化工原理答案(7)

另串联一个完全NOG?y1?y2y2?0.060.01?1?5相同的塔后,

2HH5??相当于塔高加倍HOG不变 NOG2HHOG??10 (4分)

?10?y1?y2???1 y2y111?0.0611 (2分) ?0.005457、今有常压逆流操作的填料吸收塔，用20℃清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m3/h（标准状态），原料气中含甲醇100g/m3（按标准状态计），吸收后的水溶液中含甲醇量等于与进塔气体相平衡时的浓度的67%。要求甲醇的回收率为98%，吸收平衡关系可取为y = 1.15x，总体积传质系数Kya=95kmol/(m?h)，取塔内的气体空塔气速为0.5m/s。试求：

(1) 用水量；

(2) 塔径；

(3) 填料层高度。 注：甲醇分子量为32。(15分) 解：

(1) 进气浓度y1?10032100022.4?0.07（属低浓气体吸收）

3

?x1e?y1m?0.071.15?0.061 x1?67%x1e?67%?0.061?0.041 (3分)

又y2?y1?1????0.07??1?98%??0.0014 故 又G?100022.4?44.64kmol/hLG?y1?y2x1?x2?0.07?0.00140.041?0?1.67

?L?1.67?44.64?74.5kmo/lh (5分)

1000 (2)D?Vs?4?3600?293.2273.2?0.87m (2分)

u?4?0.5 (3)

H??12?G??D??4?Kya??12?44.64???0.87??4?95?0.79mOG

1A?mGL?1.15?44.6474.5?0.689

NOG???1?y1?ln??1??1??1A?y2A???1?A1?0.07??ln??1?0.689??0.689??8.961?0.689?0.0014?1

31

分)

H?HOG?NOG?0.79?8.96?7.1m (5

8、今拟在一逆流操作的填料塔中，用纯矿物油吸收混合气中的溶质，进口混合气中溶质含量为1.5%（体积%），要求吸收率为85%，操作条件下的平衡关系y = 0.5x。试求：

(1) 出口矿物油中溶质的最大浓度；

(2) 最小液气比；

(3) 取吸收剂用量为最小用量的3倍时的传质单元数； (4) 气相总传质单元高度为1m时的填料层高度。(15分)

解：低浓气体吸收

(1) 出口矿物油中溶质的最大浓度为：x1e?y1m?0.0150.5?0.03 (2分)

(2)y2?y1?1????1.5%??1?85%??0.00225 y?y21.5%?0.00225?L??1??0.425 ??0.03?0x1e?x2?G?min或 (

LG)min?m??0.5?0.85?0.425 (5分)

(3)

?L??3???3?0.425?1.275G?G?minL

1A?mLG?0.51.275?0.392 (3分)

NOG? (4)H111?1A??1?y1?ln??1??1??

A?y2A????0.015??ln??1?0.392??0.392??2.451?0.392?0.00225? (3分)

?HOG?NOG?1?2.45?2.45m (2分)

9、在20℃和101.3kPa条件下，用清水吸收空气混合气中的氨，使其氨的分压从1.33kPa下降到0.0068kPa。混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为28.8，操作条件下的平衡关系为y = 0.755 x。若吸收剂用量是最小用量的5倍，求所需的吸收剂用量和气相总传质单元数。(15分) 解：y1?1.33101.3?0.0131 ； y2?0.0068101.3?6.71?10?5?5；

G?102028.8?35.4kmol/h

y1?y2y?y20.0131?6.71?10?L??*?1? ??y10.0131x1e?x2?G?min?0?x20.755m

32

?0.75 (5分)

?L??5????5?0.75?3.75G?G?minL?3.75?35.4?132.75kmol/hL (3分)

1

A?mGL?10.7553.751A?0.20NOG?1???1?y?mx21?ln??1??1??A?y2?mx2A??? (5分)

?0.0131?0??ln??1?0.20??0.20??6.3 ?51?0.20?6.71?10?0?1 (2分)

10、常压下,用煤油从苯蒸汽与空气的混合物中吸收苯,要求吸收率为99%。混合气量为53Kmol/h。入塔气中含苯2%(体积),入塔煤油中含苯0.02%(摩尔分率)。溶剂用量为最小用

量的1.5倍。在操作温度50℃下,相平衡关系为y=0.36x,总传质系数Kya=0.015Kmol/m3.s。塔径为1.1米。试求所需填料层高度。 (15分) 解：x*1e?y1m?0.020.36?0.0556 y2?y1?1????0.02??1?99%??0.0002

y1?y20.02?0.0002?L??*??0.3577??G0.0556?0.0002x?x??min1e2

?L??1.5????1.5?0.3577?0.5366 (5分) G?G?minL x1?x2?y1?y2L/G?0.0002?(0.02?0.0002 (2分) )?0.03710.5366 ?y1?y1?mx1?0.02?0.36?0.0371?0.00664 ?y2?y2?mx2?0.0002?0.36?0.0002?0.00012 8 ?Ym?Y1?Y2?YmGKya??Y1??Y2ln(?Y1/?Y2)??0.00664?0.000128ln(0.00664/0.00012)8?0.00165 (3分)

NOG?0.02?0.00020.0016553/3600?12

HOG??0.015??/4?1.12?1.033m

H?NOG?HOG?1.033?12?12.4m (5分)

11、拟在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收混合气中的溶质A。已知入塔混合气体中

33

含有A1%(体积 %)，要求溶质A的回收效率为80%，若水的用量为最小用量的1.5倍，操作条件下相平衡方程为y=x，气相总传质单元高度为1m，试求所需填料层高度。(15分) 解：

属于低浓气体吸收。

y2?y1?1????0.01??1?80%??0.002y?y2y?y20.01?0.002?L??1?1??0.8??y0.01Gx?x??min11ea?0?x21m?L??1.5???1.5?0.8?1.2G?G?min1A?mGL?111.2?0.833L (5分)

??1?y?mx21?ln??1??1??1A?y2?mx2A???1?A (5分)

NOG?

H?H?0.01?0??ln??1?0.833??0.833?1?0.833?0.002?0?1

?3.06OG?NOG?1?3.06?3.06m (5分)

12、某一逆流操作的填料塔中，用水吸收空气中的氨气。已知塔底进气浓度为 0.026（摩尔比）（下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料层高度为1.2ｍ，塔内径为0.2ｍ，吸收过程中亨利系数为50.65kPa，操作压力96.2kPa，平衡关系和操作关系（以摩尔比浓度表示）均为直线关系。水用量为0.1ｍ3/h，混合气中空气量为100ｍ3/h（标准状态下）。试求此条件下，吸收塔的气相总体积吸收系数。 (15分) 解：

Y1?0.026,Y2?0.0026,m?LV?0.1?1000/18100/22.4EP?50.6596.2mL/V??0.5260.5261.244

?0.423?1.244,S? (5分) NOG??Y?mXln??1?S?11?S?Y2?mX122??S??

?0.026??ln??1?0.423??0.423?1?0.423?0.0026? (5分)

1?3.16

34

Kya?V?NOGH?A?100/22.4?3.161.2??/4?0.223?374.2kmol/(m.h) (5分)

13、总压为101.325kPa、温度为20℃时，1000kg水中溶解15kg NH3，此时溶液上方气相中NH3的平衡分压为2.266kPa。试求此时之溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m。 (10分)

解：首先将此气液相组成换算为y与x。

NH3的摩尔质量为17kg/kmol，溶液的量为15kg NH3与1000kg水之和。故

x?nAn?nAnA?nB?15/1715/17?1000/18?0.0156

y?*

pAP*

?2.266101.325?0.0224 (3分)

溶剂水的密度ρs=1000kg/m3，摩尔质量Ms=18kg/kmol，

H?m?y*x?0.02240.0156?1.436,E?P*Ax?2.2660.0156?145.3kPa

?sEMs?1000145.3?18?0.382 kmol/（m3·kPa） (3分)

溶液中NH3的浓度为

cA?nAV?mA/MA

H??mA?ms?/?s?15/17?15?/1000?1000?0.869kmol/m3

cApA*?0.8692.266?0.383所以 kmol/（m3·kPa） (4分)

14、在20℃及101.325kPa下CO2与空气的混合物缓慢地沿Na2CO3溶液液面流过，空气不溶于Na2CO3溶液。CO2透过厚1mm的静止空气层扩散到Na2CO3溶液中。气体中CO2的摩尔分数为0.2。在Na2CO3溶液面上，CO2被迅速吸收，故相界面上CO2的浓度极小，可忽略不计。CO2在空气中20℃时的扩散系数D为0.18cm2/s。问CO2的扩散速率是多少？ (10分)

解：此题属单方向扩散，

2?52扩散系数 D?0.18cm/s?1.8?10m/s

扩散距离 Z?0.001m，气相总压力P?101.325kPa

气相主体中CO2的分压力pA1?P?yA1?101.325?0.2?20.27kPa 气液界面上CO2的分压力pA2?0

35

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