课后答案(作业)

活性炭A: 1/qm=0.0019,qm=526,1/k1qm=1.8046,k1=0.00105 活性炭B: 1/qm=0.0015,qm=667,1/k1qm=1.9829,k1=0.00076

比较两种活性炭的吸附平衡常数,可以看到B的饱和吸附量要大于A,比表面积较大,吸附容量比较大;而A的吸附系数比较大,吸附的性能较好。

9.3 有一初始浓度(比质量分数)为Y0的流体,要求用吸附剂将其浓度降低到Y2(对应的固体相的吸附质比质量分数为X2)。试证明:两级错流吸附比单级吸附节约吸收剂。

证明:对单级吸附,由物料衡算有G?Y0?Y2??L?X2?X0? 所以吸附剂的用量为L?G?Y0?Y2?/?X2?X0?

对于二级错流吸附,第一级吸附剂用量为L1,一级流出流体的浓度为Y1,第一级吸附剂用量为L2,一级流出流体的浓度为Y2

假设两级所用吸附剂总量为LT,LT?L1?L2,两级的物料衡算方程分别为

G?Y0?Y1??L1?X1?X0? G?Y1?Y2??L2?X2?X1?

两式相加,并且设L2?mL1 可得LT?G?Y0?Y2??m?X1?X0???X2?X0????1?m??,

因为?X1?X0???X2?X0? 所以

m?X1?X0???X2?X0?m?X2?X0???X2?X0??

1?m1?m即

m?X1?X0???X2?X0???X2?X0?

1?mG?Y0?Y2?G?Y0?Y2??所以

m?X1?X0???X2?X0??X2?X0?1?m上式即为LT?L

第十章

10.1 用H型强酸性阳离子交换树脂去除质量浓度为5%的KCl溶液,交换平衡时,从交换柱中交换出来的H离子的摩尔分数为0.2,试计算K离子的去除率。已知KH?=2.5,溶液密度为1025 kg/m3。

解:溶液中K+的摩尔浓度为

?50??1000?[K+]=??/???0.688mol/L

?74.5??1025?K?KK?H??xK??1?yK??yK??1?xK???0.2?1?xK??xK??1?0.2??2.5

所以xK??0.09

K离子的去除率为1?xK??1?0.09?0.91

10.2用H型强酸性阳离子树脂去除海水中的Na+、K+离子(假设海水中仅存在这两种阳离子),已知树脂中H+离子的浓度为0.3mol/L,海水中Na+、K+离子的浓度分别为0.1mol/L和0.02mol/L,求交换平衡时溶液中Na+、K+离子的浓度。已知

KKH??3.0?,

NaKH?2.0??。

解:KK?H??xK??1?yK??yK??1?xK???3.0,KNa?H?同时0.3yNa??0.11?xNa?,0.3yK?联立以上几式,求得

xK??0.023,xNa??0.162

??????2.0 x?1?y??0.02?1?x?

yNa?1?xNa?Na?Na?K?所以平衡时溶液中的浓度Na+为0.0162 mol/L,K+为0.00046 mol/L

10.3 某强碱性阴离子树脂床,床层空隙率为0.45,树脂颗粒粒度为0.25mm,

孔隙率为0.3,树脂交换容量为2.5mol/m3,水相原始浓度1.2mol/m3,液相与树脂相离子扩散系数分别为D1?3.4?10m2/h、Dr?2.1?10 m2/h,溶液通过树脂床的流速为4m/h。试判断属哪种扩散控制。

解:彼克来准数

ur04?0.125?10?3Pe???0.0089 ?23?1??b?D13??1?0.45??3.4?10?2?3Vermeulen准数

Ve?4.8?q0DrD1?P??1/2????PeD1?c0?b2?

?3?2?2.5?2.1?104.83.4?10?0.3??1/2???22.25???0.0089?23.4?101.2?0.452??所以属于液膜扩散控制。

第十一章

11.1根据间歇操作、半间歇操作及连续操作的特点,画出在下列反应器中或反应器出口处反应物A的浓度随时间(或位置)的变化曲线。

B(cB0)B (CB0)AAcA0CA0AcCAAa. 间歇反应器(a)(t=0,CA=CA0)b. 半间歇反应器c. 槽式连续反应器(b)(c)(t=0,CA=CA0,CB=0)cCA0A0cCAA(d)CA随位置的变化)d. 管式连续反应器(给出cCA0A0AcA1CA1AcCA3A2AcCAA(e)CA1 ,CA2,CA3随时间的变化)e. 三级串联槽式连续反应器(给出

图11-1 习题11.1图示

(a)间歇反应器(t=0,cA=cA0);(b)半间歇反应器(t=0,cA=cA0,cB=0); (c)槽式连续反应器;(d)管式连续反应器(给出cA随位置的变化);(e)三级串联槽式连续反应

器(给出 cA1,cA2,cA3随时间的变化)

解:

ccAtccAccAtt

(a) (b) (c)

ccAccA1cA2cA3xt

(d) (e)

图11-2 习题11.1图中各类反应器中A的浓度随时间的变化曲线

11.2 对于按反应式(1)和(2)进行的平行串联反应,设反应开始时系统中的总摩尔数为n0,A、B、Q、P的摩尔数分别为:nA0、nB0、nQ0、nP0,A和B的摩尔分数分别为zA0和zB0。试给出t时刻时A和B的摩尔分数zA和zB以及A在反应(1)和(2)的转化率xA1和xA2之间的关系。

A+B=Q

(1) (2)

A+2Q=P

解:对于反应式(1)(2)有

nA?nA0(1?xA1?xA2) nB?nB0?nA0xA1

nP?nP0?nA2xA2 nQ?nQ0?nAxA1?2nA0xA2

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