化工原理第五章吸收课后习题及答案.docx

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1、第五章 汲取相组成的换算【5-1】 空气和2的混合气体中，2的体积分数为20%，求其摩尔分数y和摩尔比Y各为多少？解 因摩尔分数=体积分数，摩尔分数摩尔比 【5-2】 20的l00g水中溶解3, 3在溶液中的组成用摩尔分数x, 浓度c及摩尔比X表示时，各为多少？解 摩尔分数浓度c的计算20，溶液的密度用水的密度代替。溶液中3的量为 溶液的体积 溶液中3的浓度或 3及水的摩尔比的计算或 【5-3】进入汲取器的混合气体中，3的体积分数为10%，汲取率为90%，求离开汲取器时3的组成，以摩尔比Y和摩尔分数y表示。汲取率的定义为解 原料气中3的摩尔分数摩尔比 汲取器出口混合气中3的摩尔比为摩尔分数 气

2、液相平衡【5-4】 l00g水中溶解，查得20时溶液上方的平衡分压为798。此稀溶液的气液相平衡关系听从亨利定律，试求亨利系数E(单位为), 溶解度系数H单位为和相平衡常数m。总压为。解 液相中的摩尔分数气相中的平衡分压 亨利系数 液相中的浓度 溶解度系数 液相中的摩尔分数 气相的平衡摩尔分数 相平衡常数 或 【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为，温度为10时，水中最大可能溶解多少克氧？10时氧在水中的溶解度表达式为，式中为氧在气相中的平衡分压，单位为为溶液中氧的摩尔分数。解 总压空气中的压力分数 空气中的分压 亨利系数 (1) 利用亨利定律计算及气相分压相平衡的液相组成为溶液此为

3、水溶液中最大可能溶解因为溶液很稀，其中溶质很少水溶液水=18 水10，水的密度 故 水溶液水即 水中最大可能溶解氧故 水中最大可能溶解的氧量为(2) 利用亨利定律计算水中最大可能溶解的氧量为 溶液【5-6】含3体积分数1.5%的空气3混合气，在20下用水汲取其中的3总压为203。3在水中的溶解度听从亨利定律。在操作温度下的亨利系数。试求氨水溶液的最大浓度，溶液。解 气相中的摩尔分数总压，气相中的分压(1) 利用亨利定律计算及气相分压相平衡的液相中3的摩尔分数为水溶液的总浓度 水溶液中的最大浓度 溶液(2) 利用亨利定律计算溶液【5-7】温度为20，总压为时，2水溶液的相平衡常数为1660。假设

4、总压为时，相平衡常数m为多少？温度为20时的亨利系数E为多少解 相平衡常数m及总压p成反比， 时亨利系数 【5-8】用清水汲取混合气中的3，进入汲取塔的混合气中，含3体积分数为6%，汲取后混合气中含3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为水。此物系的平衡关系为。气液逆流流淌，试求塔顶, 塔底的气相传质推动力各为多少？解 ，那么，那么，那么，那么塔顶气相推动力 塔底气相推动力 【5-9】2分压力为50的混合气体，分别及2浓度为的水溶液和2浓度为的水溶液接触。物系温度均为25，气液相平衡关系。试求上述两种状况下两相的推动力分别以气相分压力差和液相浓度差表示，并说明2在两种状况下属于汲取还是解吸。

5、解 温度，水的密度为混合气中2的分压为水溶液的总浓度水溶液(1) 以气相分压差表示的汲取推动力液相中2的浓度水溶液液相中2的摩尔分数及液相平衡的气相平衡分压为气相分压差表示的推动力 汲取 液相中2的浓度水溶液液相中2的摩尔分数及液相平衡的气相平衡分压为气相分压差表示的推动力 解吸(2) 以液相浓度差表示的汲取推动力及气相平衡的液相组成为平衡的液相浓度 液相中2的浓度水溶液液相浓度差表示的推动力为 汲取液相中2的浓度水溶液液相浓度差表示的推动力为 解吸习题5-10附图汲取过程的速率【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25，在管的上口有大量干空气(温度25，总压)流过，管中的

6、水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00。试计算在稳定状态下的汽化速率，。解 25时水的饱和蒸气压为从教材表5-2中查得，25，条件下，H2O在空气中的分子扩散系数。扩散距离，总压水外表处的水汽分压 空气分压 管上口处有大量干空气流过，水汽分压空气分压空气分压的对数平均值为水的汽化速率 【5-11】 用教材图5-10例5-4附图所示的装置，在温度为48, 总压力为条件下，测定4蒸气在空气中的分子扩散系数。48时，4的饱和蒸气压为37.6，液体密度为。垂直管中液面到上端管口的距离，试验开场为2，终了为3，4的蒸发时间为。试求48时，4蒸气在空气中的分子扩散系数。解 计算48时4蒸气在空气中的

7、分子扩散系数，计算式为4液体密度48时4的饱和蒸气压总压开场，终了4的蒸发时间4的摩尔质量摩尔气体常数数据代入计算式，得扩散系数【5-12】用清水在汲取塔中汲取混合气中的溶质A，汲取塔某截面上，气相主体中溶质A的分压为5，液相中溶质A的摩尔分数为0.015。气膜传质系数，液膜传质系数。气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数。总压为。试求：(1)气相总传质系数，并分析汲取过程是气膜限制还是液膜限制；(2)试求汲取塔该截面上溶质A的传质速率。解 (1)气相总传质系数 气膜阻力，液膜阻为。气膜阻力及总阻力的比值为，为气膜限制。(2)传质速率【5-13】依据及，试将传质速率方程变换成的形式。有何关系

8、。解 式中 式中 汲取塔的计算【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的，其余视为惰性气体。冷却后送入汲取塔，用水汲取其中所含的95%。汲取塔的操作温度为30，压力为，每小时处理的炉气量为时的体积流量，所用液-气比为最小值的1.2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中溶解度7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 气相中平衡分压91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 解 最小液一-比的计算汲取剂为水，总压原料气中分压从平衡数据内插，得液相平衡溶解度换算为摩尔比 最小液-气比 用水量计算炉气流量 标准状态下志向气体的摩尔体

9、积为炉气的摩尔流量为惰性气体流量 汲取用水量 出塔水溶液的组成【5-15】在一汲取塔中，用清水在总压, 温度20条件下汲取混合气体中的2，将其组成从2%降至0.1%摩尔分数。20时2水溶液的亨利系数。汲取剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比及溶液出口组成。(2)试求总压改为时的及。解 (1)总压(2) 总压时的从上述计算结果可知，总压从0.1增大到1，溶液出口组成从增加到。【5-16】用煤油从苯蒸气及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0.02%摩尔分数。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50，压力为100，相平衡关系为，气相

10、总传质系数。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及汲取因数法的计算式计算。解 (1)气相总传质单元高度计算入塔混合气的流量 惰性气体流量 (2) 气相总传质单元数计算，回收率汲取因数法计算 对数平均推动力法计算 (3)填料层高度Z计算【5-17】混合气含2体积分数为10%，其余为空气。在30, 2下用水汲取，使2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成摩尔比。混合气体处理量为按标准状态，塔径为。亨利系数，液相体积总传质系数。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。解 (1)用水量计算，混合气流量 惰性气体流量 用水量 (2) 填料层高度Z计

11、算水溶液的总浓度 体积传质系数 液相总传质单元高度 对数平均推动力法计算气液相平衡常数 液相总传质单元数汲取因数法计算 填料层高度 【5-18】气体混合物中溶质的组成摩尔比，要在汲取塔中用汲取剂回收。气液相平衡关系为。(1)试求以下3种状况下的液相出口组成及气相总传质单元数 (利用教材中图5-23)，并迸行比拟，用推动力分析的变更。3种状况的溶质回收率均为99%。入塔液体为纯汲取剂，液-气比；入塔液体为纯汲取剂，液-气比；入塔液体中含溶质的组成摩尔比，液-气比。(2)入塔液体为纯汲取剂，最小液-气比，溶质的回收率最大可达多少？解 (1)求回收率，相平衡常数1 查图5-23，得 查图5-23，得

12、 查图5-23，得 计算结果比拟：及比拟，一样，减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小。为到达肯定的溶质回收率要求即到达肯定的要求，须要增大，同时也增大了。及比拟，一样，使增大，即操作线斜率一样，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，增大，同时也增大了。(2) 当液体出口组成及气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即由物料衡算得 回收率 溶质的回收率最大可达80%。【5-19】某厂有一填料塔，直径880，填料层高6m，所用填料为50瓷拉西环，乱堆。每小时处理混合气体积按计，其中含丙酮摩尔分数为5%。用清水作汲取剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%。塔底送出来的溶液，含丙

13、酮。依据上述测试数据计算气相体积总传质系数。操作条件下的平衡关系为。上述状况下，每小时可回收多少千克丙酮？假设把填料层加高3m，可以多回收多少丙酮？解 (1)计算体积总传质系数先从数据求相平衡常数 塔底排出的水溶液，每l000g含丙酮丙酮的摩尔质量为传质单元数 也可用汲取因数法计算从教材图5-23查得或用计算式求出 填料层高度，计算再从式 计算惰性气体流量志向气体在时的摩尔体积为在下的摩尔体积为塔截面积 体积总传质系数(2)每小时丙酮回收量为(3)填料层加高那么 从教材图5-23查得 填料层时，丙酮的回收量为多回收丙酮 也可以如下计算【5-20】有一填料汲取塔，用清水汲取混合气中的溶质A，以逆

14、流方式操作。进入塔底混合气中溶质A的摩尔分数为1%，溶质A的汲取率为90%。此时，水的流量为最小流量的1.5倍。平衡线的斜率。试求：(1)气相总传质单元数；(2)假设想使混合气中溶质A的汲取率为95%，仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度不受液体流量变更的影响。此时，可调整什么变量，简便而有效地完成任务？试计算该变量变更的百分数。解 (1)计算气相总传质单元数(2)要想使汲取率从90%提高到95%，可增大汲取剂用量填料层高度 对于已有的填料塔，其填料层高度已定，汲取剂用量变更不会变更。因此，不会变更，仍为。新工况下， 用及，从图523查得为了使汲取率从90%提高到95%，LG须要

15、从1.35增加到2.1，增加的百分数为【5-21】某填料汲取塔的填料层高度已定，用清水汲取烟道气中的2 ，2的组成为 0.1摩尔比，余下气体为惰性气体，液一气比为180，汲取率为95%。操作温度为30， 总压为2。2水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算以下3种状况的溶质汲取率, 汲取液塔底排出液体组成, 塔内平均传质推动力，并及原有状况进展比拟：(1)汲取剂由清水改为组成为0.0001摩尔比的2水溶液；(2)汲取剂仍为清水，操作温度从30改为20；(3)汲取剂为清水，温度为30。由于汲取剂用量的增加，使液-气比从180增加到200。解 总压(1) 新工况的计算此时，不会变更，因填料层高

16、度Z为肯定值，所以不变。原工况 新工况 因，故 查得30时2水溶液的将上述数据代入式(a) 解得新工况的汲取率汲取液组成计算 原工况 新工况 平均传质推动力的计算方法按原工况计算 原工况 因 新工况 方法原工况 新工况 从上述计算结果可以看出：当汲取剂组成 由增加到时，传质推动力 由降为溶质汲取率 由降为汲取液组成 由增至对现有汲取塔，汲取剂入塔组成增大，使传质推动力降低，而导致溶质汲取率下降。假如不须要计算平均传质推动力的数值，而只需比照，那么可如下计算。 (2) ，操作温度从30改为20查得20时2水溶液的 新工况的计算 原工况 前面已计算新工况 因 新工况的汲取率 汲取液组成计算原工况

17、(前面已计算)新工况 平均传质推动力计算原工况 前面已计算因 新工况 从上述计算结果可知，对现有汲取塔，当操作温度降低，平衡线斜率减小即m减小，传质推动力增大，导致溶质的汲取率增大。(3) ，温度30，94原工况 新工况 新工况的计算原工况 前面已计算新工况 因 解得 新工况的汲取率 汲取液组成计算原工况 新工况 平均传质推动力计算 原工况 新工况 从上述计算结果可知，对现有汲取塔，当汲取剂用量增加，操作线斜率增大，传质推动力增大，导致溶质的汲取率增大。【5-22】有一逆流操作的汲取塔，其塔径及填料层高度各为肯定值，用清水汲取某混合气体中的溶质。假设混合气体流量G，汲取剂清水流量L及操作温度及

18、压力分别保持不变，而使进口混合气体中的溶质组成Y1增大。试问气相总传质单元数, 混合气出口组成Y2, 汲取液组成X1及溶质的汲取率将如何变更？并画出操作示意图。解 填料层高度Z已定，且气象总传质单元高度不变，故不变。物系肯定，操作温度及压力不变，故气液相平衡常数m肯定，且G及L不变，故肯定。因及各为肯定值，从教材中的计算式5-76或图5-23可知为肯定值。且汲取剂为清水，故X2=0，那么为肯定值。即随着Y1的增大，Y2按肯定比例增大。如习题5-22附图所示，气相进口组成由Y1增大到，那么气相出口组成由Y2增大到.操作线斜率不变，因Y1增大到，附图中的操作线由线平行上移为TB线。TB线及水平的等

19、Y线交垫横坐标为新条件下的液相出口组成。即汲取液组成由X1增大到。由第问的分析结果可知=肯定值，故汲取率不变。习题5-23附图 习题5-22附图解吸塔计算【5-23】由某种碳氢化合物(摩尔质量为)及另一种不挥发性有机化合物摩尔质量为组成的溶液，其中碳氢化合物占8%质量分数。要在100, 101. 325肯定压力下，用过热水蒸气进展解吸，使溶液中碳氢化合物残留0.2%质量分数以内，水蒸气用量为最小用量的2倍。气液相平衡常数0.526，填料塔的液相总传质单元高度。试求解吸塔的填料层高度。解 传质系数计算和汲取剂局部循环【5-24】 现一逆流汲取填料塔，填料层高度为8m，用流量为100h的清水汲取空

20、气混合气体中某溶质，混合气体流量为6003/h，入塔气体中含溶质0.05摩尔分数，下同，试验测得出塔气体中溶质的汲取率为95。操作条件下的气液相平衡关系为2.8X。设汲取过程为气膜限制。（1） 计算该填料的气相总体积传质系数；（2） 汲取过程中，将汲取后汲取液的50送入解吸塔解吸后循环运用，解吸后的液体含氨0.004，假设维持进汲取塔总液体量不变，计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶参与状况下，出塔气体中溶质的摩尔分数。解1 汲取率为95时，y2=0.0510.950.0025，混合气体流量G60022.4=26.8 h液气比汲取因数 EMBED Equation.3 气相总传质单元数气相总传质单

21、元高度气相总体积传质系数（3） 纯水和解吸后液体混合后的组成X2X2出塔气体中溶质摩尔分数多股进料进料位置和方式不同对填料层高度的影响【5-25】在101.3, 25的条件下，采纳塔截面积为1.54的填料塔,用纯溶剂逆流汲取两股气体混合物的溶质，一股气体中惰性气体流量为50，溶质含量为0.05摩尔比，下同，另一股气体中惰性气体流量为50，溶质含量为0.03，要求溶质总回收率不低于90，操作条件下体系亨利系数为279 ，试求：（1） 当两股气体混合后从塔底参与，液气比为最小液气比的1.5倍时，出塔汲取液浓度和填料层高度该条件下气相总体积传质系数为30 h m3，且不随气体流量而变更；（2） 两股

22、气体分别在塔底和塔中部适当位置进气组成及塔内气相组成一样进入，所需填料层总高度和相宜进料位置，设尾气气体组成及1一样。（3） 比拟两种加料方式填料层高度变更，并示意绘出两种进料状况下的汲取操作线。解 依据题意汲取流程如图5-14所示：（1） 混合后气体摩尔比浓度：出塔气体浓度：物系的相平衡常数2=0操作液气比传质单元高度 （2） 当两股气体分别进入汲取塔，高浓度在塔底进入，低浓度在如图5-14所示塔中部进入，汲取塔分为两局部，塔内液气比不同，填料层高度分两段计算。上段填料层高度：对于塔上部：进塔气体组成为，出塔气体组成为，液气比3.72，塔中部液体组成。传质单元高度 第二股气体进塔位置距塔顶处。下段填料层高度：对于塔下部：进塔气体组成为，中部气体组成为X27.44，进塔液体组成。传质单元高度3气体混合后进入汲取塔的操作线如图5-15为，分别在相宜位置进入汲取塔的操作线为，从操作线距离平衡线的距离看，气体混合后进入汲取塔的操作线靠近平衡线，传质推动力降低，所以填料层高度增加。汲取是别离过程，而组成不同的气体先混合是返混，返混对汲取不利，故填料层高度增加。