?1.25?10?5??0.8?105(m2·s)/kmol

其中液相传质阻力为1/kx占总阻力的66.7% 气膜传质阻力为1/mky占总阻力的33.3%

?1/?2?1.25?10?5??0.4?105(m2·s)/kmol

8.3用吸收塔吸收废气中的SO2，条件为常压，30℃，相平衡常数为m?26.7，在塔内某一截面上，气相中SO2分压为4.1kPa，液相中SO2浓度为0.05kmol/m3，气相传质系数为水的密度。试求：

（1）截面上气液相界面上的浓度和分压； （2）总传质系数、传质推动力和传质速率。 解：（1）设气液相界面上的压力为

k?0.39m/h，吸收液密度近似kG?1.5?10?2kmol/(m2·

h·kPa)，液相传质系数为Lpi，浓度为ci

?1000/18?55.6kmol/m3

忽略SO2的溶解，吸收液的摩尔浓度为c0溶解度系数H?c055.6m3) ??0.0206 kmol/(kPa·

mp026.7?101.325在相界面上，气液两相平衡，所以ci?0.0206pi

又因为稳态传质过程，气液两相传质速率相等，所以kG所以1.5?10?2?p?pi??kL?ci?c?

??4.1?pi??0.39??ci?0.05?

pi?3.52kPa，ci?0.0724kmol/m3

由以上两个方程，可以求得（2）总气相传质系数

KG?11??0.00523 kmol/(m2·h·kPa)

1/kG?1/HkL1/0.015?1/?0.0206?0.39?总液相传质系数KL?KG/H?0.00523/0.0206?0.254m/h

p*?c/H?0.05/0.0206?2.43kPa

48

与水溶液平衡的气相平衡分压为

所以用分压差表示的总传质推动力为?p与气相组成平衡的溶液平衡浓度为c用浓度差表示的总传质推动力为?c传质速率NA或者NA

*?p?p*?4.1?2.43?1.67kPa

?Hp?0.0206?4.1?0.084kmol/m3

?c*?c?0.084?0.05?0.034kmol/m3

h) ?KG?p?0.00523?1.67?0.0087 kmol/(m2·

h) ?KL?c?0.254?0.034?0.0086kmol/(m2·

8.4 101.3kPa操作压力下，在某吸收截面上，含氨0.03摩尔分数的气体与氨浓度为1kmol/m3的溶液发生吸收过程，已知气膜

?6k?1.5?10?4m/s，操作条件下的溶解度系数为H?0.73

传质分系数为kG?5?10 kmol/(m2·s·kPa)，液膜传质分系数为Lkmol/(m2·kPa)，试计算：

（1）界面上两相的组成；

（2）以分压差和摩尔浓度差表示的总传质推动力、总传质系数和传质速率；

（3）分析传质阻力，判断是否适合采取化学吸收，如果采用酸溶液吸收，传质速率提高多少。假设发生瞬时不可逆反应。 解：（1）设气液相界面上的压力为因为相界面上，气液平衡，所以ci气相中氨气的分压为

pi，浓度为ci ?Hpi，ci?0.73pi

p?0.03?101.3?3.039kPa

稳态传质条件下，气液两相传质速率相等，所以kG?p?pi??kL?ci?c?

5?10?6??3.039?pi??1.5?10?4??ci?1?

根据上面两个方程，求得

pi?1.44kPa，ci?1.05kmol/m3

（2）与气相组成平衡的溶液平衡浓度为

c??Hp?0.03?101.3?0.73?2.22kmol/m3

用浓度差表示的总传质推动力为

?c?c??c?2.22?1?1.22kmol/m3

与水溶液平衡的气相平衡分压为

p*?c/H?1/0.73?1.370kPa

所以用分压差表示的总传质推动力为?p?总气相传质系数

p?p??3.039?1.370?1.669kPa

KG?11?6 kmol/(m2·s·kPa) ??4.78?10?6?41/kG?1/HkL1/?5?10??1/?0.73?1.5?10?总液相传质系数KL?KG/H?4.78?10?6/0.73?6.55?10?6m/s

49

传质速率NA或者NAs) ?KG?p?4.78?10?6?1.669?7.978?10?6 kmol/(m2·

s) ?KL?c?6.55?10?6?1.22?7.991?10?6 kmol/(m2·

（3）以气相总传质系数为例进行传质阻力分析 总传质阻力1/KG?1/?4.78?10?6??2.092?105 (m2·s·kPa)/kmol

?1/?5?10?6??2?105(m2·s·kPa)/kmol

其中气膜传质阻力为1/kG占总阻力的95.6% 液膜传质阻力为1/HkG占总阻力的4.4%

?1/?0.73?1.5?10?4??9.1?103(m2·s·kPa)/kmol

所以这个过程是气膜控制的传质过程，不适合采用化学吸收法。

如果采用酸液吸收氨气，并且假设发生瞬时不可逆反应，则可以忽略液膜传质阻力，只考虑气膜传质阻力，则s·kPa)，仅仅比原来的传质系数提高了4.6%，如果传质推动力不变的话，传质速率也只能提高4.6%。KG?kG?5?10?6kmol/(m2·

当然，采用酸溶液吸收也会提高传质推动力，但是传质推动力提高的幅度很有限。因此总的来说在气膜控制的吸收过程中，采用化学吸收是不合适的。

8.5 利用吸收分离两组分气体混合物，操作总压为310kPa，气、液相分传质系数分别为

ky?3.77?10?3kmol/(m2·s)、

?4kx?3.06?10?4kmol/(m2·p?1.067?10x（p*的单位为kPa）s)，气、液两相平衡符合亨利定律，关系式为，计算：

（1）总传质系数；

（2）传质过程的阻力分析；

（3）根据传质阻力分析，判断是否适合采取化学吸收，如果发生瞬时不可逆化学反应，传质速率会提高多少倍？

E1.067?104解：（1）相平衡系数m???34.4

p310所以，以液相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

Kx?11?4kmol/(m2·s) ??3.05?10?4?31/kx?1/mky1/3.06?10?1/34.4?3.77?10????以气相摩尔分数差为推动力的总传质系数为

s) Ky?Kx/m?3.05?10?4/34.4?0.89?10?5kmol/(m2·（2）以液相摩尔分数差为推动力的总传质阻力为

11113????3.28?10 ?4Kxkxmky3.05?10其中液膜传质阻力为1/kx气膜传质阻力为1/mky?1/3.06?10?4?3.27?103，占总传质阻力的99.7%

???1/34.4?3.77?10?3?7.71，占传质阻力的0.3%

??所以整个传质过程为液膜控制的传质过程。

50

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库环境工程原理课后习题答案在线全文阅读。