化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料

第2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 Hkmol/(m某混合气体中含有 2％(体积) CO2，某混合气体中含有 2％(体积) CO2，其余为空气。 混合气体的温度为 30℃， 总压强为 506.6kPa。从手册中查得 30℃时 CO2在水中的亨利系数 E=1.88×105kPa，试求溶解度系数 Hkmol/(m3·kPa)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)/(101×10-3/103)=0.5824×103mol/m3由亨利定律 P=C/H得H=C/P=0.5824/0.987=0.590kmol/(m 3·kPa)2.101.33kPa,10℃时，氧气在水中的溶解度可用 P=3.31×10解：由题意 y=0.02，m解：由题意 y=0.02，m=E/P总=1.88×105/506.6=0.37×103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=101.33×21％=21.28kPa氧在水中摩尔分率 x=21.28/(3.31×106)=0.00643×103每立方米溶有氧 0.0064×103×32/(18×10-6)=11.43g根据亨利定律 y=mx得x=y/m=0.02/0.37 ×103=0.000054即每100g与该气体相平衡的水中溶有 CO20.000054×44×100/18=0.0132gH=ρ/18E=103/(10×1.88×105)=2.955×10-4kmol/(m3·kPa)在 101.33kPa，27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸汽。 甲醇在气， 液两相中的浓度都很低，平衡关系服从亨利定律。已知溶解度系数 H=1.995kmol/(m3·kPa)，气膜吸收系数 kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数 kL=2.08×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。试求总吸收系数 KG，并计算出气膜阻力在总阻力中所的百分数。解：由 1/KG=1/kG+1/HkL可得总吸收系数1/KG=1/1.55×10-5+1/(1.995×2.08×10-5)KG=1.122×10-5kmol/(m2·s·kPa)气膜阻力所占百分数为 ：( 1/kG)/(1/kG+1/HkL)=HkL/(HkL+kG)=(1.995×2.08)/(1.995×2.08+1.55)=0.723=72.3％在吸收塔内用水吸收混于空气中的甲醇， 操作温度为 27℃， 压强101.33kPa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相甲醇分压为 5kPa，液相中甲醇浓度位 2.11kmol/m3。试根据上题有关的数据算出该截面上的吸收速率。解：由已知可得 kG=1.128×10-5kmol/(m2·s·kPa)根据亨利定律 P=C/H得液相平衡分压P*=C/H=2.11/1.995=1.058kPaTOC\o"1-5"\h\z∴NA=KG(P-P*)=1.122×10-5(5-1.058)=4.447×10-5kmol/(m2·s)=0.158kmol/(m 2·h)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Ｅ =5.52×104kPa。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：⑴Y1=2/98=0.0204，Y2=0.1/99.9=0.001m=E/P总=5.52×104/101.33=0.0545×104由（L/V）min=（Y1-Y2）/X1*=（Y1-Y2）/（Y1/m）= （0.0204-0.001）/（0.0204/545）=518.28L/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5X1=（Y1-Y2）/（L/V）=（0.0204-0.001）/622=3.12×10-5⑵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’=5.52×104/1013=0.0545×10-5（L/V）‘=1.2（L/V）min’=62.2X1‘=（Y1-Y2）/（L/V）’=（0.0204-0.001）/62.2=3.12×10-4根据附图所列双塔吸收的五种流程布置方案， 示意绘出与各流程相对应的平衡线和操作线，并用图中边式浓度的符号标明各操作线端点坐标。在101.33kPa下用水吸收混于空气中的氨。已知氨的摩尔分数为 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。吸收剂用量为理论最小用量的 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 KYα的平均值为0.1112kmol/（m3·s）。在操作条件下的气液平衡关系为 Y=2.6X，试求塔径及填料层高度。在吸收塔中用请水吸收混合气体中的 SO2，气体流量为 5000m3（标准） /h，其中 SO2占10％，要求 SO2的回收率为 95％。气，液逆流接触，在塔的操作条件下， SO2在两相间的平衡关系近似为 Y*=26.7X，试求：若取用水量为最小用量的 1.5倍，用水量应为多少？在上述条件下，用图解法求所需理论塔板数；如仍用（ 2）中求出的理论板数，而要求回收率从 95％提高到 98％，用水量应增加到多少？解：（ 1）y2=y1（1-η）=0.1×（1-0.95）=0.005Y1=0.1/0.9=0.111Y2=0.005/（1-0.005）=0.005（L/V）min=（Y1-Y2）/X1*=（Y1-Y2）/（Y1/26.7）=（0.111-0.005）× 26.7/0.111=25.50（L/V）=1.5（L/V）min=38.25惰性气体流量： V=5000×0.9/22.4=200.89用水量L=38.25×200.89=7684kmol/h（2）吸收操作线方程 Y=（L/V）X+Y2代入已知数据Y=38.25X+0.005在坐标纸中画出操作线和平横线，得到理论板数 NT=5.5块13、14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的 H2S，进塔气相中含 H2S(体积)2.91％要求吸收率不低于 99％，操作温度 300Ｋ，压强 101.33kPa，平衡关系为 Y*=2X，进塔液体为新鲜溶剂，出塔液体中 H2S浓度为 0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂)已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为 0.015kmol/(m2·s)，气相体积吸收总系数为0.000395kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。解： y2=y1(1-η)=0.0291×0.01=0.000291Y2=y2=0.000291Y1=0.0291/(1-0.0291)=0.02997ΔYm=[(Y1-Y1*)-Y2]/ln[(Y1-Y1*)/Y2]=[ (0.02997-0.013×2)-0.000291]/ln[ (0.02997-0.013×2)/0.000291]=0.0014∴ΝOG=(Y1-Y2)/ΔYm=(0.02997-0.000291)/0.0014=21.2HOG=V/(KYaΩ)=0.015/(0.000395×101.33)=0.375H=ΝOG×HOG=21.2×0.375=7.9m15、有一吸收塔，填料层高度为 3m，操作压强为 101.33kPa，温度 20℃，用清水吸收混于空气中的氨。混合气质量流速 G=580kg/(m3·h)，含氨 6%(体积 )，吸收率为 99%；水的质量流速 W=770kg/(m2·h)。该塔在等温下逆流操作，平衡关系为 Y*=0.9X。KGa与气相质量流速为 0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。 试计算当操作条件分别作下列改变时，填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率 (塔径不变)：(1)操作压强增大一倍；(2)液体流量增大一倍； (3)气体流量增大一倍。

第3章干燥已知湿空气的总压强为 50kPa，温度为 60℃相对湿度 40％，试求：( 1)湿空气中水气的分压；( 2)湿度；( 3)湿空气的密度解：( 1)查得 60℃时水的饱和蒸汽压 PS=19.932kPa∴水气分压 P水气=PSф=19.932×0.4=7.973kPaH=0.622P水气/(P-P水气)=0.622×7.973/(50-7.973)=0.118kg/kg绝干1kg绝干气中含 0.118kg水气x绝干=(1/29)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.84x水气=(0.118/18)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.16∴湿空气分子量 M0=18x水气+29x绝干气=18×0.16+29×0.84=27.249g/mol∴湿空气密度 ρ=MP/RT=(27.24×10-3×50×103)/(8.314×333)=0.493kg/m 3湿空气利用湿空气的 H-I图查出本题附表中空格内的数值，并给出序号 4中各数值的求解过程序号干球温度 湿球温度 湿度相对湿度 焓水气分压 露点

℃℃kg/kg绝干％ kg/kg绝干kPa160350.0322140530240270.024090325320180.0137550215430280.0258595425干球温度为 20℃，湿度为 0.009kg/kg绝干的湿空气通过预热器加热到 50℃，再送往常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为 80％。若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求：解：(1)2)1m解：(1)2)1m3原湿空气在干燥器中获得的水分量。1)原湿空气的焓： I0=(1.01+1.88H 0)t+2490H0=(1.01+1.88=43kJ/kg×0.009)×20+2490×=(1.01+1.88=43kJ/kg绝干通过预热器后空气的焓 I1=(1.01+1.88 ×0.009)×50+2490×0.0009绝干=73.756kJ/kg绝干焓变化ΔH=I1-I0=30.756kJ/kg绝干空气的密度 ρ=MP/RT=(29×10-3×101.33×103)/(8.314×293)=1.21kg/m3∴1m3原湿空气焓的变化为 ΔH=30.756×1.21/1.009=36.9kJ/kg湿气2)等焓干燥 I1=I2=73.756kJ/kg绝干假设从干燥器中出来的空气湿度 t=26.8℃，查得此时水蒸汽的饱和蒸汽压PS=3.635kPa∴H2=0.622φPS/(P-фPS)=0.622×0.8×3.635/(101.33-0.8×3.635)=0.0184kJ/kg绝干由I2=73.756= (1.01+1.88H2)t2+2490H2试差假设成立∴ H2=0.0184kJ/kg绝干获得水分量 ：ΔH=H2-H0=0.0184-0.009=0.0094kJ/kg绝干=0.0094 ×1.21/1.009=0.011kJ/kg湿气将t0=25℃，ф0=50％的常压新鲜空气，与干燥器排出的 t2=50℃，ф2=80％的常压废气混合，两者中绝干气的质量比为 1：3。(1)混合气体的温度和焓 ;(2)现需将此混合温空气的相对湿度降至 10%后用于干燥湿物料 ,应将空气的温度升至多少度解：

采用如图所示的废气循环系统干燥湿物料 ,已知数据标于本题附图中。假设系统热损失可忽略,干燥操作为等始干燥过程。试求 :(1)新鲜空气的耗量 ;(2)进入干燥器的湿空气的温度及焓;(3)预热器的加热量1)由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等2)预热器的加热量7.（2）预热器中加热蒸气消耗量加热蒸气压强为180KPa，由附录查出相应的汽化热为2214.3/KJkg某湿物料经过 5.5小时进行干燥操作。物料含水量由 X1=0.35kg/kg绝干降至X2=0.1kg/kg绝干。若在相同的条件下，要求将物料含水量由 X1=0.35kg/kg绝干降至X2'=0.05kg/kg绝干。试求新情况下的干燥时间。物料的临界含水量 XC=0.15kg/kg绝干，平衡含水量 X*=0.04kg/kg绝干。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量(X-X*)成正比。解：降速干燥阶段 dX/dτ=-US/G'假设U=k(X-X*)dX/dτ=-Sk(X-X*)/G'dX/(X-X *)=-Skdτ/G'积分得τ2=G'ln[(XC-X*)/(X2-X*)]/Sk总干燥时间 τ=τ1+τ2=G'(X1-XC)/SUC+G'ln[(XC-X*)/(X2-X*)]/Sk=G'ln[(X1-XC)/(XC-X*)]/Sk+G'ln[(XC-X*)/(X2-X*)]/Sk物料由 X1=0.35kg/kg绝干降至 X