化工原理作业和练习题.doc

第七章练习题 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、解：先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数和 进、出塔气体中氨的摩尔比、为 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第八章练习题2. 在温度为25 ℃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 g/m3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kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3解：水溶液中CO2的浓度为对于稀水溶液，总浓度为 kmol/m3水溶液中CO2的摩尔分数为 由 kPa气相中CO2的分压为 kPa < 故CO2必由液相传递到气相，进行解吸 以CO2的分压表示的总传质推动力为 kPa练习题7. 某填料吸收塔内装有5 m高，比表面积为221 m2/m3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 kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200 kmol/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；气相总吸收系数为；填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90％试计算（1）填料塔的吸收率；（2）填料塔的直径解：（1）惰性气体的流量为对于纯溶剂吸收 依题意（2） 由 填料塔的直径为练习题11. 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：V=500 m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004已知操作条件下的气液平衡关系为 Y = 1.5 X 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 改造后填料层高度为故有由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变，故对于纯溶剂吸收，由 故 因此，有操作液气比为填料层增加的高度为练习题12. 若吸收过程为低组成气体吸收，试推导。

解： 由 　 故 作业题3. 在总压为110.5 kPa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、气膜吸收系数kG=5.2×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=1.55×10-4 m/s假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725 kmol/(m3·kPa) （1）试计算以、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 kPa 其对应的总吸收系数为 kmol/(m2·s·kPa) 以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制作业题5. 在101.3 kPa及25 ℃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y1=0.04、y2=0.002假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×103 kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。

1） 试计算吸收液的组成； （2） 若操作压力提高到1013 kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成 解：（1） 吸收剂为清水，所以 所以操作时的液气比为 吸收液的组成为 （2） 作业题6. 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45 kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032操作条件下气液平衡关系为，气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m3·s)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98%求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度解： 惰性气体的流量为水的用量为 求填料层高度 作业题8. 在101.3 kPa及20 ℃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/(m2·h)，气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526，水的质量流速W为800 kg/(m2·h)，填料层高度为3 m已知操作条件下平衡关系为Y= 0.9 X，KGa正比于G 0.8而于W无关若（1）操作压力提高一倍；（2）气体流速增加一倍；(3) 液体流速增加一倍，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 操作条件下，混合气的平均摩尔质量为 m （1） 若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变所以 m m m 即所需填料层高度比原来减少1.801m （2） 若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即 故 m m m 即所需填料层高度要比原来增加4.910 m。

（3） W对KGa无影响，即对KGa无影响，所以传质单元高度不变，即 m 即所需填料层高度比原来减少0.609 m作业题10. 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0.085，操作条件下物系的相平衡常数为26.7，载气的流量为250 kmol/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92%试求水的用量（kg/h）及所需理论级数 解： 用清水吸收， 操作液气比为 水的用量为 用清水吸收， 由 第九章练习题1．在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为=107.6 kPa及＝41.85 kPa，取样测得液面上方气相中组分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解得 kPa本题也可通过相对挥发度求解由气液平衡方程得2．试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—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式中p﹡的单位为kPa，t的单位为℃苯—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：本题需试差计算（1）总压p总＝100 kPa初设泡点为94.6℃，则 得 kPa同理 kPa或 则 （2）总压为p总＝10 kPa通过试差，泡点为31.5℃，=17.02kPa，＝5.313kPa随压力降低，α增大，气相组成提高练习题10．在常压连续精馏塔内分离苯—氯苯混合物已知进料量为85 kmol/h，组成为0.45（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料塔顶馏出液的组成为0.99，塔底釜残液组成为0.02操作回流比为3.5塔顶采用全凝器，泡点回流苯、氯苯的汽化热分别为30.65 kJ/mol和36.52 kJ/mol水的比热容为4.187 kJ/ (kg ·℃)若冷却水通过全凝器温度升高15 ℃，加热蒸汽绝对压力为500 kPa（饱和温度为151.7 ℃，汽化热为2 113 kJ/kg）试求冷却水和加热蒸汽的流量。

忽略组分汽化热随温度的变化解：由题给条件，可求得塔内的气相负荷，即对于泡点进料，精馏段和提馏段气相负荷相同，则（1）冷却水流量 由于塔顶苯的含量很高，可按纯苯计算，即（2）加热蒸汽流量 釜液中氯苯的含量很高，可按纯氯苯计算，即 练习题12．在常压连续精馏塔中，分离甲醇—水混合液原料液流量为100 kmol/h，其组成为0.3（甲醇的摩尔分数，下同），冷液进料（q =1.2），馏出液组成为0.92，甲醇回收率为90％，回流比为最小回流比的3倍试比较直接水蒸气加热和间接加热两种情况下的釜液组成和所需理论板层数甲醇—水溶液的t–x–y数据见本题附表习题12 附 表温度t℃液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数温度t℃液相中甲醇的摩尔分数气相中甲醇的摩尔分数1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.579。