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化工原理第二版((下册))夏清贾绍义课后*题解答带图

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化工原理第二版 夏清,贾绍义 课后*题解答

(夏清、贾绍义主编.化工原理 第二版(下册).天津大学出 版)社,2011.8.)

第 1 章 蒸馏

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学*参考

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1.已知含苯 0.5(摩尔分率)的苯-甲苯混合液,若外压为 99kPa,试求该溶液的饱和温度。苯

和甲苯的饱和蒸汽压数据见例 1-1 附表。

t(℃) 80.1 85

90

95

100

105

x

0.962 0.748 0.552

0.386 0.236

0.11

解:利用拉乌尔定律计算气液*衡数据

查例 1-1 附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压 PB*,PA*,由于总压 P = 99kPa,则由 x = (P-PB*)/(PA*-PB*)可得出液相组成,这样就可以得到一组绘*衡 t-x 图 数据。

以 t = 80.1℃为例 x =(99-40)/(101.33-40)= 0.962

同理得到其他温度下液相组成如下表

根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线

由图可得出当 x = 0.5 时,相应的温度为 92℃

2.正戊烷(C5H12)和正己烷(C6H14)的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求 P = 13.3kPa

下该溶液的*衡数据。

温度 C5H12

223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3

K C6H14

248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9

饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3

解: 根据附表数据得出相同温度下 C5H12(A)和 C6H14(B)的饱和蒸汽压

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学*参考

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以 t = 248.2℃时为例,当 t = 248.2℃时 PB* = 1.3kPa 查得 PA*= 6.843kPa 得到其他温度下 A?B 的饱和蒸汽压如下表

t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3

PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算*衡数据

*衡液相组成 以 260.6℃时为例

当 t= 260.6℃时 x = (P-PB*)/(PA*-PB*) =(13.3-2.826)/(13.3-2.826)= 1

*衡气相组成 以 260.6℃为例

当 t= 260.6℃时 y = PA*x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下*衡气液相组成列表如下

t(℃) 260.6

275.1 276.9 279

289

x

1

0.3835 0.3308 0.0285

0

y

1

0.767 0.733 0.524

0

根据*衡数据绘出 t-x-y 曲线

3.利用*题 2 的数据,计算:⑴相对挥发度;⑵在*均相对挥发度下的 x-y 数据,并与*题 2

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学*参考

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的结果相比较。

解:①计算*均相对挥发度

理想溶液相对挥发度α= PA*/PB* 计算出各温度下的相对挥发度 : t(℃) 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3

α

- - - - 5.291 5.563 4.178 -

--

-

取 275.1℃和 279℃时的α值做*均 αm= (5.291+4.178)/2 = 4.730 ②按*题 2 的 x 数据计算*衡气相组成 y 的值

当 x = 0.3835 时,

y = 4.73×0.3835/[1+(4.73-1)×0.3835]= 0.746

同理得到其他 y 值列表如下

t(℃) 260.6 275.1 276.9 279

289

α

5.291 5.563 4.178

x

1

0.3835 0.3308 0.2085 0

y

1

0.746 0.700 0.555

0

③作出新的 t-x-y'曲线和原先的 t-x-y 曲线如图

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* 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* 衡关系可表示为 y = 0.46x + 0.549

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解:①简单蒸馏 由 ln(W/F)=∫xxFdx/(y-x) 以及气液*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[(0.549-0.54×0.6)/(0.549-0.54x)] 解得 x = 0.498 代入*衡关系式 y = 0.46x + 0.549 得 y = 0.804 ②*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*衡关系式得 x = 0.509 再次代入*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% = 4000×0.3×0.88 = 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/(76×0.943) = 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)]

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学*参考

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= 0.97

6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇 0.4 与说.6(均为摩尔分率)的溶液,试求以下各种

进料状况下的 q 值。(1)进料温度 40℃;(2)泡点进料;(3)饱和蒸汽进料。

常压下甲醇-水溶液的*衡数据列于本题附表中。

温度 t 液相中甲醇的 气相中甲醇的 温度 t 液相中甲醇的 气相中甲醇的

℃ 摩尔分率

摩尔分率



摩尔分率

摩尔分率

100

0.0

0.0

75.3

0.40

0.729

96.4 0.02

0.134

73.1

0.50

0.779

93.5 0.04

0.234

71.2

0.60

0.825

91.2 0.06

0.304

69.3

0.70

0.870

89.3 0.08

0.365

67.6

0.80

0.915

87.7 0.10

0.418

66.0

0.90

0.958

84.4 0.15

0.517

65.0

0.95

0.979

81.7 0.20

0.579

64.0

1.0

1.0

78.0 0.30

0.665

解:(1)进料温度 40℃ 75.3℃时,甲醇的汽化潜热 r1 = 825kJ/kg 水蒸汽的汽化潜热 r2 = 2313.6kJ/kg 57.6℃时 ,甲醇的比热 CV1 = 2.784kJ/(kg·℃) 水蒸汽的比热 CV2 = 4.178kJ/(kg·℃)

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学*参考

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查附表给出数据 当 xA = 0.4 时,*衡温度 t = 75.3℃ ∴40℃进料为冷液体进料 即 将 1mol 进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分 一部分是将 40℃冷液体变成饱和液体的热量 Q1,二是将 75.3℃饱和液体变成气体所需要 的汽化潜热 Q2 ,即 q = (Q1+Q2)/ Q2 = 1 + (Q1/Q2) Q1 = 0.4×32×2.784×(75.3-40)= 2850.748kJ/kg Q2 = 825×0.4×32 + 2313.6×0.6×18 = 35546.88 kJ/kg ∴q = 1 +(Q1/Q2)= 1.08 (2)泡点进料 泡点进料即为饱和液体进料 ∴q = 1 (3)饱和蒸汽进料 q = 0

7.对*题 6 中的溶液,若原料液流量为 100kmol/h,馏出液组成为 0.95,釜液组成为 0.04(以

上均为易挥发组分的摩尔分率),回流比为 2.5,试求产品的流量,精馏段的下降液体流量和

提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。

解: ①产品的流量

由物料衡算

FxF = WxW + DxD D+W=F

代入数据得

W = 60.44 kmol/h

∴ 产品流量 D = 100 – 60.44 = 39.56 kmol/h

②精馏段的下降液体流量 L

L = DR = 2.5×39.56 = 98.9 kmol/h

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学*参考

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③提馏段的上升蒸汽流量 V' 40℃进料 q = 1.08
V = V' + (1-q)F = D(1+R)= 138.46 kmol/h ∴ V' = 146.46 kmol/h

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*逦恢谩1-甲苯*衡数据见例 1-1。 解: 常压下苯-甲苯相对挥发度α= 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*衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得

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学*参考

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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 = L'x/(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*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

∴y'2= 0.5471 由*衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 得 x'2 = 0.3293 依次可以得到 y'3= 0.4058 x'3 = 0.2173
y'4= 0.2564 x'4 = 0.1229 y'5= 0.1306 x'5 = 0.0576 ∵ x'5 < 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*逵ξ挥诘谌惆搴偷谒牟惆逯

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学*参考

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10.若原料液组成和热状况,分离要求,回流比及气液*衡关系都与*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℃,*均汽化热为 3.2×

104kJ/kmol,*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= CpΔT = 140×(83-20)= 8820 kJ/kmol Q2= 3.2×104kJ/kmol ∴ q = 1 + 8820/(3.2×104)= 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*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'

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学*参考

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∴提馏段板层数为 4 理论板层数为 3 + 4 + 1 = 8 块(包括再沸器)

11.在常压连续精馏塔内分离乙醇-水混合液,原料液为饱和液体,其中含乙醇 0.15(摩尔分 率,下同),馏出液组成不低于 0.8,釜液组成为 0.02;操作回流比为 2。若于精馏段侧线取 料,其摩尔流量为馏出液摩尔流量的 1/2,侧线产品为饱和液体,组成为 0.6。试求所需的理 论板层数,加*寮安嘞呷×峡诘奈恢谩N锵*衡数据见例 1-7。 解:如图所示,有两股出料,故全塔可以分为三段,由例 1-7 附表,在 x-y 直角坐标图上绘出 *衡线,从 xD = 0.8 开始,在精馏段操作线与*衡线之间绘出水*线和铅直线构成梯级,当 梯级跨过两操作线交点 d 时,则改在提馏段与*衡线之间绘梯级,直至梯级的铅直线达到或 越过点 C(xW ,xW)。

如图,理论板层数为 10 块(不包括再沸器) 出料口为第 9 层;侧线取料为第 5 层

12.用一连续精馏塔分离由组分 A?B 组成的理想混合液。原料液中含 A 0.44,馏出液中含 A 0.957(以上均为摩尔分率)。已知溶液的*均相对挥发度为 2.5,最回流比为 1.63,试说明

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学*参考

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原料液的

热状况,并求出 q 值。

解:在最回流比下,操作线与 q 线交点坐标(xq ,yq)位于*衡线上;且 q 线过(xF ,xF) 可以计算出 q 线斜率即 q/(1-q),这样就可以得到 q 的值

由式 1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/(α-1)代入数据得

0.63 = [(0.957/xq)-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/(2.5-1) ∴xq = 0.366 或 xq = 1.07(舍去)
即 xq = 0.366 根据*衡关系式 y = 2.5x/(1 + 1.5x) 得到 yq = 0.591 q 线 y = qx/(q-1)- xF/(q-1)过(0.44,0.44),(0.366,0.591) q/(q-1)= (0.591-0.44)/(0.366-0.44)得 q = 0.67

∵ 0 < q < 1 ∴ 原料液为气液混合物

13.在连续精馏塔中分离某种组成为 0.5(易挥发组分的摩尔分率,下同)的两组分理想溶 液。原料液于泡点下进入塔内。塔顶采用分凝器和全凝器,分凝器向塔内提供回流液,其组 成为 0.88,全凝器提供组成为 0.95 的合格产品。塔顶馏出液中易挥发组分的回收率 96%。若 测得塔顶第一层板的液相组成为 0.79,试求:(1)操作回流比和最小回流比;(2)若馏出 液量为 100kmol/h,则原料液流量为多少? 解:(1)在塔顶满足气液*衡关系式 y = αx/[1 +(α-1)x] 代入已知数据
0.95 = 0.88α/[1 + 0.88(α-1)] ∴α= 2.591 第一块板的气相组成 y1 = 2.591x1/(1 + 1.591x1)
= 2.591×0.79/(1 + 1.591×0.79)= 0.907 在塔顶做物料衡算 V = L + D

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学*参考

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Vy1 = LxL + DxD 0.907(L + D)= 0.88L + 0.95D ∴ L/D = 1.593 即回流比为 R = 1.593 由式 1-47 Rmin = [(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/(α-1)泡点进料 xq = xF ∴ Rmin = 1.031 (2)回收率 DxD/FxF = 96%得到 F = 100×0.95/(0.5×0.96)= 197.92 kmol/h

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



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*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 α = 2.4

与第 n 层板液相*衡的气相组成 yn* = 2.4×0.41/(1+0.41×1.4)= 0.625 与第 n+1 层板液相*衡的气相组成 yn+1* = 2.4×0.57/(1+0.57×1.4)= 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)

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学*参考

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= 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%

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学*参考

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学*参考

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学*参考

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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*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/(m3·kPa)及相* 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)= 0.5824×103 mol/m3 由亨利定律 P = C/H 得 H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m3·kPa)

2.101.33kPa,10℃时,氧气在水中的溶解度可用 P = 3.31×106x 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 = 101.33×21% = 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

3.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 = 1.88×105 kPa,试求溶解度系数 H kmol/(m3·kPa) 及相*衡常数 m,并计算每 100g 与该气体相*衡的水中溶有多少 gCO2 。 解:由题意 y = 0.02,m = E/P 总 = 1.88×105/506.6 = 0.37×103

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学*参考

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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*衡的水中溶有 CO2 0.000054×44×100/18 = 0.0132 g H =ρ/18E = 103/(10×1.88×105)= 2.955×10-4kmol/(m3·kPa)

7.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,*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 = 1.55×10-5 kmol/(m2·s·kPa),液膜吸收系数 kL = 2.08×10-5 kmol/(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 ×10-5 kmol/(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%

8.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*衡分压 P* = C/H = 2.11/1.995 = 1.058kPa ∴NA = KG(P-P*)= 1.122×10-5(5-1.058)= 4.447×10-5kmol/(m2·s)

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学*参考

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= 0.158 kmol/(m2·h)

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:⑴ Y1 = 2/98 =0.0204, Y2 = 0.1/99.9 = 0.001
m = 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) = 518.28 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 = 3.12×10-5 ⑵ 改变压强后,亨利系数发生变化,及组分*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’ = 62.2 X1‘ = (Y1-Y2 )/(L/V)’= (0.0204-0.001)/62.2 = 3.12×10-4 10.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*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。

11.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

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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*均值为 0.1112kmol/(m3·s)。在操作条件下的气液*衡关系为 Y=2.6X,试求塔径及填料层高度。

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学*参考

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12.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* 衡关系*似为 Y* = 26.7X,试求:
(1) 若取用水量为最小用量的 1.5 倍,用水量应为多少? (2) 在上述条件下,用图解法求所需理论塔板数; (3) 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)= 0.005
Y1 = 0.1/0.9 = 0.111 Y2 = 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*横线,得到理论板数 NT = 5.5 块

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13、

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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,*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

0.000395 kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。

解:y2 = y1(1-η)=0.0291×0.01 = 0.000291

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Y2 = y2 = 0.000291 Y1 = 0.0291/(1-0.0291)= 0.02997
ΔYm = [(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 = 21.2 HOG = V/(KYaΩ) = 0.015/(0.000395×101.33) = 0.375 H =ΝOG × HOG = 21.2×0.375 = 7.9m
15、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,*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。

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第 3 章 干燥
1.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 = 7.973kPa
(2)H = 0.622 P 水气 / (P-P 水气)=0.622×7.973/(50-7.973) = 0.118 kg/kg 绝干
(3)1kg 绝干气中含 0.118kg 水气 x 绝干 = (1/29)/[(1/29)+(0.118/18)] = 0.84 x 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 = 27.249 g/mol
∴湿空气密度 ρ= MP/RT = (27.24×10-3×50×103)/(8.314×333) = 0.493 kg/m3 湿空气
2.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

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学*参考

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序号 干球温度 湿球温度 湿 度 相对湿度



水气分压 露点



℃ kg/kg 绝干 % kg/kg 绝干 kPa



1

60

35

0.03

22

140

5

30

2

40

27

0.02

40

90

3

25

3

20

18

0.013

75

50

2

15

4

30

28

0.025

85

95

4

25

3.干球温度为 20℃,湿度为 0.009 kg/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: (1) 1m3 原湿空气在预热器过程中焓的变化; (2) 1m3 原湿空气在干燥器中获得的水分量。 解:(1)原湿空气的焓: I0 = (1.01 + 1.88H0)t + 2490 H0
= (1.01 + 1.88×0.009)×20 + 2490×0.009 = 43 kJ/kg 绝干 通过预热器后空气的焓 I1 = (1.01 + 1.88×0.009)×50 + 2490 ×0.0009

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= 73.756 kJ/kg 绝干 焓变化ΔH = I1 - I0 = 30.756 kJ/kg 绝干 空气的密度 ρ= MP/RT = (29×10-3×101.33×103)/(8.314×293)
= 1.21 kg/m3 ∴ 1m3 原湿空气焓的变化为 ΔH = 30.756×1.21/1.009 = 36.9 kJ/kg 湿气 (2)等焓干燥 I1 = I2 = 73.756 kJ/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 = 3.635 kPa ∴ H2 = 0.622φ PS / (P-фPS)
= 0.622×0.8×3.635/(101.33-0.8×3.635) = 0.0184 kJ/kg 绝干 由 I2 = 73.756 = (1.01 + 1.88H2)t2 + 2490 H2 试差
假设成立 ∴ H2 = 0.0184 kJ/kg 绝干 获得水分量 :ΔH = H2 - H0 = 0.0184-0.009 = 0.0094 kJ/kg 绝干
= 0.0094×1.21/1.009 = 0.011 kJ/kg 湿气

4.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





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5.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

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(2) 预热器的加热量

7.
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(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

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9.某湿物料经过 5.5 小时进行干燥操作。物料含水量由 X1 = 0.35 kg /kg 绝干降至 X2 = 0.1 kg /kg 绝干。若在相同的条件下,要求将物料含水量由 X1 = 0.35 kg /kg 绝干降至 X2' = 0.05 kg /kg 绝干。试求新情况下的干燥时间。物料的临界含水量 XC = 0.15 kg /kg 绝 干,*衡含水量 X* = 0.04 kg /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 = 0.35 kg /kg 绝干降至 X2 = 0.1 kg /kg 绝干 5.5=(0.35-0.15)G'/[(0.15-0.04)Sk] + G'ln[(0.15-0.04)/(0.1-0.04)]/Sk = 2.426G'/Sk G'/Sk = 5.5/2.426 = 2.267 物料由 X1 = 0.35 kg /kg 绝干降至 X2 '= 0.05 kg /kg 绝干 τ'= τ1+ τ2'= 1.82 G'/Sk + G'ln[(0.15-0.04)/(0.05-0.04)]/Sk = 4.218 G'/Sk = 9.57h 即新情况下的干燥时间为 9.57h 10.对 lOkg 某温物料在恒定干燥条件下进行间歇干燥,物料*铺在 0.8m×lm 的浅盘中,常 压空气以 2m/s 的速度垂直穿过物料层。空气 t=75℃,H=0.018kg/kg 绝干气,物料的初始含水

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量为 X1=025kg/kg 绝干料。此干燥条件下物料的 Xc=0.1kg/kg 绝干料,X*=0。假设阵速段干 燥速率与物料含水量呈线性关系。试求:(1)将物料干燥至含水量为 0.02kg/kg 绝干料所需的 总干燥时间:(2)空气的 t、H 不变,而流速加倍,此时将物料由含水量 0.25kg/kg 绝干料干燥至 0.02kg/kg 绝干料需 1.4h,求此干燥条件下的 Xe

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学*参考

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学*参考

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