化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版) 下载本文

所以,气相主体中空气(惰性组分)的分压pB1=p-pA1=101.3-20.26=81.04kPa 气液界面上的空气(惰性组分)的分压pB2=p-pA2=101.3-0=101.3kPa 空气在气相主体和界面上分压的对数平均值为:

pBm?pB2?pB1101.3?81.04?90.8kPa =

101.3pB2lnln81.04pB1Dp(pA1?pA2)

RTzpBmNA?1.8?10?5101.3=??(20.26?0) 8.314?293?0.00190.8=1.67×10-4kmol/(m2·s)

8.在总压为100kPa、温度为30℃时,用清水吸收混合气体中的氨,气相传质系数kG=3.84×10-6 kmol/(m2·s·kPa),液相传质系数kL=1.83×10-4 m/s,假设此操作条件下的平衡关系服从亨利定律,测得液相溶质摩尔分率为0.05,其气相平衡分压为6.7kPa。求当塔内某截面上气、液组成分别为y=0.05,x=0.01时

*(1) 以(pA?pA)、(cA?cA)表示的传质总推动力及相应的传质速率、总传质系数;

*(2) 分析该过程的控制因素。

p*6.7?134kPa 解:(1)根据亨利定律E?A?x0.05相平衡常数m?E134??1.34 p100溶解度常数H??sEMs?1000?0.4146

134?18*以气相分压差(pA?pA)表示总推动力时:

*pA?pA=100×0.05-134×0.01=3.66kPa

11111??=??13180?260417?273597 KGHkLkG0.4146?1.83?10?43.86?10?6KG?3.66?10?6 kmol/(m2·s·kPa)

37

*NA?KG(pA?pA)=3.66×10-6×3.66=1.34×10-5 kmol/(m2·s)

以(cA?cA)表示的传质总推动力时:

*cA?0.01?0.56 kmol/m3

0.99?18/1000*cA?cA=0.4146×100×0.05-0.56=1.513 kmol/m3

KG3.66?10?6KL???8.8?10?6m/s

H0.4146*NA?KL(cA?cA)=8.8×10-6×1.513=1.3314×10-5 kmol/(m2·s)

*(2)与(pA?pA)表示的传质总推动力相应的传质阻力为273597(m2·s·kPa)/ kmol;

其中气相阻力为

1?13180m2·s·kPa/ kmol; kG液相阻力

12

?260417m·s·kPa/ kmol; HkL气相阻力占总阻力的百分数为

260417?100%?95.2%。

273597故该传质过程为气膜控制过程。

9.若吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线,界面上气液两相平衡,推导出KL与kL、kG的关系。

解:因吸收系统服从亨利定律或平衡关系在计算范围为直线 c*A?HpA 界面上气液两相平衡 cAi?HpAi的关系式 由 NA?KL(cA?cA)得

*1*NA?(cA?cA) (1)

KL由NA?kG(pA?pAi)得

NAcAic*A?kG(?)

HHHNA?(c*A?cAi) (2) kG 38

由NA?kL(cAi?cA)得

1NA?(cAi?cA) (3) kL(2)式+(3)式,并与(1)式比较得

11H?? KLkLkG吸收过程设计型计算

10.用20℃的清水逆流吸收氨-空气混合气中的氨,已知混合气体总压为101.3 kPa,其中氨的分压为1.0133 kPa,要求混合气体处理量为773m/h,水吸收混合气中氨的吸收率为99%。在操作条件下物系的平衡关系为Y?0.757X,若吸收剂用量为最小用的2倍,试求(1)塔内每小时所需清水的量为多少kg?(1)塔底液相浓度(用摩尔分率表示)。 解:

(1) Y1?*3

pA1.0133??0.01 pB101.3?1.0133Y2?Y1(1??)?0.01(1?0.99)?1?10?4

V?773?273(1?0.01)?31.8kmol/h

293?22.4Y1?Y231.8(0.01?0.0001)??23.8kmol/h

0.01X1*?X2?00.757Lmin?V实际吸收剂用量L=2Lmin=2×23.8=47.6kmol/h =856.8 kg/h (2) X1 = X2+V(Y1-Y2)/L=0+

31.8(0.01?0.0001)?0.0066

47.611.在一填料吸收塔内,用清水逆流吸收混合气体中的有害组分A,已知进塔混合气体中组分A的浓度为0.04(摩尔分率,下同),出塔尾气中A的浓度为0.005,出塔水溶液中组分A的浓度为0.012,操作条件下气液平衡关系为Y?2.5X。试求操作液气比是最小液气比的倍数? 解:

Y1?*y10.04??0.0417 1?y11?0.04 39

Y2?y20.005??0.005

1?y21?0.005x10.012??0.0121 1?x11?0.012 X1?Y?Y2Y1?Y2Y20.005?L??1??m(1?)?2.5(1?)??*Y1Y10.0417?X2?V?minX1

m ?2.2Y?Y2L0.0417?0.005?1??3.03 VX1?X20.0121?0L?L?3.03/???1.38 ?V?V?min2.212.用SO2含量为1.1×10-3(摩尔分率)的水溶液吸收含SO2为0.09(摩尔分率)的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h,混合气流量为100kmol/h,要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下,系统的平衡关系为Y?17.8X,求气相总传质单元数。 解: 吸收剂流量L?*37800?2100kmol/h 18Y1?y10.09??0.099 1?y11?0.09 Y2?Y1(1??)?0.099(1?0.8)?0.0198

惰性气体流量V?100(1?y1)?100(1?0.09)?91kmol/h

X1?X2?V91(Y1?Y2)?1.1?10?3?(0.099?0.0198)?4.53?10?3 L2100?Y1?Y1?Y1*?0.099?17.8?4.53?10?3?0.0184 ?Y2?Y2?Y2*?0.0198?17.8?1.1?10?3?2.2?10?4

?Y1??Y20.0184?2.2?10?4?Ym???4.1?10?3

?Y0.0184lnln12.2?10?4?Y2NOG?Y1?Y20.099?0.0198??19.3 ?Ym4.1?10?3 40