化工原理作业题

第一章第一章 5用本题附图中串联管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸气压，管压差计的指示液为 水银，两管间的连接管内充满水。以知水银面与基准面的垂直距离分别为： 12.3m，2=1.2m, 3=2.5m,4=1.4m。锅中水面与基准面之间的垂直距离5=3m。 大气压强a= 99.3103。 试求锅炉上方水蒸气的压强。 分析：首先选取合适的截面用以连接两个管，本题 应选取如图所示的 11 截面，再选取等压面，最后根 据静力学基本原理列出方程，求解 解：设 11 截面处的压强为1 对左边的管取-等压面， 由静力学基本方程 0 + 水g(h5-h4) = 1 + 水银g(h3-h4) 代入数 据 0 + 1.01039.81(3-1.4) = 1 + 13.61039.81(2.5-1.4) 对右边的管取-等压面，由静力学基本方程1 + 水g(h3-h2) = 水银g(h1-h2) + 代入数据 1 + 1.01039.812.5-1.2= 13.61039.812.3-1.2 + 99.3103 解着两个方程 得 0 = 3.64105Pa 10.用离心泵把 20的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定，各部分相 对位置如本题附图所示。管路的直径均为 762.5mm，在操作条件下，泵入口 处真空表的读数为 24.6610Pa,水 流经吸入管与排处管（不包括喷头） 的能量损失可分别按 f,1=2u，hf,2=10u2计算，由于管径不变，故式中 u 为吸入或排出管的流速 /s。排水管与喷头连接处的压强为 98.0710Pa（表压） 。试求泵的有效功率。 分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两 部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别 列柏努力方程。 解：总能量损失hf=hf+，1hf，2 u1=u2=u=2u2+10u=12u 在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/=z1g+u2/2+P1/+hf，1 （ P0-P1）/= z1g+u2/2 +hf，1 u=2m/s ws=uA=7.9kg/s 在真空表与排水管-喷头连接处取截面 z1g+u2/2+P1/+We=z2g+u2/2+P2/+hf，2 We= z2g+u2/2+P2/+hf，2（ z1g+u2/2+P1/） =12.59.81+（98.07+24.66）/998.210+102 =285.97J/kg Ne= Wews=285.977.9=2.26kw 13. 用压缩空气将密度为 1100kg/m3的腐蚀性液体自低 位槽送到高位槽，两槽的液位恒定。管路直径均为 603.5mm，其他尺寸见本题附图。各管段的能量损失 为f，AB=f，CD=u2，f，BC=1.18u2。两压差计中 的指示液均为水银。试求当 R1=45mm，h=200mm 时：（1）压缩空气的压强 P1为若干？ （2）U 管差压计读数 R2为多少？ 解：对上下两槽取截面列柏努力方程 0+0+P1/=Zg+0+P2/+f P1= Zg+0+P2 +f =109.811100+1100（2u2+1.18u2） =107.9110+3498u 在压强管的 B，C 处去取截面，由流体静力学方程得 PB+g（x+R1）=Pc +g（hBC+x）+水银R1g PB+11009.81（0.045+x）=Pc +11009.81（5+x）+13.6109.810.045 PB-PC=5.95104Pa 在 B，C 处取截面列柏努力方程 0+uB/2+PB/=Zg+uc2/2+PC/+f，BC 管径不变，ub=u c PB-PC=（Zg+f，BC）=1100（1.18u2+59.81）=5.95104Pa u=4.27m/s 压缩槽内表压 P1=1.23105Pa （2）在 B，D 处取截面作柏努力方程 0+u2/2+PB/= Zg+0+0+f，BC+f，CD PB=（79.81+1.18u2+u2-0.5u2）1100=8.35104Pa PB-gh=水银R2g 8.35104-11009.810.2=13.6109.81R2 R2=609.7mm 15.在本题附图所示的实验装置中，于异径水平管段两截面间连一倒置 U 管压差计，以测量 两截面的压强差。当水的流量为 10800kg/h 时，U 管压差计读数 R 为 100mm，粗细管的直径 分别为 603.5mm 与 453.5mm。计算：（1）1kg 水流经两截面间的能量损失。 （2） 与该能量损失相当的压强降为若干 Pa？ 解：（1）先计算 A，B 两处的流速： uA=ws/sA=295m/s，uB= ws/sB 在 A，B 截面处作柏努力方程： zAg+uA2/2+PA/=zBg+uB2/2+PB/+hf 1kg 水流经 A，B 的能量损失： hf= （uA2-uB2）/2+（PA- PB）/=（uA2-uB2）/2+gR/=4.41J/kg （2）.压强降与能量损失之间满足： hf=P/ P=hf=4.4110 16. 密度为 850kg/m，粘度为 810-3Pas 的液体在内径为 14mm 的钢管内流动，溶液的 流速为 1m/s。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速 度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为 14710Pa，液体流经多长的 管子其压强才下降到 127.510Pa？ 解：（1）Re =du/ =（1410-31850）/（810-3） =1.4910 2000 此流体属于滞流型 （2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足 y2 = -2p（u-um） 当=0 时 ,y2 = r2 = 2pum p = r2/2 = d2/8 当=平均=0.5max= 0.5m/s 时, y2= - 2p（0.5-1）= d2/8 =0.125 d2 即 与管轴的距离 r=4.9510-3m (3)在 147103和 127.5103两压强面处列伯努利方程 u 12/2 + PA/ + Z1g = u 22/2 + PB/+ Z2g + f u 1 = u 2 , Z1 = Z2 PA/= PB/+ f 损失能量f=（PA- PB）/=（147103-127.5103）/850 =22.94 流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足 =64/ Re 又 f=（/d）0.5 u 2 =14.95m 输送管为水平管，管长即为管子的当量长度 即：管长为 14.95m 16. 密度为 850kg/m，粘度为 810-3Pas 的液体在内径为 14mm 的钢管内流动，溶液的 流速为 1m/s。试计算：（1）泪诺准数，并指出属于何种流型？（2）局部速度等于平均速 度处与管轴的距离；（3）该管路为水平管，若上游压强为 14710Pa，液体流经多长的 管子其压强才下降到 127.510Pa？ 解：（1）Re =du/ =（1410-31850）/（810-3） =1.4910 2000 此流体属于滞流型 （2）由于滞流行流体流速沿管径按抛物线分布，令管径和流速满足 y2 = -2p（u-um） 当=0 时 ,y2 = r2 = 2pum p = r2/2 = d2/8 当=平均=0.5max= 0.5m/s 时, y2= - 2p（0.5-1）= d2/8 =0.125 d2 即 与管轴的距离 r=4.9510-3m (3)在 147103和 127.5103两压强面处列伯努利方程 u 12/2 + PA/ + Z1g = u 22/2 + PB/+ Z2g + f u 1 = u 2 , Z1 = Z2 PA/= PB/+ f 损失能量f=（PA- PB）/=（147103-127.5103）/850 =22.94 流体属于滞流型 摩擦系数与雷若准数之间满足 =64/ Re 又 f=（/d）0.5 u 2 =14.95m 输送管为水平管，管长即为管子的当量长度 即：管长为 14.95m 21. 从设备送出的废气中有少量可溶物质，在放空之前令其通过一个洗涤器，以回收这些 物质进行综合利用，并避免环境污染。气体流量为 3600m/h，其物理性质与 50的空气 基本相同。如本题附图所示，气体进入鼓风机前的管路上安装有指示液为水的 U 管压差计， 起读数为 30mm。输气管与放空管的内径均为 250mm，管长与管件，阀门的当量长度之和为 50m，放空机与鼓风机进口的垂直距离为 20m，已估计气体通过塔内填料层的压强降为 1.9610Pa。管壁的绝对粗糙度可取 0.15mm，大气压强为 101.3310。求鼓风机的有效 功率。 解：查表得该气体的有关物性常数 =1.093 , =1.9610-5Pas 气体流速 u = 3600/(36004/0.252) = 20.38 m/s 质量流量 s = uAs = 20.384/0.2521.093 =1.093 Kg/s 流体流动的雷偌准数 Re = du/= 2.84105 为湍流型 所有当量长度之和 总=+e =50m 取 0.15 时 /d = 0.15/250= 0.0006 查表得 =0.0189 所有能量损失包括出口,入口和管道能量损失 即: = 0.5u2/2 + 1u2/2 + (0.018950/0.25) u2/2 =1100.66 在 1-12-2 两截面处列伯努利方程 u2/2 + P1/+ We = Zg + u2/2 + P2/ + We = Zg + (P2- P1)/+ 而 1-12-2 两截面处的压强差 P2- P1 = P2-水gh = 1.96103 - 1039.8131103 = 1665.7 Pa We = 2820.83 W/Kg 泵的有效功率 Ne = Wes= 3083.2W = 3.08 KW 第二章第二章 2. 用离心泵以 40m/h 的流量将贮水池中 65的热水输送到凉水塔顶，并经喷头喷出而落 入凉水池中，以达到冷却的目的，已知水进入喷头之前需要维持 49kPa 的表压强，喷头入 口较贮水池水面高 6m，吸入管路和排出管路中压头损失分别为 1m 和 3m，管路中的动压头 可以忽略不计。试选用合适的离心泵并确定泵的安装高度。当地大气压按 101.33kPa 计。 解：输送的是清水 选用 B 型泵 查 65时水的密度 = 980.5 Kg/m 3 在水池面和喷头处列伯努利方程 u12/2g + P1/g + = u12/2g + P2/g + f + Z 取 u1 = u2 = 0 则 = (P2- P1)/g + f + Z = 49103/980.59.8 + 6 + (1+4) = 15.1 m Q = 40 m 3/h 由图 2-27 得可以选用 3B19A 2900 4 65时清水的饱和蒸汽压 PV = 2.544104Pa 当地大气压 a = P/g = 101.33103 /998.29.81 = 10.35 m 查附表二十三 3B19A 的泵的流量: 29.5 48.6 m 3/h 为保证离心泵能正常运转,选用最大输出量所对应的 S 即 S = 4.5m 输送 65水的真空度 S = S +(a-10)-( PV/9.81103 0.24)1000/ =2.5m 允许吸上高度 Hg = S - u12/2g -f,0-1 = 2.5 1 = 1.5m 即 安装高度应低于 1.5m 第三章第三章 4. 一多层降尘室除去炉气中的矿尘。矿尘最小粒径为 8m，密度为 4000kg/m。除尘室长 4.1m，宽 1.8m，高 4.2m，气体温度为 427，粘度为 3.4Pas，密度为 0.5kg/m。若每小 时的炉气量为 2160 标准 m，试确定降尘室内隔板的间距及层数。 解：假设沉降在滞流区 ，按 ut = d2（s- ）g/18 计算其沉降速度 ut = (810-6)2(4000-0.5)9.8/(183.410-5) = 4110-4m/s 核算 Re = dut/ 1 ， 符合假设的滞流区 把标准生产能力换算成 47时的生产能力 Vs = V (273 + 427)/273 = 5538.46m3/h 由 Vs = blut（n-1）得 n = Vs / blut-1 = 5538.46/（4.11.84110-43600） - 1 =50.814 1 = 49.8 取 n = 50 层 ， 板间距 h = H/（n + 1）= 4.2/51 = 0.0824m = 82.4 mm 10.用一台 BMS50/810-25 型板框压滤机过滤某悬浮液，悬浮液中固体质量分率为 0.139， 固相密度为 2200kg/m3，液相为水。每 1m滤饼中含 500kg 水，其余全为固相。已知操作条 件下的过滤常数 K=2.7210-5m/s，q=3.4510m3/m2。滤框尺寸为 810mm810mm25mm, 共 38 个框。试求：（1）过滤至滤框内全部充满滤渣所需的时间及所得的滤液体积：（2） 过滤完毕用 0.8m 清水洗涤滤饼，求洗涤时间。洗水温度及表压与滤浆的相同。 解：（1）滤框内全部充满滤渣 滤饼表面积 A = （0.81）2238 = 49.86 m2 滤框容积 V总 = （0.81）20.02538 = 0.6233 m3 已知 1m3 的滤饼中 含水：500/1000 = 0.5 m3 含固体： 1 0.5 = 0.5 m3 固体质量 ：0.52200 = 1100 Kg 设产生 1m3 的滤饼可以得到 m0 ，Kg（V0 ，m3）的滤液，则 0.139 = 1100/（1100 + 50 + m） m0 = 6313 Kg 滤液的密度按水的密度考虑 V0 = 0.314 m3 形成 0.6233 m3 的滤饼即滤框全部充满时得到滤液体积 V =6.3140.6233 = 3.935 m3 则过滤终了时的单位面积滤液量为 q = V/A = 3.935/49.86 = 0.07892 m3 /m2 qe2 = Ke e = qe2 / K = （3.4510-3）2 / 2.7210-5 = 0.4376 由（q + qe）2 = K（+e）得所需的过滤时间为 = （q + qe）2 / K - e = （0.07892 + 0.00345）2/2.7210-5 - 0.4376 =249 s 洗涤时间 Ve = qeA = 3.4510-349.86 = 0.172 由 （dv/ d）Ww= KA2 /8（+e）得 洗涤速率 = 2.7210-5（49.86）2/ 8（3.935 + 0.172） = 20510-5 洗涤时间为：0.8/20510-5 = 388s 第四章第四章 6.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为 19*2mm 的列管内流动。已知管内水侧对 流传热系数为 3490 W/（m2） ，管外油侧对流传热系数为 258 W/（m2） 。换热器用一 段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为 0.00026m2/W，油侧污垢热阻 0.000176m2/W。管壁导热系数 为 45 W/（m） ，试求：（1）基于管外表面的总传 热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分比。 解：（1）1/K0 =d0/idi+1/0+Rsid0/di+Rs0+bd0/dm =19/（349015）+0.0002619/15+0.000176+（0.00219）/（4516.9） +1/258 K0 =208 m2/W （2）产生污垢后增加的总热阻： d0/idi + Rs0=19/（349015）+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻： d0/idi+1/0+ bd0/dm=19/（349015）+（0.00219）/（4516.9）+1/258 =0.0043 增加的百分比为：0.00050533/0.00429=11.8% 7. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进出口温度分别为 15，40，油的进出口温度 分别为 150和 100。现生产任务要求油的出口温度降至 80，假设油和水的流量， 进出口温度及物性不变，若换热器的管长为 1m，试求此换热器的管长增至若干米才能满足 要求。设换热器的热损失可忽略。 解：根据题意列出关系式： 热流体（油）：T1=150 T2=100 冷流体（水）：t1=15 t2=40 现在要求：热流体（油）：T1=150 T2=80 冷流体（水）：t1=15 t2=？ 开始： Q= WhCph（T1 - T2 ）=50 WhCph =WcCpc（t2-t1）=25WcCpc =K0S0tm tm =（t1- t2）/ln（t1/t2）=（135-60）/ln（135/60）=92.49 改变后： Q，=WhCph（T1 - T2 ）=700 WhCph =WcCpc（t2，-t1）=（t2，-15）WcCpc =K0S0，tm， 25/（t2，-15）=50/70 t2，=50 tm， =（t1- t2，）/ln（t1/t2，）=69.81 Q/Q*= K0Stm / K0S，tm，= Ltm / L，tm，=50/70 L，=1.85L=1.85m 下册下册 第一章（蒸馏）第一章（蒸馏） 4.在常压下将某原料液组成为 0.6（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单蒸馏和 平衡蒸馏，若汽化率为 1/3，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假设在操作范围内气 液平衡关系可表示为 y = 0.46x + 0.549 解：简单蒸馏 由 ln(W/F)=xxFdx/(y-x) 以及气液平衡关系 y = 0.46x + 0.549 得 ln(W/F)=xxFdx/(0.549-0.54x) = 0.54ln(0.549-0.54xF)/(0.549-0.54x) 汽化率 1-q = 1/3 则 q = 2/3 即 W/F = 2/3 ln(2/3) = 0.54ln(0.549-0.540.6)/(0.549-0.54x) 解得 x = 0.498 代入平衡关系式 y = 0.46x + 0.549 得 y = 0.804 平衡蒸馏 由物料衡算 FxF = Wx + Dy D + W = F 将 W/F = 2/3 代入得到 xF = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得 x = 0.509 再次代入平衡关系式得 y = 0.783 5.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量 F 为 4000kg/h，组成 xF为 0.3（二硫化碳的质量分率，下同） 。若要求釜液组成 xW不大于 0.05，馏出液回收率为 88。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。 解：馏出回收率 = DxD/FxF = 88 得 馏出液的质量流量 DxD = FxF 88 = 40000.30.88 = 1056kg/h 结合物料衡算 FxF = WxW + DxD D + W = F 得 xD = 0.943 馏出液的摩尔流量 1056/(760.943) = 14.7kmol/h 以摩尔分率表示馏出液组成 xD = (0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154) = 0.97 8.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段 y = 1.25x 0.0187 若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。 解：露点进料 q = 0 即 精馏段 y = 0.723x + 0.263 过（xD ，xD）xD = 0.949 提馏段 y = 1.25x 0.0187 过（xW ，xW）xW = 0.0748 精馏段与 y 轴交于0 ，xD/（R+1） 即 xD/（R+1）= 0.263 R = 2.61 连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345 ，0.6490） xF = 0.649 9.在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体，其中含苯 0.5（摩尔分率，下同） 。塔顶馏出液组成为 0.9，塔底釜残液组成为 0.1，回流比为 2.0， 试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例 1-1。 解： 常压下苯-甲苯相对挥发度 = 2.46 精馏段操作线方程 y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 0.9/3 = 2x/3 + 0.3 精馏段 y1 = xD = 0.9 由平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 得 x1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 得 y2 = 0.8236 依次得到 x2 = 0.6549 y3 = 0.7366 x3 = 0.5320 y4 = 0.6547 x4 = 0.4353 x4 xF = 0.5 x3 精馏段需要板层数为 3 块 提馏段 x1= x4 = 0.4353 提馏段操作线方程 y = Lx/（L-W）- WxW/（L-W） 饱和液体进料 q = 1 L/（L-W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D） 由物料平衡 FxF = WxW + DxD D + W = F 代入数据可得 D = W L/（L-W）= 4/3 W/（L-W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程 y = 4x/3 0.1/3 y2= 0.5471 由平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 得 x2 = 0.3293 依次可以得到 y3= 0.4058 x3 = 0.2173 y4= 0.2564 x4 = 0.1229 y5= 0.1306 x5 = 0.0576 x5 xW = 0.1 x4 提馏段段需要板层数为 4 块 理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器） 加料板应位于第三层板和第四层板之间 10.若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题 9 相同，但回流温 度为 20，试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为 83，平均汽化热为 3.2104kJ/kmol，平均比热为 140 kJ/(kmol) 解：回流温度改为 20，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了 q 的值 精馏段 不受 q 影响，板层数依然是 3 块 提馏段 由于 q 的影响，使得 L/（L-W）和 W/（L-W）发生了变化 q = （Q1+Q2）/ Q2 = 1 + （Q1/Q2） Q1= CpT = 140（83-20）= 8820 kJ/kmol Q2= 3.2104kJ/kmol q = 1 + 8820/(3.2104)= 1.2756 L/（L-W）=V + W - F(1-q)/V - F(1-q) = 3D+W- F(1-q)/3D- F(1-q) D = W，F = 2D 得 L/（L-W）= (1+q)/(0.5+q)= 1.2815 W/（L-W）= D/3D- F(1-q)= 1/（1+2q）= 0.2815 提馏段操作线方程为 y = 1.2815x - 0.02815 x1= x4 = 0.4353 代入操作线方程得 y2 = 0.5297 再由平衡关系式得到 x2= 0.3141 依次计算 y3 = 0.3743 x3= 0.1956 y4 = 0.2225 x4= 0.1042 y5 = 0.1054 x5= 0.0457 x5 xW = 0.1 x4 提馏段板层数为 4 理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8 块（包括再沸器） 15.在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。在全回流条件下测得相 邻板上的液相组 成分别为 0.28，0.41 和 0.57，试计算三层中较低的 两层的单板效率 EMV 。 操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下： x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72 解：假设测得相邻三层板分别为第 n-1 层，第 n 层，第 n+1 层 即 xn-1 = 0.28 xn = 0.41 xn+ 1 = 0.57 根据回流条件 yn+1 = xn yn = 0.28 yn+1 = 0.41 yn+2 = 0.57 由表中所给数据 = 2.4 与第 n 层板液相平衡的气相组成 yn* = 2.40.41/（1+0.411.4）= 0.625 与第 n+1 层板液相平衡的气相组成 yn+1* = 2.40.57/（1+0.571.4）= 0.483 由式 1-51 EMV = （yn-yn+1）/（yn*-yn+1） 可得第 n 层板气相单板效率 EMVn = （xn-1-xn）/（yn*-xn） = （0.57-0.41）/（0.625-0.41） = 74.4 第 n 层板气相单板效率 EMVn+1 = （xn-xn+1）/（yn+1*-xn+1） = （0.41-0.28）/（0.483-0.28） = 64 第二章（吸收）第二章（吸收） 1.从手册中查得 101.33kPa,25时,若 100g 水中含氨 1g,则此溶液上方的氨气 平衡分压为 0.987kPa。已知在此浓度范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系 数 H kmol/(m3kPa)及相平衡常数 m 解：液相摩尔分数 x = （1/17）/（1/17）+（100/18） = 0.0105 气相摩尔分数 y = 0.987/101.33 = 0.00974 由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928 液相体积摩尔分数 C = （1/17）/（10110-3/103）= 0.5824103 mol/m3 由亨利定律 P = C/H 得 H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m3kPa) 2.101.33kPa,10时，氧气在水中的溶解度可用 P = 3.31106x 表示。式中： P 为氧在气相中的分压 kPa；x 为氧在液相中的摩尔分率。试求在此温度及压强 下与空气充分接触的水中每立方米溶有多少克氧。 解：氧在气相中的分压 P = 101.3321 = 21.28kPa 氧在水中摩尔分率 x = 21.28/（3.31106）= 0.00643103 每立方米溶有氧 0.006410332/（1810-6）= 11.43g 9.在逆流操作的吸收塔中，于 101.33kPa，25下用清水吸收 混合气中的 CO2，将其浓度从 2降至 0.1（体积） 。该系统符合亨利定律。亨利系数 =5.52104kPa。若吸收剂为最小理论用量的 1.2 倍，试计算操作液气比 L/V 及出口组成 X。 解： Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001 m = E/P总 = 5.52104/101.33 = 0.0545104 由 （L/V）min= （Y1-Y2 ）/X1* = （Y1-Y2 ）/（Y1/m） = （0.0204-0.001）/（0.0204/545） = 518.28 L/V = 1.2（L/V）min = 622 由操作线方程 Y = （L/V）X + Y2-（L/V）X2 得 出口液相组成 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/622 = 3.1210-5 改变压强后，亨利系数发生变化，及组分平衡发生变化，导致出口 液相组成变化 m = E/P总 = 5.52104/10133 = 0.054510-5 （L/V） = 1.2（L/V）min = 62.2 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V） = （0.0204-0.001）/62.2 = 3.1210- 4 11.在 101.33kPa 下用水吸收混于空气中的中的氨。已知氨的摩尔分率为 0.1， 混合气体于 40下进入塔底，体积流量为 0.556m3/s，空塔气速为 1.2m/s。吸 收剂用量为最小用量的 1.1 倍，氨的吸收率为 95，且已估算出塔内气相体积 吸收总系数 KYa 的平均值为 0.0556kmol/( m3s). 水在 20 温度下送入塔顶，由于吸收氨时有溶解热放出，故使氨水温度 越近塔底越高。已根据热效应计算出塔内氨水浓度与起慰问度及在该温 度下的平衡气相浓度之间的对应数据，列入本题附表中试求塔径及填料 塔高度。 氨溶液温度 t/ 氨溶液浓度 气相氨平衡浓度 Xkmol(氨)/kmol(水) Y*kmol()/kmol() 20 0 0 23.5 0.005 0.0056 26 0.01 0.010 29 0.015 0.018 31.5 0.02 0.027 34 0.025 0.04 36.5 0.03 0.054 39.5 0.035 0.074 42 0.04 0.097 44.5 0.045 0.125 47 0.05 0.156 解：混合气流量 G = D2u/4 D = (4G/u)1/2=(40.556)/(3.141.2)1/2= 0.77 m Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 y2 = y1（1-）= 0.050.1 = 0.005 Y2 = 0.005/0.995 = 0.005 根据附表中的数据绘成不同温度下的 X-Y*曲线查得与 Y1= 0.111 相平 衡的液相组成 X1*= 0.0425 （L/V）min= （Y1- Y1）/ X1* = （0.111-0.005）/0.0425 = 2.497 （L/V）= 1.1(L/V)min= 2.75 由操作线方程 Y = (L/V)X + Y2 可得 X1 = (V/L)(Y1-Y2) = (0.111-0.005)/2.75 = 0.0386 由曲线可查得与 X1相平衡的气相组成 Y1* = 0.092 Ym=（Y1-Y2）/ln(Y1-Y2) = （0.111- 0.092）-0.005/ln（0.111-0.092）/0.005 = 0.0105 OG =（Y1-Y2）/Ym = （0.111-0.005）/0.0105 = 10.105 惰性气体流量 G = 0.556(1-0.1) = 0.5560.9 = 0.5004m3/s = （0.5004101.33103）/（8.314313） = 19.49