化工原理第七章

第七章练习题的解答1 .含量为0.02 (摩尔分数)稀氨水在20下氨平衡的分压为1.66kPa，氨水上的总压力为常压，在该含量下平衡关系遵循亨利定律。 氨水的密度可以取约1000kg/m3，试着求出亨利系数e、h和m的数值可解答： (1)(以1kmol氨水为基准，其中含有0.98kmol水和0.02kmol氨，总摩尔体积为氨水的总摩尔浓度氨的摩尔浓度由、可(3)由在01.33kPa、20下，氧在水中的溶解度用Po2=4.06106x表示，式中，PO2是气相中的氧的分压，kPa、x是液相中的氧的摩尔分数。 在这个温度和压力下与空气充分接触后的水中，试着求出每立方米溶解了多少克的氧气。解：因为空气中氧的摩尔分数是0.21在本问题的浓度范围内适用亨利定律的根据附录表1，20下氧在水中的亨利系数E=4.06106kPa，由于x的值非常小，因此溶液密度可以用纯水计算，=1000kg/m3因此，单位体积溶液中溶质的摩尔浓度每立方公尺的溶解氧量3 .将直径25mm的萘球悬挂在静止空气中，进行分子扩散。 已知系统温度为20，该温度下的萘蒸汽压为1.3，萘在空气中的扩散系数，与萘球十分远的萘的浓度为零。 求出萘球的单位表面、单位时间的挥发量。:萘球的挥发单向扩散，但由于萘球的蒸汽压小，气相浓度低，漂浮因子最好为1。设萘的半径为r，来自球心r的萘浓度为c ()。 萘球表面每单位时间挥发量单位时间通过半径为r球面的扩散量可以根据fic规律来计算即，即萘球挥发速度慢，可以作为草案处理积分上式式中c-萘球表面空气中萘的浓度。4 .氨气通过静止的空气薄层稳定地向一个方向扩散，系统总压力为101.33kP，静止的空气层两侧的氨气分压分别为20kPa和13.33kPa，实验测定的传递系数为。 在相同的操作条件和成分浓度下，氨和空气等分子地逆扩散后，(1)试着求出此时的传递系数(2)此时的传递速度。分析：单向扩散率等分子逆扩散速度可以看出，在相同的操作条件和成分浓度下，单向扩散速度和传递系数分别为同等分子的逆扩散之和的倍数。解： (1)由有5 .吸收某种低浓度气体时，平衡关系符合亨利定律，如果知道溶解度系数H=1.3kmol/(m3.kPa )、气相传质量系数kG=2.5010-7kmol/(m2.s.kPa )、液相传质量系数kL=6.8510-5m/s，则求出气相传质量系数KG因为解：遵循亨利定律由于该吸收是气相控制，因此是易溶性气体.在101.33kPa、0下，O2和H2S的混合气体发生稳定的分子扩散过程。 可知在相隔0.2cm的两个截面上的O2的分压分别为13.43kPa和6.70kPa，扩散系数为0.180cm2/s，试着计算了以下两种情况下的O2的传递速度。 (1) O2和H2S两种气体作为等分子反扩散的(2)H2S气体是滞留成分。解： (1)等分子逆扩散时O2的传递速度已知的D=0.180cm2/s=1.8010-5 (m2/s )T=273K，P=101.3kPa，z=0.2cm=210-3mpA1=13.43kPa，pA2=6.70kPa代入上式(2) O2通过停滞的H2S的扩散速度吸收或解吸低含量的气体，出发，证明一下证明知道则可以说同样的话即，即得到所以呢8 .直径1m的填料吸收塔，以清水为溶剂，入塔混合气流量为100 kmol/h，溶质含量为6% (体积)，溶质回收率为95%，实际液气比为最小液气比的1.4倍，操作条件下的平衡关系为总体积传递系数，求出： (1)出塔液体组成； (2)必要的填充材料高度(3)如果其他条件不变，以填料层为原基础，提高，吸收率能增加到多少？解： (1)可由液气比与组成的关系求出塔液组成填充材料层的高度可以用遗传单元数法计算(3)其他条件不变，只要增加填充剂层的高度，实际上就是在不改变传递物质的高度的情况下增加传递物质的数量。 因此，通过计算塔高增加后塔气相组成与传质组成的关系，可以求出吸收率。9 .在填充塔内用清水逆流吸收空气中的丙酮蒸气，将丙酮的初期含量作为(体积)，用该塔吸收的话，混合气流入塔的流量、操作压力、温度、此时的平衡关系可以表示体积的总传递系数，如果出塔水溶液的丙酮溶解度为平衡浓度，则求出需水量和填充剂层的高度。 这座塔的逆流操作。解：所需水量可从全塔物料平衡中求得由、得填料层高度可通过遗传单元数法计算。 在计算质量传递单元的高度时，要注意体积总质量传递系数的表示方式满足要求。=10 .流量为50 kmol/(m2.h )的空气混合气中的含氨体积分率为2%，通过逆流吸收操作回收了其中的95%的氨。 塔浇注摩尔分数为0.0004的稀氨水溶液，设计采用的液气比是最小液气比的1.5倍。 相平衡关系为y=1.2x，已知所使用的填料的体积的总传递系数。 (1)塔底液体的摩尔分数x1； (二)必要塔高。解： (1)吸收塔出口空气中的含氨摩尔分数为根据材料均衡计算，得到(2)吸收塔的平均推力遗传单位数传递物质单元高度吸收塔填料层高度11 .已知在逆流操作的填充吸收塔中用清水吸收空气中的某成分a，操作条件下的平衡关系为：入塔气体中的a的含量为6体积%、吸收率为96%、吸收剂的使用量为最小使用量的1.2倍，求出： (1)出塔水溶液的浓度； (2)气相总传质单元的高度为0.8的话，现在有填充剂层的高度为8的塔，我们来询问能否使用。解：低浓度系统使用摩尔比代替摩尔比，使用混合气体量代替惰性气体量，使用溶液量代替溶剂量。(1)(2)所以塔不能用。12 .已知某填料吸收塔用清水逆流吸收空气-氨低浓度混合气中的氨，在操作条件下平衡关系满足亨利定律，该塔的气相总传递单元高度为0.6m，液气比为最小液气比的1.4倍时，吸收率达到95%，求得： (1) (2)液相总传递单元数。解：这个问题不给气液流量，只给入塔液相作为清水，必须用解吸系数法计算。(1)(2)乘法得到乘坐得到事故再见所以呢13 .有填料塔，填料塔高1.3m，用清水吸收空气中的丙酮，气液进行了稳定逆流操作。 进入塔内的混合气中含有5体积%的丙酮，其馀为空气。 操作时的液气比。 实验测定出口气体中丙酮为1.8体积%。 此时的平衡关系可以用y=1.6x计算(y、x均为摩尔分数)。 本问题通过低浓度吸收计算。 (1)求出上述操作条件下的该填充剂层的气相总传递单元高度；(2)将气液逆流操作变更为下述操作，使此时的传递单元的高度与逆流时相同，另外使进口水、气体的流量和浓度与逆流时相同，则出口气体中的丙酮含量为多少？解： (1)(2)分析：由传质单元数和气相组成计算人的关系。 常规传动单元数的计算方法一种是解吸因子法，该方法从逆流因为在操作条件下发售了，所以不能用于并列流中的另一个对数平均推进力法，来自对数平均推进力该方法适用于逆流、并流都是合理的。方法1如图7-13所示，并流操作时出现塔出气体中丙酮浓度为yB。 已知填料塔高度一定，练习题为7-13图纸从问题可以看出条件不会改变，所以不会改变还是1.52。得到代入代入所以解开方法2从遗传因子数的定义积分中求解按材料计算可以通过将已知值代入上式的积分中并代入已知值来求出试着解开14 .某填充剂吸收塔用清水吸收某气体混合物中的有害物质a，若塔入气体中含有A 5% (体积)，则吸收率为99%，液体流量为3000m3/h，此时的液体气体比为最小液体气体比的1.5倍。 如果物系遵循亨利定律，则塔内的操作温度为25，平衡关系为空塔的气体速度为1.1m/s，取气相体积传递率求出： (1)水量和塔底排出液构成x1的(2)填料层的高度z (3)如果进入塔的水的a含量为0.001% (摩尔分数)，则填料层的高度解： (1)(2)(x2=0.001时，比要求大，因此即使提高填料层也无法达到要求。15 .混合气含CO2体积分率为10%，其馀为空气。 在30、2MPa下用水吸收，将CO2的体积分率降低到0.5%，使水溶液出口组成X1=0.0006 (摩尔比) . 混合气体处理量为2240 m/h (标准状态)，塔径为1.5m。 求出了亨利系数E=188 MPa、液相体积的总传递系数、每小时的用水量和填充层的高度。解： (1)按水量计算混合气体流量惰性气体流量用水(2)填料层高度z的计算水溶液总浓度体积传递系数液相总传质单元的高度采用对数平均推进力法计算NOG气液相平衡常数液相总传递单元数采用吸收率法计算NOL填料层高度16 .有吸收塔，填充层高度为3m，常压，20下用清水吸收氨和空气的混合气体中的氨。 吸收率为99%，进口气体中氨为6 % (体积)，进口气体速度为600 kg/(m2.h )，进口清水速度为800kg/(m2.h )，假定等温条件下的逆流吸收操作、平衡关系，与气体质量流速的0.8次方成比例，分别改变以下操作条件后，将达到相同分离程度所需的填充剂层的高度(1)加倍操作压力(p=202.6kPa )，其他条件不变(2)加倍进口清水量，其他条件不变(3)加倍进口气体流量，其他条件不变。解： Z=3m，P=101.3kPa，T=293K混合气体平均分子量(1)是的，我知道事故因此，HOG会根据操作压力而变化则也就是说，所需填料层的高度比以往减少了1.801m。(2)则液体质量流速的增加对总吸收系数KGa无显着影响。事故则即，所需填料层的高度比以往减少了0.603m。(3)气体质量流速增加，总吸收系数KGa相应增大，在问题上有所阐明事故则也就是说，所需填料层的高度比以往增加了4.82m。17 .用清洗油从焦炉煤气中吸收芳香族烃，得到的吸收液在解吸塔内用过热蒸气解吸，解吸的液体的初始含量为0.05