化工原理(下)课后习题解答.pdf

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1、第七章传质与分离过程概论1 .在吸收塔中用水吸收混于空气中的氨。已知入塔混合气中氨含量为5.5%（质量分数,下同），吸收后出塔气体中氨含量为0.2%,试计算进、出塔气体中氨的摩尔比乂、以。解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数力和乃。%=0.05 5/170.05 5/17 +0.9 4 5/2 9当0.002/170.002/17 +0.9 9 8/2 9=0.09 03=0.003 4进、出塔气体中氨的摩尔比匕、丫 2为Y2=0.09 031-0.09 03=0.09 9 30.003 41-0.003 4=0.003 4由计算可知，当混合物中某组分的摩尔分数很小时，摩尔比近似等于摩尔分数。

2、2.试证明山组分A和 B 组成的双组分混合物系统，下列关系式成立:(1)帆&A2(XAMA+XBMB)(2)*A./WA WB 2M RMB(-+-)MR M3解:(1)A _+用/8)一以必人(材A -”B)MAMB(XA +XB d r 2 2A 3+(ZV B)I/32思1.013xl0-5 x288L7105.5 x(7.071/3+1/2.,；m2/s=6.24x 0_ 5 m224.42l/3)2s7.试采用式（743）估算在2 9 3 时二氧化硫（A）在 水（B）中的扩散系数。AB解：查得293 K 时水的黏度为为=1.005 xlO P as查表7-3,得0 =2.6查表7-4

3、,得限=44.8 cm3/mol由 式（7-43）%=7.4X1 O-15(0A/B)1/2 T=7.4 x 10*(2.6 x 18)MB嵌1/2 -2-9-3-m 2/s =1i.5c0A8O x 10八-9 m 2Z/s1.005 x 10-3x 4 4.8 0-68.有一厚度为8 m m、长度为8 00 m m 的蔡板。在蔡板的上层表面上有大量的4 5 C的常压空气沿水平方向吹过。在4 5 下，茶的饱和蒸汽压为7 3.9 P a,固体茶的密度为1 15 2 k g/nA 由有关公式计算得空气与蔡板间的对流传质系数为0.016 5 m/s。试计算蔡板厚度减薄5%所需要的时间。解：由 式(

4、7-45)计算蔡的传质通量，即N*=-L(CA i ，Ab )式中因 为 空 气主体中秦的浓度，因空气流量很大，故可认为CAb=O；，Ai 为蔡板表面处气相中秦的饱和浓度，可通过蔡的饱和蒸气压计算，即c.=cC.c k m o l/m,=2.7 9 5x 1 0 5 k m o l/m3A,R T 8 3 1 4x 3 1 8Nz=kL(c-.)=0.0 1 6 5x(2.7 9 5x 1 0 5-0)k m o l/(m2-s)=4.6 1 2 x 1 0 k m o l/(m2 s)设蔡板表面积为S,山于扩散所减薄的厚度为6,物料衡算可得s bpA=N MsenbpM 0.0 5x 0.0

5、 0 8 x 1 1 52 _ O A.,a3 _,.o,e=-=-：-s =7.8 0 6 x l0 s =2.1 6 8 hNM 4.6 1 2 x 1 0 7 X 1 2 8第八章气体吸收1.在温度为40 、压力为1 0 1.3 k Pa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为1 5.0 k Pa时，氨在水中的溶解度为7 6.6 g (NH 1 0 0 0 g(H2。)。试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。解：水溶液中氨的摩尔分数为76.6 7 6 0 0 =0 0 7 517 18由 p*=Ex亨利系数为n*15 0E=J=kPa=200.0 kPax 0.075

6、相平衡常数为E 200.0 im=-=1.974p 101.3由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。40 时水的密度为p=992.2 kg/m3溶解度系数为n992 2H=-：kmol/(m3-kPa)=0.276kmol/(m3-kPa)EMS 200.0 x182.在温度为25 C及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%(体积分数)的混合空气与含二氧化碳为350/0?的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数E=1.66x105 kPa,水溶液的密度为 997.8 kg/m3解：水溶液中CO2的浓

7、度为c=35八kmol/m，=0.008kmol/m,44对于稀水溶液，总浓度为997.8 a _ _ .,i/3ct=-kmol/m=55.43 kmol/m*18水溶液中CO2的摩尔分数为C 0008 1 i n-4x=-=1.443 xlOq 55.43由 p*=x=1.66xl05 x 1.443x 10 4kPa=23.954 kPa气相中CO2的分压为P=月 了 =lL3xO.O3kPa=3.039kPa p*故CO2必山液相传递到气相，进行解吸。以co2的分压表示的总传质推动力为bp=p*_p=(23.954-3.039)kPa=20.915 kPa3.在总压为110.5 kPa

8、的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上,氨的气、液相组成分别为y=0.032、c=1 .OGkoml/m。气膜吸收系数e=5.2X lO*kmol/Cms.kPa),液膜吸收系数h=L55X 104m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数”=0.725 kmol/(m3.kPa)0(1)试计算以3、Ac表示的总推动力和相应的总吸收系数；(2)试分析该过程的控制因素。解：(1)以气相分压差表示的总推动力为Ap 一*=化 歹 一 =(110.5 x 0.032-)k P a =2.074 kPaH 0.725其对应的总吸收系数为=F =(-!-4-)

9、(m2-s-kPa)/kmol叫 kc 0.725 xl.55 x IO-4 5.2X10-6=(8.899xIO3+1.923xl05)(m2-s-Pa)/kmol=2.012x 105(m2-s-Pa)/kmolKG=4.97 x 1 ()-6 kmol/(m2-s-kPa)以液相组成差表示的总推动力为c=c*-c=p H-c =(lQ.5x 0.032 x 0.725-1.06)kmoVm3=1.504kmol/m3其对应的总吸收系数为K =J=-:-n79-m/s =6.8 55x 1 0 6m/s1 n 1 U./Z?kL ka 1.55x lO-4 5.2 x 1 0 6(2)吸收

10、过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为1 公1/勺%4.97X10-6kj 5.2 x lO-6x 1 0 0%=9 5.58%气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。4.在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为1 0 5.0 k Pa,操作温 度 为 2 5。在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为2.1 2 6k m o l/(m3-k Pa)o 测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5 k Pa,液相组成为2.8 5 k m o l/m 液膜吸收系数%L=2.1 2 X l(y5m/s,气相总吸收系数KG=L2 0 6 X 1 0-5k m

11、 o l/(m 2.s.k Pa)。求该截面 处(1)膜吸收系数上G、上 及 领(2)总吸收系数&、心 及KY：(3)吸收速率。解：(1)以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，2 5 时水的密度为p =9 9 7.0 k g/m3溶液的总浓度为c,_ 997.0 M 应=55.3 9 k m o l/m31 8kx=c 人=55.3 9 x 2.1 2 x 1 0 5k m o l/(m2 s)=1.1 7 4x 1 0 k m o l/(m2 s)=-=(-)(m2-s -k Pa)/k m o lkur KCci HkL、1.2 0 6 x l0-5 2.1 2 6 x 2.1 2 x 1

12、0,=6.0 7 3 x 1 04(m2-s k Pa)/k m o lkG=1.6 47 x 1 0-5 k m o l/(m2-s k Pa)k、-ptkG=1 0 5.0 x 1.6 47 x 1 0 5k m o l/(m2 s)=1.7 2 9 x 1 0 3k m o l/(m2-s)(2)由1=L26*1 _ m/s =5.6 7 3 x IO 6m/sL H 2.1 2 6m =H p 返 M s9 9 7.02.1 2 6 x 1 0 5.0 x 1 8=0.2 48=+=(-+-:-)(m2-s)/k m o l=7.8 9 6 x 1 02(m2 s)/k m o lK.

13、k k 1.7 2 9 x 1 0-3 1.1 7 4X IO3y y xKy=1.2 6 6 x 1 0-3 k m o l/(m2-s)K,=mKy=0.2 48 x 1.2 6 6 x 1 0-3k m o l/(m2-s)=3.1 40 x 1 0-4k m o l/(m2-s)因溶质组成很低，故有星 n c%=55.3 9 x 5.6 7 3 x 1 0 k m o l/(m2-s)=3.1 42 x l0-4k m o l/(m2-s)KY X PRG=1 0 5.0 x l.2 0 6 x 1 0 5k m o l/(m2-s)=1.2 6 6 x 1 0 3k m o l/(m

14、2-s)(3)吸收速率为AA=A：,(c*-c)=5.6 7 3 x l0-6x(2.1 2 6 x 7.5-2.8 5)k m o l/(m2-s)=1.3 1 0 x 1 0-5 k m o l/(m2-s)5.在1 0 1.3 k Pa及2 5 C的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为=0.0 4、力=0.0 0 2。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.1 3 X 1 0 3 k Pa,吸收剂用量为最小用量的1.45倍。(1)(2)试计算吸收液的组成；若操作压力提高到1 0 1 3 k P a而其他条件不变，再求吸收液的组成

15、。解:(1)Yt=If”=p.04=0 0 4 1 71r 1-0.0 4=-0-.-0-0-2-0A.0八0八2。1-0.0 0 2E 4.1 3x 1 0 ,八”m=-=4 0.7 7p 1 0 1.3吸收剂为清水，所 以%2=0?n,L4-,V 九00.041 7-0.002 _O O 1=3 o o 1Y J m-X2 0.0 4 1 7/4 0.7 7-0所以操作时的液气比为约 =1.4 5?n.V、q“N 7 min=1.4 5x 38.8 1 =56.2 7吸收液的组成为%=斗 1)+区=x(0.0 4 1 7-0.0 0 2)+0 =7,0 54 x l 0，八,E 4.1 3

16、x l 03(2)m =-=4.0 7 7P、1 0 1 3Y Y2 _ 0.0 4 1 7-0.0 0 2Y J m -X20.0 4 1 7 A-u4.0 7 7=3.8 8 1Qn,L=1.4 5x 3.8 8 1 =5.6 2 7minX：=夕n,L(X-t)+X,=一x(0.0 4 1 7-0.0 0 2)+0 =7.0 55x 1 0-3 5.6 2 76.在一直径为0.8 m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为4 5 k m o l/h,二氧化硫的体积分数为0.0 32。操作条件下气液平衡关系为Y=34.5X ,气相总体积吸收系数为0.0 56

17、 2 k m o l/(m3.s)o若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%,要求回收率为9 8%。求水的用量(k g/h)及所需的填料层高度。解：Y,=-=0032=0.0 3311-乂 1-0.0 32x =x (1 -%)=0.0 331 x(1-0.9 8)=0.0 0 0 6 6 2Y“*二=m =9.59 4 x 1 0 7X,=0.7 6%34.5*=0.7 6 x 9.59 4 x I O-4=7.2 9 1 x 1 O-4惰性气体的流量为qn V=4 5 x (1 -0.0 32)k m o l/h =4 3.56 k m o l/h水的用量为品V(X X)_ 4 3.

18、56 X(O.O 331-0.0 0 0 6 6 2)%,-X7.2 9 1 x 1 0 7 0k m o l/h =1.9 38 x 1 01 k m o l/h4n ll=1.9 38 x 1 0,x 1 8 k g/h =3.4 8 8 x l O4k g/h求填料层高度“o rCHj4 3.56/36 0 0K.a Q 0.0 56 2 x 0.7 8 5 x 0.82m=0.4 2 9 mAX=%-X*=0.0 331-34.5 x 7.2 9 1 x K T4=0.0 0 7 9 5A-=X-X*=0.0 0 0 6 6 2-34.5x 0 =0.0 0 0 6 6 20 G A

19、rm 0.0 0 2 9 3Z =N g Ho o=1 1.0 7 X 0.4 2 9 m =4.7 4 9 m7.某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为2 2 1 m/n?的金属阶梯环填料.，在该填料塔中，用清水逆流吸收某混合气体中的溶质组分。已知混合气的流量为50 k m o l/h,溶质的含量为5%（体积分数）;进塔清水流量为2 0 0 k m o l/h,其用量为最小用量的1.6倍；操作条件下的气液平衡关系为y =2.7 5 X；气相总吸收系数为3x l 0-4 k m o l/（m 2-s）；填料的有效比表面枳近似取为填料比表面积的9 0%。试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的

20、直径。解：（1）惰性气体的流量为qn V=50 x(1 -0.0 5)k m o l/h =4 7.5k m o l/h对于纯溶剂吸收（焉L-1nhi依题意津*6 32z min(夕n,L/9n,v)m in _ 2.6 32 _ 9 5 7%然=m【念=温2.7 5=0.0 52 6x=X(1-6)=0.0526 x(l-0.9571)=0.00226X=阪 化 一 匕)+工2 =x(0.0526-0.00226)+0=0.01204矶-200 x=X-X*=0.0526-2.75 x 0.0120=0.0196Y2=Y2-Y2*=0.00226-2.75 x 0=0.00226AXmAY,

21、一轨 _ 0.0196-0.00226=,0.0196In0.00226=0.00803轨Nu 0.0526-0.00226匕 0.00803=6.269Z由H 0GQ=夕n,VK、,aQ56.269m=0.798m47.5/36003xl0-4 x 221x0.9x0.798m2=0,277m2K?aH 0G填料塔的直径为D=3 Zm=0.594m3.148.在101.3 kPa及20 C的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。已知混合气的质量流速G为600 kg/（m?.h）,气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526,水的质量流速 为800kg/（m2.h）,填料

22、层高度为3 m。己知操作条件下平衡关系为人0.9X,K s正比于Gs而 于/无 关。若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；（3）液体流速增加-倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。解：首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数 e=9=36y20.000526=0.000526-y2 1-0.000526操作条件下，混合气的平均摩尔质量为M=Z 玉 必=0.05 x 17+(1-0.05)x 29 kg/kmol=28.4kg/kmol%.v=600-f F-284x(l-0.05)kmol/(m2 h)=20.07kmol/(m2.h)组一Q-18x(l

23、-0)kmol/(m2-h)=44.44 kmol/(m2-h)_ 0.9 x 2 0.0 7=0.4 0 6Y*=mX=m(Y-Y2)=0.4 0 6 x(0.0 52 6-0.0 0 0 52 6)=0.0 2 1 19n,L Y=X7*=0.0 52 6 -0.0 2 1 1 =0.0 31 5 Y2=Y2-Y2*=0.0 0 0 52 6-0 =0.0 0 0 52 6N0 G=I n 四=I n 0 0315=6 8900 G l-S Y2 1-0.4 0 6 0.0 0 0 52 6zHGNG3-m=0.4 35 m6.8 9 0(1)p =2ptEm=PtP；2s，q、z%,LS

24、 0.4 0 6一 _ 2=0.2 0 3若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。所以*1 Y；=Y,-Y；=0.0 52 6-x 0.0 2 1 1=0.0 4 2 1E=打一匕*=0.0 0 0 52 6-0 =0.0 0 0 52 6-L-ln S，匕ln-2L1-0.2 0 3 0.0 0 0 52 65.4 9 9r _ g n,V _ 夕 n.V0 G -Kyal KGap&Q.H羡端才多苧2 1 8 mZ =k M G=0.2 1 8 x 5.4 9 9 m =1.1 9 9 mA Z =Z,-Z=(1.1 9 9-3)m =-1.8 0 1 m即所需填料层高度比原来减少1.8

25、 0 1 m。(2)或v=2%,vy =25=2x0.406=0.812L若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即X；=2M故 耳=X Y*=X-/=k s -切=0.0526-0.812x(0.0526-0.000526)=0.0103*=%-=0.000526-0=0.000526“，1 ,1 ,0.0103，Nnc=-In-=-In-=15.821 一 S 匕 1-0.812 0.000526HG%.V _ 0 c 4n.V _ 0.2一 KGaPCl%v -7 n，Vx 0.435m=0.500m2 =%吸=0.500 x 15.82m=7.910 m Z=Z-Z =(7.91

26、0 3)m=4.910m即所需填料层高度要比原来增加4.9 1 0 m o q：L=2 gn,L6 =也 工螫=0.203qL2 2i1-S历(1-S,)界+SL Y2 Y2=匚 急K（l-0203）黑!言+。叫=5.497少对KG。无影响，即%,L对 七“无影响，所以传质单元高度不变，即%=%=0435 mZ=2 K M ；=0.435 x 5.497m=2.391mAZ=Z-Z=（2.39 l-3）m=-0.609m即所需填料层高度比原来减少0.609 m o9.某制药厂现有直径为1.2 m,填料层高度为3 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为40k m o

27、 l/h,溶质的含量为0.06（摩尔分数）：要求溶质的回收率不低于9 5%；操作条件下气液平衡关系为y=2.2；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.3 5k m o l/（m 2.h）。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的9 0%。试计算（1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。解：（1）Y.=-0 0 6-=0.063 81-乂 1-0.06 =(1-)=0.063 8 x(1-0,9 5)=0.003 1 9惰性气体的流量为q“v=40 x (1 -0.06)k m o l/h =3 7.6k m o l/h=2=2.2 x 0.9 5=2.09D m

28、=2.09 x 3 7.6 k m o l/h =7 8.58 k m o l/hqn L=1.5x 7 5.58 k m o l/h =1 1 7.9 k m o l/h4)+%=0n,L3 7.6-X1 1 7.9(0.063 8 -0.003 1 9)+0=0.01 9 3(2)=Y1-Y =0.063 8-2.2x0.01 9 3 =0.021 3 Y2=Y2-Y =0.003 1 9-2.2x 0=0.003 1 9m In0.003 1 9X-K 0.063 8-0.003 1 9 -=-=-=6.353 4Z0.009 54NQG3 一-m=0.47 2 m6.3 53由H：填料

29、的有效比表面积为3 7.6H0 GK Q 0.47 2 x 0.3 5 x 0.7 8 5 x l.22m2/m3=201.3 5m2/m3填料的总比表面积为2 0 k 3 5m2/m3 =223.7 2m2/m31 0.9由 NQG InSNT S-m qn y 2.2x 3 7.63=-=-=U./U2%.L 1 1 7.96.3 53 x(0.7 02-1)/VTT =-I-n-0-.-7-0-2-=5.351由 Z=HETPXN7填料的等板高度为3H E T P =-m=0.561 m5.3 511 0.用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为0.08

30、 5,操作条件卜物系的相平衡常数为26.7,载气的流量为250 k m o l/h。若吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为9 2%。试求水的用量(k g/h)及所需理论级数。解：x=y,i-r=0-0929%=X(1-%)=0.0929 x(l-0.92)=0.00743用清水吸收，x2=o夕n,L夕n.V人M=mq)A =26.7 x 0.92=24.564操作液气比为.=1.55x24.564=38.0749n,V水的用量为%L=38.074 x 250kmol/h=9.519 x 10?kmol/h%,工=9.519xl03xl8kg/h=1.713xl05kg/h%

31、=21271=1.426mq“N 26.7用清水吸收，夕=%=0-92由IniN=中T In/InNT1.426-0.921-0.92In 1.426-1=4.19811.某制药厂现有一直 径 为0.6 m,填料层高度为6 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某混合气体中的有害组分。现场测得的数据如下：500 m3/h,5=0.02、72=0.004,乂=0.004。已知操作条件下的气液平衡关系为r=1.5%现因环保要求的提高，要求出塔气体组成低于0.002（摩尔比）。该制药厂拟采用以下改造方案：维持液气比不变，在原塔的基础上将填料塔加高。试计算填料层增加的高度。解：改造前填料层高度为Z HQQN OG改

32、造后填料层高度为7 =%心故有二=葭Z H0GN0G由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故=H0GS=S对于纯溶剂吸收工=0，公*=0由N0c=士 皿)洋+S 故 心 6=皿(1 一5)3 +5 一 J t?%=二皿(1-5总+用1 0 12因此，有l n (l-S)+S 乙_ *2Z l n (l-S)-+S 操作液气比为%、K 0.02-0.004-Xt-X2 0.004-0 _5=0.3 7 5%,L 47 l n (l-0.3 7 5)0+0.3 7 5=-=1.509Z l n (l-0.3 7 5)02-+0.3 7 50.004Z =1.509 x 6 m =9.054m填

33、料层增加的高度为 Z =Z-Z =(9.054-6)m =3.054m1 2.若吸收过程为低组成气体吸收，试O O推 v 导1 L。1 3 .在装填有25 mm拉西环的填料塔中，用清水吸收空气中低含量的氨。操作条件为20 及 1 01.3 k P a,气相的质量速度为0.525 k g/(m 2.s),液相的质量速度为2.8 50 k g/(m 2.s)。已知 20 及 1 01.3 k P a 时氨在空气中的扩散系数为1.89 x1 0-5 m 2/s,2 0 C 时氨在水中的扩散系数为1.7 6 x1 0 9 m 2/s。试估算传质单元高度为、%。解：查得20 C下，空气的有关物性数据如下

34、：=1.81xW5 Pa-s pQ=1.205 kg/m3由 Ha=aGlV(SccysS c-h 8 1 x 1 0-5-Q 795G pGZ)AB 1.205x1.89x1 O-5 查表 8-6,a =0.557,(3=0,32,/=-0.51%=0.557GC32旷。(S q )05=0.557 x 0.52532 x2.85051 x 0.7950 5 m=0.237m查得20 下，水的有关物性数据如下：/zL=lOO.5x 10?Pa-s a =998.2kg/m由仆/竺 丫 (S$c L 100.5x10-5Sc,=-=-=572.1PLAB 998.2x1.76x1 O-9查表8

35、-7,a =2.36xl0-3,p=0.22/L=2.36x1 O-3 f (ScL)5=2.36x107x12,850 x(572.1)5 m=0.325m(100.5x10，)1 4.用填料塔解吸某含二氧化碳的碳酸丙烯酯吸收液，己知进、出解吸塔的液相组成分别为0.008 5 和 0.001 6(均为摩尔比)。解吸所用载气为含二氧化碳0.000 5(摩尔分数)的空气，解吸的操作条件为35、101.3 k P a,此时平衡关系为&106.03X。操作气液比为最小气液比的1.45倍。若取/L=0 8 2 m,求所需填料层的高度。解：进塔载气中二氧化碳的摩尔比为X”=0.0005最小气液比为(品v

36、 超-乂 0.0085-0.0016(%L 人 加 一X 106.03x0.0085-0.0005操作气液比为跄=1.45x0.00766=0.0111%,L吸收因数为A -，n.L _ n ocnmqnN 106.03x0.0111液相总传质单元数为-Ar ln0.0 0 8 5-(1-0-850)-皤I +08500.0 0 1 6-106.03=3.334填料层高度为Z H0 NL 0.82 x 3.334m=2.734m15.某操作中的填料塔，其直径为0.8 m,液相负荷为8.2m3/h,操作液气比（质量比）为6.25。塔内装有DN50金属阶梯环填料，其比表面积为109 m2/n?。操

37、作条件下，液相的平均密度为995.6kg/m）气相的平均密度为1.562 kg/n?。（1）计算该填料塔的操作空塔气速；（2）计算该填料塔的液体喷淋密度，并判断是否达到最小喷淋密度的要求。解：（1）填料塔的气相负荷为8.2x995.6加6.25x1.562n?/h=836.25n?/h填料塔的操作空塔气速为u =836.25/36000.785 x 0 gm/s=0.462m/s（2）填料塔的液体喷淋密度为U =v,L=织 _ m3/(m2.h)=16.32m3/(m2 h)n/4x)2 0.785x0.82最小喷淋密度为4 n =G)而=0.08xl09m3/(m2.h)=8.72m3/(m

38、2-h)U Um n,达到最小喷淋密度的要求。16.矿石焙烧炉送出的气体冷却后送入填料塔中，用清水洗涤以除去其中的二氧化硫。己知入塔的炉气流量为2400 m3/h,其平均密度为1.315 kg/m3；洗涤水的消耗量为50 000 kg/h。吸收塔为常压操作，吸收温度为20 C。填料采用DN50塑料阶梯环，泛点率取为60%。试计算该填料吸收塔的塔径。解：查得20 下，水的有关物性数据如下：/L=100.5xl0-5Pa.s pL=998.2 kg/m3炉气的质量流量为V =2400 xl.315kg/h=3156.0kg/h采用埃克特通用关联图计算泛点气速，横坐标为/P v 0.5 50000

39、1.3 15 0 5 八-(-)=-(-)=0.5/3q#PL 3156 998.2，查图82 3,得纵坐标为生虫叱(必)从。2=0.038S PL 对于解出故W =吆=Pi.D N 5 0 塑料阶梯环，由表8-1 0 和附录二分别查得F=1 2 7 1/max=1 1 4.2 m2/m?*127x1x2 2 x1.0 0 5 0 2 =0.0 3 89.81 9 9 8.2wF=1.4 9 2 m/s操作空塔气速为u =0.6 0MF=0.6 0 x 1.4 9 2 m/s =0.89 5 m/s由 D=阿VV兀 4 x2 4 0 0/3 6 0 0 4=J-m =0.9 7 4 mV ”0

40、.89 5圆整塔径，取 =1.0 m校 核 2=侬=208，故所选填料规格适宜。d 5 0取(入 濡=0 0 80?/(m-h)最小喷淋密度为U m i n =(w)m i n=0.0 8x1 1 4.2 m3/(m2 h)=9.1 3 6 m3/(m2-h)操作喷淋密度为U =-5-0-0-0-0-/-9-9-8-.-2 m3/(m-2 -h)=6 3.8l m3 3/z(m22 -h八)、t/m i n-xl.O24操作空塔气速为2 4 0 0/3 6 0 0 /八 /u -m/s =0.84 9 m/s-xl.O24泛点率为n o 84 9 x 1 0 0%=-x 1 0 0%=5 6.

41、9 0%1.4 9 2经校核，选用。=1.0 m 合理。第九章蒸储1.在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至8 2 ,在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为p：=1 07.6 k P a 及 p*=41.8 5 k P a,取样测得液面匕方气相中组分A的摩尔分数为0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。解：本题可用露点及泡点方程求解。v_ 区丫 _ P：。-P；)107.6仿 总 一 41。5)P&P/P：-P；)&(107.6-41.85)解得 p&=99.76 kPa本题也可通过相对挥发度求解由气液平衡方程得x=-y+y0.95(1-y)-0.95+2.571(1-0.95)=

42、0.8808P 总=。袅 人 +p；(1 4)=107.6 x 0.8808+41.85(1-0.8808)kPa=99.76kPa2.试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯一甲苯混合液在总压100 kPa和 10 kPa的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A）和 甲 苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系为,./CC 1206.351g 人=6.032-A/+220.241 c 1343.94Ig PB=6.078-Bf+219.58式中P*的单位为kPa,/的单位为。C。苯一甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100 kPa和 10 kPa对应的泡点分别取94.6 和31.5）解：本题需试差计

43、算(1)总压 p 总=100 kPa初设泡点为9 4 6 C,则,*,1206.35Igp.=6.032-=2.191人 94.6+220.24得 p：=155.37 kPa同理1,g p*1343.94 1 “n=6.078-=1.801 3 94.6+219.58p；=63.15 kPa或则=1 0 二6 3 5=0 3996 2s 0 4A 155.37-63.15p 心=(0.4 x 155.37+0.6x63.15)kPa=100.04kPap.155.37、a =今=-=2.46PB 63.15=ooc=2.46x0.4=0 6 212 l+(a-l)x 1 +1.46x0.4（2

44、）总压为p 恳=1 0 kPa通过试差，泡点为 31.5,p；=17.02kPa,p；=5.313kPa17.02,a=-=3.2035.313,=1,3 X 0.4=0 6 8 11 +2.203x0.4随压力降低，a 增大，气相组成提高。3.在 100 kPa压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸储和简单蒸储。原料液处理量为100 km ol,汽化率为0.44。操作范围内的平衡关系可表示为y=0.46x+0.549。试求两种情况下易挥发组分的回收率和残液的组成。解：（1）平衡蒸镭（闪蒸）依题给条件4=1-0.44=0.56则q 4 0.56 0.55y=x

45、-=-x-=1.25-1.273xq-q-0.56-1 0.56-1由平衡方程 y=0.46x+0.549联立两方程，得y=0.735,x=0.4045=0.44F=0.4 4X100 kmol=44kmol x,00%=w ix,00%=58-8%（2）简单蒸储“D=44 kmol=56 kmol即1*=虺=里Ww56 J y-x0.5798=In”二 卬一0.54 0.549-0.54x0.55解得Xw=0.37853=4 +%(4 -Xw)=055+免(0.55-0.3785)=0.7683D 44=44 x 0.7683、1 0 0%=6 j 4 6%100 x0.55简单蒸储收率高（

46、61.46%）,釜残液组成低（0.3785）4.在一连续精微塔中分离苯含量为0.5流量为lOOkmol/h,已知储出液组成为0.95,苯的收率；（2）保持储出液组成0.95不变,解：（1）储出液的流量和苯的收率（苯的摩尔分数，下同）苯一甲苯混合液，其釜液组成为0.0 5,试 求（1）微出液的流量和镭出液最大可能的流量。Xr-%,?n.D=9n.FxD-x.WW=lOOx kmol/h=50 kmol/h0.95-0.05/5 0 x 0 9 5x l 0 0%=x 1 0 0%=9 5%1 00 x 0.5q n.D“DHA=-夕n,FF（2）帽出液的最大可能流量当A=10。时，获得最大可能流

47、量，即1 00 x 0.50.9 5k m o l/h =5 2.6 3 k m o l/h5.在连续精微塔中分离A、B两组分溶液。原料液的处理量为1 00 k m o l/h,其组成为0.45 （易挥发组分A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求储出液中易挥发组分的回收率为96%,釜液的组成为0.033。试求（1）储出液的流量和组成；（2）若操作回流比为2.6 5,写出精微段的操作线方程；（3）提微段的液相负荷。解：（1）储出液的流量和组成山全塔物料衡算，可得q DxD=0.9 6 7n FxF=0.9 6 x l O O x 0.45 k m o l/h =43.2 k m o l/hnW

48、xw=(1-0.9 6)x 1 00 x 0.45 k m o l/h =1.8 k m o l/h1 Q：k m o l/h=5 4.5 5 k m o l/h0.033d q =%,F-%,w =(1 0 0-5 4.5 5)k m o l/h=45.45 k m o l/hX43.2 45.45=0.9 5 05（2）精储段操作线方程2.6 5-x3.65RR +l+0 950 5=0.7 26 x +0.26 043.6 5(3)提储段的液相负荷q =q.L+W,F =Rg.D +q.*=(26 5 X 45.45 +1 00)k m o l/h =220.4 k m o l/h6.在

49、常压连续精微塔中分离A、B两组分理想溶液。进料量为6 0 k m o l/h,其组成为0.46（易挥发组分的摩尔分数，下同），原料液的泡点为9 2 C。要求镭出液的组成为0.9 6,釜液组成为0.0 4,操作回流比为2.8。试求如下三种进料热状态的q值和提储段的气相负荷。（1）40 冷液进料;（2）饱和液体进料；（3）饱和蒸气进料已知：原料液的汽化热为37 1 k J/k g,比热容为1.8 2 k J/（k g -）解：由题给数据，可得qnD=q”F =6 0 x k m o l/h =27.39 k m o l/hXD 0.9 6-0.04I n w =(6 0 27.39)k m o l

50、/h =32.6 1 k m o l/h（1）40 冷液进料夕值可由定义式计算，即q =l +1.8 2(9 2-40)1 i 1.ND，37 1V=R +l)7nD-(1-q)F=(2.8 +l)x 27.39-(l-1.25 5)x 6 0 k m o l/h =1 1 9.4 k m o l/h（2）饱和液体进料 此时 q=1L =y =(R +l)q“D=3.8 x 2 7.3 9 k m o l/h -1 0 4.1 k m o l/h（3）饱和蒸气进料q =0V=V -qn?=（1 0 4.1-6 0）k m o l/h =4 4.1 k m o l/h三种进料热状态下，由于g的不