化工原理学习指导答案丁忠伟主编吸收蒸馏干燥计算题

1化工原理学习指导丁忠伟主编 吸收-蒸馏-干燥答案 气体吸收5-26. 在 25 下 ， 用 CO2浓 度 为 0.01kmol/m3和 0.05kmol/m3的 CO2水 溶 液 分 别 与CO2分 压 为 50.65kPa 的 混 合 气 接 触 ， 操 作 条 件 下 相 平 衡 关 系 为 pA*=1.66105x(kPa),试 说 明 上 述 两 种 情 况 下 的 传 质 方 向 ， 并 用 气 相 分 压 差 和 液 相 摩 尔 浓 度 差 分 别 表 示 两 种 情况 下 的 传 质 推 动 力 。解 ： 4108./10. SAMcxpA*=1.661051.810-4=29.9(kPa)pA=50.65 kPa pA* 所 以 传 质 方 向 为 溶 质 由 气 相 到 液 相 （ 吸 收 过 程 ）以 气 相 分 压 差 表 示 的 传 质 推 动 力 为 kPa8.209.65.0*AAp与 CO2分 压 为 50.65kPa 的 气 相 呈 相 平 衡 的 液 相 摩 尔 浓 度35* kmol/017.18EpMcASA以 液 相 摩 尔 浓 度 差 表 示 的 传 质 推 动 力 为 3A* l/.0.7.c4 10.9/185. SxPA*=1.661059.010-4=149.4(kPa)pA=50.65 kPa pA* 所 以 传 质 方 向 为 溶 质 由 液 相 到 气 相 （ 解 吸 过 程 ）以 气 相 分 压 差 表 示 的 传 质 推 动 力 为 kPa8.965.0419A*Ap以 液 相 摩 尔 浓 度 差 表 示 的 传 质 推 动 力 为 3*Akmol/0.17.05c5-27.在一填料塔内用清水逆流吸收某二元混合气体中的溶质 A。已知进塔气体中溶质的浓度为 0.03（摩尔比，下同） ，出塔液体浓度为 0.0003，总压为 101kPa，温度为 40 ， 问 :（1）压力不变，温度降为 20 时 ， 塔 底 推 动 力 （ Y-Y*） 变 为 原 来 的 多 少 倍 ？（ 2） 温 度 不 变 ， 压 力 达 到 202 kPa，塔 底 推 动 力 （ Y-Y*） 变 为 原 来 的 多 少 倍 ？已 知 ： 总压为 101kPa，温度为 40 时 ， 物 系 气 液 相 平 衡 关 系 为 Y*=50X。 总压为2101kPa，温度为 20 时 ， 物 系 气 液 相 平 衡 关 系 为 Y*=20X。解： 总压为 101kPa，温度为 40 时 0153504.mXY所以 .1（1）压力不变，温度降为 20C 时 063204 .Y所以 2.上6.105.412Y(2) 压 力 达 到 202 kPa，温度为 40 C21 mP0751354 .XY所以 2.02上5.1.1Y5-28.在 一 填 料 塔 中 进 行 吸 收 操 作 ， 原 操 作 条 件 下 ， kYa=kXa=0.026kmol/m3.s， 已 知液 相 体 积 传 质 系 数 kXaL0.66。 试 分 别 对 m=0.1 及 m=5.0 两 种 情 况 ， 计 算 当 液 体 流 量增 加 一 倍 时 ， 总 传 质 阻 力 减 少 的 百 分 数 。解：(1) 时m01. s)/kol(08.4236.1026. akaKYX时L2 s)kmol/(4. 36.06.0 kXX )/kol(95.0826.1.11 3amkaKYX所以，阻力减少：3%34.08.423951aKX(2) 时m5 s)/kmol X .k时L2 s)kol/(41.236.06.0 aakXX )/ml(02.3.541.1 mkKY所以，阻力减少： %6.3015.4621aKX5-29. 用 清 水 在 填 料 吸 收 塔 中 逆 流 吸 收 含 有 溶 质 A 的 气 体 混 合 物 。 进 塔 气 体 浓 度 为0.05（ 摩 尔 分 率 ） ， 在 操 作 条 件 下 相 平 衡 关 系 为 Y*=5X， 试 分 别 计 算 液 气 比 为 6、 5和 4 时 ， 出 塔 气 体 的 极 限 浓 度 和 液 体 出 口 浓 度 。解 (1) ，当填料层高度为无穷时，操作线 ab 与平衡线交于塔顶。mVL602in2,XY由物料衡算： min2,121YL其中 056.11yY86052.X(2) ，操作线 ab与平衡线重叠 mVL，02in2,Y15.6.1max, X XbY*=5XYY1aa b习题 5-29 附图4(3) ，操作线 ab与平衡线交于塔底。mVL4015.26.1ax, YX由物料衡算： 01654262max1,1min2, .XVL5-30.在 填 料 塔 中 用 清 水 吸 收 混 合 气 体 中 的 溶 质 ， 混 合 气 中 溶 质 的 初 始 组 成 为0.05（ 摩 尔 分 率 ） ， 操 作 液 气 比 为 3， 在 操 作 条 件 下 ， 相 平 衡 关 系 为 Y*=5X， 通 过 计 算比 较 逆 流 和 并 流 吸 收 操 作 时 溶 质 的 最 大 吸 收 率 。解：(1) 逆流时 0526.11yY在塔底达平衡 .5.01mX021.5.30526.2112 XVLY%.max12(2) 并流时在塔底达平衡， 15XY221VL1250329.56.821Y%.max 721逆流时溶质吸收率高5-31.在 101.3kPa、 35 的 操 作 条 件 下 ， 在 吸 收 塔 中 用 清 水 逆 流 吸 收 混 合 气 中 的 溶 质A， 欲 将 溶 质 A 的 浓 度 由 0.02（ 摩 尔 分 率 ， 下 同 ） 降 至 0.001， 该 系 统 符 合 亨 利 定律 ， 操 作 条 件 下 的 亨 利 系 数 为 5.52104kPa。 若 操 作 时 吸 收 剂 用 量 为 最 小 用 量 的 1.2倍 ，5（ 1） 试 计 算 操 作 液 气 比 L/V 及 出 塔 液 相 组 成 X1。（ 2） 其 它 条 件 不 变 ， 操 作 温 度 降 为 15 ， 此 时 亨 利 系 数 为 1.2104kPa， 定 量 计 算L/V 及 X1如 何 变 化 。解：(1) 101.3kPa、 35 下mE21054.，20.11yY 01.122yY584.21minXYVL658.min52121 102.30.4. YLVX(2) 温 度 降 为 15C 时 5.83.04PE7.125.804.2.12min XYVL.37.2.2.min42121 10.1504. YLVX5-32. 下 图 为 低 浓 度 气 体 吸 收 的 几 种 流 程 ， 气 液 平 衡 关 系 服 从 亨 利 定 律 ， 试 在 Y-X图 上 定 性 地 画 出 与 各 个 流 程 相 对 应 的 平 衡 线 和 操 作 线 的 位 置 ， 并 用 图 中 表 示 浓 度 的 符 号标 明 各 操 作 线 端 点 的 坐 标 。X21 2X3X1Y1Y3 Y2（1）1 2X2X11 X12Y1Y3Y2（2）6（习题 5-32 附图）YY1bbY3Y2X2 X3 X1 X(2)(1)E(2)YY1Y3Y2X2 X12 X11XE(1)Y1上 下下下下下X2X1X3Y21 2X2X3X1Y1Y21Y22（3） （4）（1）（2）7(2) (1)YY1Y211Y22X2XX1X3EYY1Y2X1 X2 X3XE上 下 5-33.用 纯 溶 剂 逆 流 吸 收 低 浓 度 气 体 中 的 溶 质 ， 溶 质 的 回 收 率 用 表 示 ， 操 作 液 气 比 为最 小 液 气 比 的 倍 。 相 平 衡 关 系 为 Y*=mX， 试 以 、 两 个 参 数 表 达 传 质 单 元 数NOG。解： mYXVL1221minin/1LS22YmX（3）（4）81111XY21OGlnlSmSnN5-34.在 逆 流 操 作 的 填 料 吸 收 塔 中 ， 用 清 水 吸 收 某 低 浓 度 气 体 混 合 物 中 的 可 溶 组 分 。操 作 条 件 下 ， 该 系 统 的 平 衡 线 与 操 作 线 为 平 行 的 两 条 直 线 。 已 知 气 体 混 合 物 中 惰 性组 分 的 摩 尔 流 率 为 90kmol/m2.h， 要 求 回 收 率 达 到 90%， 气 相 总 体 积 传 质 系 数 KYa为 0.02kmol/m3.s， 求 填 料 层 高 度 。解： 1YVL推动力处处相等。122mYXY9.011OG Nm25.0.369aKVHY.1.OGZ5-35.直 径 为 800mm 的 填 料 吸 收 塔 内 装 6m 高 的 填 料 ， 每 小 时 处 理 2000m3（ 25 ，101.3kPa） 的 混 合 气 ， 混 合 气 中 含 丙 酮 5%， 塔 顶 出 口 气 体 中 含 丙 酮 0.263%（ 均 为摩 尔 分 率 ） 。 以 清 水 为 吸 收 剂 ， 每 千 克 塔 底 出 口 溶 液 中 含 丙 酮 61.2g。 在 操 作 条 件下 的 平 衡 关 系 为 Y*=2.0X， 试 根 据 以 上 测 得 的 数 据 计 算 气 相 总 体 积 传 质 系 数 KYa。解：，%51y 0526.11y，263.0 3222 104.13. Y，2X0.165.193221064.YmXY2.511 3321m 105.6104.2.0lnln Y9.75.63m1OG N7109zOG.H而 h)kmol/(458243180 22.VaKYOG h)kol/(05.2671.53H5-36.体 积 流 量 为 200m3/h（ 18 、 101.3kPa） 的 空 气 -氨 混 合 物 ， 用 清 水 逆 流 吸 收 其中 的 氨 ， 欲 使 氨 含 量 由 5%下 降 到 0.04%（ 均 为 体 积 百 分 数 ） 。 出 塔 氨 水 组 成 为 其 最大 组 成 的 80%。 今 有 一 填 料 塔 ， 塔 径 为 0.3m， 填 料 层 高 5m， 操 作 条 件 下 的 相 平 衡关 系 为 Y*=1.44X， 问 该 塔 是 否 合 用 ？ KGa 可 用 下 式 计 算 ：KGa=0.0027m0.35W0.36 kmol/（ m3.h.kPa）m-气 体 质 量 流 速 ， kg/（ m2.h） ；W-液 体 质 量 流 速 ， kg/（ m2.h） 。解：，%51y 0526.11yY，04.2 420.，2X 029.1568.8.111 mYX4220Y06.2.56.11103421m 10.106.ln0ln Y78.353m1OGN混合气体摩尔流率： h)kmol/(621078512438022.混合气体平均分子量： kg/l4.9.75.M混合气体质量流速： h)/(m8.364.26.182m惰性组分摩尔流率： )kol/(9.105. 21 yGV又 22YXL h)kmol/(45.20109.426.1 221 液体质量流速： w2045836.kg/(mh)2 kPa)hkmol/(86.01.3628.07.7. 350.0G waKh)kol/(5.893PYmaVHOG26.17.48Nz5上上所以，该塔不合适。5-37.混 合 气 中 含 0.1（ 摩 尔