2022年化工原理下册答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载化工原理（天津高校其次版）下册部分答案第 8 章2. 在温度为 25 及总压为 101.3 kPa 的条件下,使含二氧化碳为 3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为 350 g/m 3 的水溶液接触；试判定二氧化碳的传递方向,并运算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力；已知操作条件下,亨利系数 E 1 . 66 10 5kPa,水溶液的密度为 997.8 kg/m 3；解：水溶液中 CO2 的浓度为c 350 /1000 kmol/m 30.008kmol/m 344对于稀水溶液,总浓度为c t9 9 7. 8k m

2、o l / m 185 5. 4 3 kmol/m3水溶液中 CO 2 的摩尔分数为由xc0.0081.443 1044kPa23.954kPa c t55.43p*Ex5 1.66 101.443 10气相中 CO 2 的分压为pp y101.3 0.03kPa3.039kPa p*故 CO2 必由液相传递到气相,进行解吸；以 CO2的分压表示的总传质推动力为p p * p 23.954 3.039kPa 20.915 kPa3. 在总压为 110.5 kPa 的条件下, 采纳填料塔用清水逆流吸取混于空气中的氨气；测得在塔的某一截面上, 氨的气、液相组成分别为 y 0.032、c 1.06k

3、oml/m 3；气膜吸取系数 kG=5.2 10-6 kmol/m 2s kPa,液膜吸取系数 kL=1.55 10-4 m/s；假设操作条件下平稳关系听从亨利定律,溶解度系数 H0.725 kmol/m 3 kPa；（1）试运算以 p 、c 表示的总推动力和相应的总吸取系数；（2）试分析该过程的掌握因素；解： 1 以气相分压差表示的总推动力为ppp *p yc110.5 0.0321.06kPa2.074kPa H0.725其对应的总吸取系数为11L10.72511016m2s kPa/kmolKGHkkG1.5545.210KG3 8.899 105 1.923 10 m2s Pa/kmo

4、l5 2.012 10 m2s Pa/kmol.497106kmol/m2 s kPa 以液相组成差表示的总推动力为cc*cpHc110.50.0320.7251.06kmol/m31.504kmol/m3其对应的总吸取系数为名师归纳总结 KL11H1. 551104150. 7256m/s.6855106m/s第 1 页,共 35 页kLkG. 210- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载（ 2）吸取过程的掌握因素气膜阻力占总阻力的百分数为1/k GKG.4971066100%95 .58%1/KGkG5. 210气膜阻力占总阻力的

5、绝大部分,故该吸取过程为气膜掌握；4. 在某填料塔中用清水逆流吸取混于空气中的甲醇蒸汽；操作压力为 105.0 kPa,操作温度为 25 ；在操作条件下平稳关系符合亨利定律,甲醇在水中的溶解度系数为 2.126 kmol/m 3 kPa；测得塔内某截面处甲醇的气相分压为 7.5 kPa,液相组成为 2.85 kmol/m 3,液膜吸取系数 kL=2.12 10-5 m/s,气相总吸取系数 K G1.206 10-5 kmol/m 2 s kPa；求该截面处（1）膜吸取系数 kG、kx 及 ky；（ 2）总吸取系数 K L、 KX 及 K Y；（ 3）吸取速率；解： 1 以纯水的密度代替稀甲醇水

6、溶液的密度,25 时水的密度为3997 . 0 kg/m溶液的总浓度为c t997.0 kmol/m 18355.39kmol/m3s k xc kL5 5. 3 92. 1 251 0k m o l / ms1. 1 7 41 0k m o l / m11115152 ms kPa/ kmolk GKGHk L1.206 102.126 2.12 104 6.073 10 m2s kPa/ kmolk G1.647 105kmol m2s kPak yp kG105.01.647105kmol/m2s1.729103kmol/m2s（2）由KLKG.1206105m/s5 .673106m/

7、s H2. 126mHp总MS2 .126997 0.180. 2481050.11m 11.7291030.2483m2s/kmol7.8962 10 m2s/kmolKykykx1.17410Ky1.266103kmol m2sKxmKy0.2481.266103kmol/m2s3.140104kmol/m2s因溶质组成很低,故有KXc KL55.395.673 10 kmol/m2s3.142 10 kmol/m2sKYp KG105.0 1.206 10 kmol/m2s1.266 10 kmol/m2s（3）吸取速率为NAKLc*c5.673 1062.1267.52.85 kmol

8、/m2s5 1.310 10 kmol/m2s5. 在 101.3 kPa及 25 的条件下,用清水在填料塔中逆流吸取某混合气中的二氧化硫；已知混合气进塔和出塔的组成分别为y1=0.04、y2=0.002；假设操作条件下平稳关系听从亨利定律,亨利系数为4.13 103 kPa,吸取剂用量为最小用量的1.45 倍；（1） 试运算吸取液的组成；名师归纳总结 （2） 如操作压力提高到11013 kPa 而其他条件不变,再求吸取液的组成；第 2 页,共 35 页解：（ 1）Y 11y 10.04 0.040.0417y 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Y

9、21y210.002优秀学习资料欢迎下载0.002y 20.002mE3 4.13 1040.77pt101.3吸取剂为清水,所以X20qn,LY 1Y 20.04170.002038.81q n,VminY 1/mX20.0417/ 40.77所以操作时的液气比为qn,L1.45qn,Lmin1.4538.8156.27qn,Vqn,V吸取液的组成为X1q n,VYY 2X210.04170.00207.054 10445 q n,L56.27（ 2）mE3 4.13 104.077p t1013q n,LminY 1Y 1Y 2X20.04170.0023.881q n,V/m0.0417

10、04.077q n , L1. 4 5qn , L1. 4 53. 8 8 15. 6 27q n , Vqn , Vm i nX1qn , VYY 2X210. 0 4 1 70. 0 0 207. 0 5 51 0q n , L5. 6 2 76. 在始终径为 0.8 m 的填料塔内,用清水吸取某工业废气中所含的二氧化硫气体；已知混合气的流量为kmol/h,二氧化硫的体积分数为 0.032；操作条件下气液平稳关系为 kmol/m 3 s；如吸取液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的 及所需的填料层高度；解：Y 11*y 110.0320.03310.00066241y 10.032Y 2Y 1

11、1A0.03311 0.98Y 10.03319.594104Xm34.5X10.76X1 *0.769.5941047.291 10惰性气体的流量为q n,V4510.032kmol/h43.56kmol/h水的用量为Y 34.5 X ,气相总体积吸取系数为 0.056 2 76%,要求回收率为 98%；求水的用量（kg/h）名师归纳总结 qn,Lqn,V Y 1Y 243.560.03310.000662kmol/h1.9383 10 kmol/h第 3 页,共 35 页X1X27.291 1040qm,L3 1.938 1018kg/h3.488 10 kg/h- - - - - - -

12、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载求填料层高度HOGqn,V043 .56/3600.0 82m0. 429mKYa. 0562.0785Y 1Y 1Y 1*0.033134.57.291 1040.00795Y 2Y 2Y 2*0.00066234.500.0006621 .00 .9a0 .850 .70 .6dy 0. 5e0. 40. 3b0 .2 1110 .c0 . 00 . 0 x W 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 x F 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 x D 1 . 0XN OG Y 1 Y

13、2 0 . 0331 0 . 000662 11 . 07 Y m 0 . 00293Z N OGH OG 11 . 07 .0 429 m 4 . 749 m7. 某填料吸取塔内装有 5 m 高,比表面积为 221 m 2/m 3的金属阶梯环填料,在该填料塔中,用清水逆流吸取某混合气体中的溶质组分； 已知混合气的流量为 50 kmol/h,溶质的含量为 5（体积分数）；进塔清水流量为 200 kmol/h,其用量为最小用量的 1.6 倍；操作条件下的气液平稳关系为 Y 2.75 X ；气相总吸取系数为 3 10 kmol/m s ；4 2填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的 90；试运算

14、（ 1）填料塔的吸取率；（2）填料塔的直径；解：（ 1）惰性气体的流量为qn,V5010.05kmol/h47.5kmol/h对于纯溶剂吸取q n,LminY 1Y 1Y 22mAq n,V/mX依题意名师归纳总结 （ 2）q n,Lmin2002.63200 .0 1 2 0第 4 页,共 35 页q n,V47.5 1.6qn,L/q n,Vmin2.63295.71%Am2.75Y 11y 110.050.0526y 10.05Y 2Y 11A0.05261 0.95710.00226X1qn,VY 1Y 2X247.50 .0 52 60. 0 0 2 2 6qn,L2 0 0Y 1Y

15、 1Y 1*0.05262.750.01200.0196Y 2Y 2Y 2*0 . 00226.27500 . 00226Y mY 1Y 20. 01960. 002260. 00803lnY 1ln0 .0. 0196NOGY 200226Y 1Y 2.005260. 002266. 269Y m.000803- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由HOGKZOG5m4优秀学习资料2欢迎下载2.0798 mNOG.6 269HOGqn,V31047 .5/36000.798m0.277 mKYaqn,VYaH2210. 9填料塔的直径为D443.0277

16、m0. 594m. 148. 在 101.3 kPa 及 20 的条件下,用清水在填料塔内逆流吸取混于空气中的氨气；已知混合气的质量流速G 为 600 kg/m 2 h,气相进、出塔的摩尔分数分别为 0.05、0.000526,水的质量流速 W 为 800 kg/m 2 h,填料层高度为 3 m；已知操作条件下平稳关系为 Y= 0.9 X,KGa 正比于 G 0.8而于 W 无关；如（ 1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；3 液体流速增加一倍,试分别运算填料层高度应如何变化,才能保持尾气组成不变；解：第一运算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数Y 11y 110.05 0.050

17、.0526y 1Y 21y210.000526 0.0005260.000526y 2操作条件下,混合气的平均摩尔质量为名师归纳总结 Mx Mi0.05 1710.0529 kg/kmol28.4kg/kmol0.406第 5 页,共 35 页qn,V6001 0.05 kmol/m2h20.07kmol/m2h28.4qn,L8001 0 kmol/m2h44.44 kmol/m2hSmq n,V0.9 20.07Y 1*q n,L1844.44m X 1q n , Vmq n , LYY0. 4 0 60. 0 5 2 60. 0 0 0 5 2 60. 0 2 1 1Y 1Y 1Y 1*

18、0.05260.02110.0315Y 2Y 2Y 2*0.00052600.000526NOG11SlnY 11ln0.03156.890Y 21 0.4060.000526HOGZ3m0.435m NOG6.890（ 1）pt2pt- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - mEm0.4060.203优秀学习资料欢迎下载ptmptmpt2Sm q n,VSqn,L22如气相出塔组成不变,就液相出塔组成也不变；所以* 1Y 1 Y 1 Y 1 0.0526 0.0211 0.04212*Y 2 Y 2 Y 2 0.000526 0 0.000526N OG 1

19、ln Y 1 1ln 0.04215.4991 S Y 2 1 0.203 0.000526q n,V q n,VH OGK a K ap总H OG q n,V H OG 0.435m 0.218 m K ap总 2 2Z H O G N O G0. 2 1 8 5. 4 9 9 m 1. 1 9 9Z Z Z 1.199 3m 1.801 m 即所需填料层高度比原先削减 1.801m；（2）q n,V 2 q n,Vmq n,VS 2 S 2 0.406 0.812L如保持气相出塔组成不变,就液相出塔组成要加倍,即X12X1故名师归纳总结 Y 1Y 1* Y 1Y 1m X 1YSYY0.

20、0 1 0 3第 6 页,共 35 页Y 20. 0 5 2 60. 8 1 20. 0 5 2 60. 0 0 0 5 2 6Y 2Y 2*0.00052600.000526NOG11SlnY 111ln0.010315.82Y 20.8120.000526HO Gq n , Vqn , Vqqn , V 0 . 8 q0 . 2K aK aPn , VHO Gn , Vqn , V0 . 2O G20 . 20. 4 3 5 m0. 5 0 0Hqn , VZHOGNOG0.50015.82m7.910m ZZZ7.9103m4.910m - - - - - - -精选学习资料 - - -

21、 - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载即所需填料层高度要比原先增加 4.910 m；（3）q n,L 2 q n,LS mq n,V S 0.406 0.203q n,L 2 2*N OG 1 ln 1 S Y 1 Y 2* S1 S Y 2 Y 21 ln 1 0.203 0.0526 0 0.203 5.4971 0.203 0.000526 0W 对 KGa 无影响,即 q n,L 对 KGa 无影响,所以传质单元高度不变,即H OG H OG 0.435 m Z H OG N OG 0.435 5.497m 2.391mZ Z Z 2.391 3m 0.609m即所需填料层高

22、度比原先削减 0.609 m；9. 某制药厂现有始终径为 1.2 m,填料层高度为 3 m 的吸取塔,用纯溶剂吸取某气体混合物中的溶质组分；入塔混合气的流量为 40 kmol/h,溶质的含量为 0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于 95%；操作条件下气液平稳关系为 Y = 2.2X ；溶剂用量为最小用量的 1.5 倍；气相总吸取系数为 0.35 kmol/ m 2 h；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的 90；试运算（ 1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度；解：（ 1）Y 1 y 1 0.060.06381 y 1 1 0.06Y 2 Y 1 1 A 0.06

23、38 1 0.95 0.00319惰性气体的流量为qn,V4010.06kmol/h37.6kmol/h00. 0 1 9 3q n,LmA2.2 0.952.09qn,Vminqn,Lmin2. 0937 .6kmolh78. 58kmolhqn,L1. 575.58kmolh117. 9kmolhX 1qn , VY 1Y 2X23 7. 60. 0 6 3 80. 0 0 3 1 9q n , L1 1 7. 9（ 2）Y 1Y 1Y 1*0.06382.2 0.01930.0213Y 2Y 2Y 2*0. 0 0 3 1 92. 200. 0 0 3 1 9Y mY 1Y 20.021

24、30.003190.00954lnY 1ln0.0213 0.00319NOGY 2Y 1Y 20.06380.003196.353Y m0.00954HOGZ3m0.472m NOG6.353由HOGq n , VK a填料的有效比表面积为名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - aHq n,VY0.472优秀学习资料3欢迎下载337.61.222 m /m2 201.35m /mOGK0.350.785填料的总比表面积为由at201.35 m /m 0.932 223.72m /m3N OGlnS由NTS1mq n,V

25、2.2 37.60.702Sqn,L117.9N T6.3530.70215.351ln 0.702ZH E T PTN填料的等板高度为3HETP m 0.561m5.35110. 用清水在塔中逆流吸取混于空气中的二氧化硫；已知混合气中二氧化硫的体积分数为 0.085,操作条件下物系的相平稳常数为 26.7,载气的流量为 250 kmol/h；如吸取剂用量为最小用量的 1.55 倍,要求二氧化硫的回收率为 92%；试求水的用量（ kg/h）及所需理论级数；解：Y 11y 1y 1X10.085 0.0850.0929Y 2Y 11A0.09291 0.920.007432用清水吸取,0q n,

26、LmA26.70.9224.564q n,Vmin操作液气比为qn,L1.5524.56438.074qn,V水的用量为q n,L 38.074 250kmol/h 9.519 10 kmol/h 3 q m,L 9.519 10 318kg/h 1.713 10 kg/h 5A q n,L 38.074 1.426mq n,V 26.7用清水吸取,A 0.92Aln由 N T 1 1ln A1.426 0.92lnN T 1 0.92 1 4.198ln1.42611. 某制药厂现有始终径为 0.6 m,填料层高度为 6 m 的吸取塔,用纯溶剂吸取某混合气体中的有害组分；现场测得的数据如下：

27、V=500 m 3/h、Y1=0.02、Y2=0.004 、X1=0.004；已知操作条件下的气液平稳关系为 Y = 1.5 X ；现因环保要求的提高,要求出塔气体组成低于0.002 （摩尔比）；该制药厂拟采纳以下改造方案：维护液名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 35 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载气比不变,在原塔的基础上将填料塔加高；试运算填料层增加的高度；解：改造前填料层高度为ZHOGNOG改造后填料层高度为故有ZHOGNOGZHOGNOGZHOGNOG由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变,故HOGHOG0,Y 2*0S

28、 SS对于纯溶剂吸取X2由NOG11Sln1S Y 1Y 2Y 2*Y 2*故NOG11Sln1SY 1S Y 2NOG11Sln1SY 1S Y 2因此,有Zln1S Y 1S Y 2Zln1S Y 1S Y 2操作液气比为Zqn,LY 1Y 20.020.00441.509qn,VX1X20.0040Smq n,V1.50.375q n,L4ln10.3750.020.3750.002 0.02Zln10.3750.3750.004Z1.509 6m9.054m填料层增加的高度为名师归纳总结 ZZZ9.0546m3.054mHOGHG1HL；第 9 页,共 35 页12. 如吸取过程为低组

29、成气体吸取,试推导A解：HGq n,Vk aHLqn,Lk aS1mq n,Vqn,LA- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载1 q n,V mq n,V q n,L q n,V 1 m q n,V 1H G H L A k a q n,L k a a k y k x a K Yq n,V由 H OGK a故 H O G H G 1 H LA13. 在装填有 25 mm 拉西环的填料塔中,用清水吸取空气中低含量的氨；操作条件为 20 及 101.3 kPa,气相的质量速度为 0.525 kg/m 2 s,液相的质量速度为 2.850

30、kg/m 2 s；已知 20 及 101.3 kPa 时氨在空气中的扩散系数为 .1 89 10 5m 2/s, 20 时氨在水中的扩散系数为 1.76 10 9m 2/s；试估算传质单元高度 HG、HL；解：查得 20 下,空气的有关物性数据如下：G1. 8 11 0Pas G1.205 kg/m3m0.237m由HGG W Sc G0 . 5Sc GGGAB1.81 10550.795D1.205 1.89 10查表 8-6,0.557 ,0.32,0.51HG0.557G0.32 W0.51Sc G0.50.5570.5250.322.8500.510.5 0.795查得 20 下,水的

31、有关物性数据如下：由HL1 0 0. 55 1 0Pas L998.2 kg/m3LWSc L0 . 5LSc LL100.5 1059572.1LDAB998.2 1.76 10查表 8-7,2.36103,0. 220.53W0.22Sc LHL2.3610L0.222.36 10 3 2.8505 572.1 0.5m 0.325m100.5 1014. 用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸取液,已知进、出解吸塔的液相组成分别为 0.008 5 和 0.001 6（均为摩尔比） ；解吸所用载气为含二氧化碳 0.000 5（摩尔分数） 的空气, 解吸的操作条件为 35 、101.3 kP

32、a,此时平稳关系为 Y=106.03 X；操作气液比为最小气液比的 1.45 倍；如取 H OL 0.82 m,求所需填料层的高度；解：进塔载气中二氧化碳的摩尔比为Y 1y 10.0005最小气液比为qn,VminX22X10.00850.00160.00766q n,LmXY 1106.030.00850.0005操作气液比为名师归纳总结 q n,V1.450.007660.0111第 10 页,共 35 页qn,L- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载吸取因数为Aqn,L106.0310.01110.850mq n,V液相总传质单

33、元数为NOL11Aln1AX2X1* *A0.00050.8503.334X1X111 0.850ln10.8500.0085106.03 0.00050.0016106.03填料层高度为Z H OL N OL 0.82 3.334m 2.734m15. 某操作中的填料塔, 其直径为 0.8 m,液相负荷为 8.2 m 3/h,操作液气比 （质量比） 为 6.25；塔内装有 DN50金属阶梯环填料, 其比表面积为 109 m 2/m 3；操作条件下, 液相的平均密度为 995.6 kg/m 3,气相的平均密度为 1.562 kg/m 3；（1）运算该填料塔的操作空塔气速；（2）运算该填料塔的液

34、体喷淋密度,并判定是否达到最小喷淋密度的要求；解：（ 1）填料塔的气相负荷为q V,V8.2 995.6 m /h6.25 1.5623 836.25m /h填料塔的操作空塔气速为u836.25/ 3600 m/s 2 0.785 0.80.462m/s（ 2）填料塔的液体喷淋密度为Uq V,LD28.223 m /m2h3 16.32m /m2h/ 40.785 0.8最小喷淋密度为Um i nLW m i n a0. 0 83 21 0 9 m / mh 3 28. 7 2 m / mh UUmin,达到最小喷淋密度的要求；16. 矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中,用清水洗涤以除去其

35、中的二氧化硫；已知入塔的炉气流量为 2400 m 3/h,其平均密度为1.315 kg/m 3；洗涤水的消耗量为50 000 kg/h；吸取塔为常压操作,吸取温度为20 ；填料采纳 DN50 塑料阶梯环,泛点率取为60；试运算该填料吸取塔的塔径；解：查得 20 下,水的有关物性数据如下：L1 0 0. 55 1 0Pa s L998.2 kg/m3炉气的质量流量为q m,V 2400 1.315kg/h 3156.0kg/h采纳埃克特通用关联图运算泛点气速,横坐标为q m,L V 0.5 50000 1.315 0.50.575q m,V L 3156 998.2查图 8-23,得纵坐标为名师归纳总结 u2gFVL0.20.038第 11 页,共 35 页FL- - - - - -