1、第五章 习题解答 1）1）总压 100 ，温度 25的空气与水长时间接触，水中的 的浓度为 多少？分别用摩尔浓度和摩尔分率表示。空气中 的体积百分率为 0.79。 解：将空气看作理想气体：y=0.79 p*=yp=79kPa 查表得 E=8.76 510kPa6/*Epx H= )./(10342.6)87./()( 65 mkNoLMS C=p*.H=796.34210-5=5.0110-4kmol/m3 2）2）已知常压、25下某体系的平衡关系符合亨利定律，亨利系数 E 为 大气压，溶质 A 的分压为 0.54 大气压的混合气体分别与三种溶液 接触：溶质 A 浓度为 的水溶液；溶质 A 浓
2、度为 的水溶液； 溶质 A 浓度为 的水溶液。试求上述三 种情况下溶质 A 在二相间的转移方向。 解： E=0.15104atm， p=0.054atm，P=1atm ，y=p/P=0.054 m EP015. x1352860. y14*. y10* 平衡 2350. mx27*. 2* 气相转移至液相 335108410. y*. y30* 液相转移至气相 P=3atm y=0.054 E=0.15104atm m=E/P=0.0510 4 x4=x3=5.410-5 ym027*. y40* 气相转移至液相 3）3）某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气硫化氢混合气中的硫化氢。 总压为 1
3、 大气压。已知塔底气相中含 1.5%（摩尔分率），水中含 的浓度为 （摩尔分率）。试求塔底 温度分别为 5及 30时 的吸收过程推动力。 解：查表得（5 0C） E1=3.1910 4kpa m1=E1/P=315 p*1=Ex=0.319 KPa572.018.5 62222 54 2420 51111.1 103./*0.3/6./*6.8.709/,3./*093./7420/* xmyxyPpy kpaxEEKPCxmyxyyPp液 相 推 动 力 ：气 相 推 动 力 ： ） ：查 表 得 （液 相 推 动 力 ：气 相 推 动 力 ： 4）4）总压为 100 ，温度为 15时 的亨
4、利系数 E 为 。 试计算：H、m 的值（对稀水溶液密度为 ）；若空气中 的分压为 50 ，试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和 摩尔浓度表示。 345535/lk02.1965.02) 120/.1/ /.2196)/(8.moCHpxxEP KmoLkNMsg）解 ： 5）5）在总压为 100 、水温为 30鼓泡吸收器中，通入纯 ，经充分接 触后测得水中 的平衡溶解度为 溶液，溶液的密度可 近似取为 ，试求亨利系数。 解： p*=100KPaHC2857102857104 (mol/L)/kPaEMs9345 kPa 6）6）组分 A 通过另一停滞组分 B 进行扩散，若总压为 ，扩
5、散两端 组分 A 的分压分别为 23.2 和 6.5 。实验测得的传质系数 为 。若在相同的操作条件和组分浓度下，组分 A 和 B 进行等分子扩散，试分别求传质系数 和传质速率 。 解：p A1=23.2KPa pA2=6.5KPa pB1=Pp A1=78.1KPa pB2=94.8KPakDRTPPpmolsPaGBmBB1215240ln./() olsPa 12052./() k DRTG. )/(10.2241 smkolpNAA 7）7）已知：柏油路面积水 ，水温 20，空气总压 100 ，空气中水 汽分压 1.5 ，设路面积水上方始终有 厚的静止空气层。问柏油 路面积水吹干需多长
6、时间？ 解：该过程可看作一组分通过另一停滞组分的扩散过程 查表得 20 0C 时 水的饱和蒸汽压为 P=1.5kPa 依题意 1Ap=2.3346kPa 2Ap=1.5kPa )/()( /10248.20.9)/(/)(5.98.06473221 2421212 PBmAABBBmRTZpDNsCkPapLnppkPa水 的 扩 散 系 数水 的 扩 散 系 数由 表 得 ： )/(1046.3 )08.9125.09314.8/(52346.285 34smKoL 以为扩散为稳定扩散，所以 sNMhhNAAA 353 108.4)106.8/(10/)/( 8）8）试分别计算 0及 101
7、.3 下 、 在空气中的扩散系数，并与 实验值进行比较分析。 解：(1) A： CO2，B：空气，M A=44，M B=29 VB=29.9，V A=34.0，P=101.3KPa，t = 273.2KDTPmsBA 436101510523 52. (2)A：SO 2，B：空气，M A=64，M B=29 VB=29.9，V A=44.8，P=101.3KPa，t = 273.2KDTPmsBA 4361019821053262. 9）9）试计算 在 35水中的扩散系数，并与实验值进行比较分析。 解： A：HCl，B ：H 2O，M B=18，=2.6 VA=3.7+21.6=25.3，T=
8、308.2K ，=0.7225cpDTcmsA7410310805652. . 10） 10） 某传质过程的总压为 300 ，吸收过程传质系数分别为 、 ，气液相平衡关系符合亨利定 律，亨利系数 E 为 ，试求：吸收过程传质总系数 和 ；液相中的传质阻力为气相的多少倍。 解：10. (1)E = 10.6710 3kPa，P = 300kPa， m EP357.110752Kkmyx K y = 0.3919 11357012Kmkxyx. K x = 13.94 (2) yy . 11）在填料塔内以水吸收空气氨混合气中的氨。已知：总压 P 为 1 大气压， 温度 t 为 20，亨利系数 E
9、为 ，气相体积传质分系数 为 ，液相体积传质分系数 为 。气相 中含氨 5.4%（体积），液相中含氨 0.062（摩尔分率），液相可按稀溶液处理。 试求气、液界面处平衡的浓度以及气相传质阻力占总阻力的分率。 解：m=E/P=76.6/101.33=0.756 y=0.054 x=0.062 c=1000/18=55.56kmoL/m 3 )/(32.056.1082.5 41433smkoLkCpLmxay )062.(3.)054.(13.476)11221xyxym在 界 面 处 ： 得： 9 475 54.23.0/6.03./1/ xmyymkk 气相阻力占总阻力分率为： 089)41
10、( 12)若某组分在气相中的摩尔分率保持不变，将其总压增大一倍，但其质量流速 不变，试分析 和 的变化情况？ 解： 12 lnBBmg pRTDPpkDP1 P , DP 不变，(p B2p B1)=2(pB2p B1) kgg 2 k y=Pkg ky NA=ky(y1y 2) NA 13)用填料塔进行逆流吸收操作，在操作条件下，气相、液相传质系数分别为 和 。试分别计算相平衡常数 为 0.1 和 100 时，吸收传质过程的传质阻力分配情况。若气相传质分系数 ，当 气相流量 G 增加一倍时，试分别计算上述两种情况下总传质系数增大的倍数。 解：k y = 0.013 kmol/(m2s)， k
11、x = 0.026 kmol/(m2s) m = 0.1 时， 1769y. , x3846. %76.41:%24.95.01: 08yxyy yx KkmKkK m = 100 时， 76yk , 23896.1:104.98.1: 5.3 xyxyyx KmkKk G= 2G，k y= 2 0.8ky=0.02263 m = 0.1 时， 784.1028.27. yyx m = 100 时， .105.904.381 xxyx KKkK 14) 对低浓度气体吸收，当平衡关系为直线时，试证明： 式中 分别为塔底与塔顶两端面上的气相吸收推动力。 证明： mOGyN/)(21 )/1/()(
12、 )( )/21 2122LGyLnyxmx 15）用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为 ，实际液气比 为最小液气比的 倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以 两个参数列出 计算 的计算式。 解：令进塔气体浓度为 y1，则出塔气体浓度为 0)1(22xy )1/()1/)( /0/ )/1/()(/)1(/ /)/211121221*minLnNyyx LmGyLnNxyGLOGOG又由 上 题 证 明 的 结 果 ： 16）在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合气体中的 ，气相流量为 （标准状况），进塔气体中含 6.0%（体积），要求条件下的平 衡关系 ，操作液气比为最小液气比的 1.6
13、 倍。试求：吸收剂用量 和出塔液体组成；写出操作线方程；气相总传质单元数。 解： x2 = 0，y 1 = 0.06，y 2 = 0.06(10.95) = 0.003 V = 300m3/h = 12.27kmol/h， nPVRT , m = 1200Lyxmin*1212612in L = 22380.48 kmol/h V(y1 y2) = L(x1x 2) = Lx1 x 1 = 3.12510-5 (2) V LVyx228403. (3) (3) Am15.NyxAoG112lnVy2 Lx2Vy1 Lx1 115892AyAln. 17）试按吸收因数法推导出以液相浓度差为推动力
14、的吸收过程传质单元数计算 式： 1212 /)(/()/()1*xOGxOL xGmxLydNmyd证 明 ： )/1(/)/()(/1( / /)/(/ )()()()/( /121 111 12 mGLmxymGLnxy xLyn 18）以清水在填料塔内逆流吸收空气氨混合气中的氨，进塔气中含氨 4.0%（体积），要求回收率 为 0.96，气相流率 G 为 。采用的 液气比为最小液气比的 1.6 倍，平衡关系为 ，总传质系数 为 。试求：塔底液相浓度 ；所需填料层高度 。 解： 027./)(/ )/(138.4.0275/ /5.960 413.)()()/(/ 016.4.1)1 222
15、1min2xxyGLskolkmoLgMxyLymy2 x2 y11 x1 mNHLnyxnymxyNmKGHOGOGOy 83.146285.041.6590 016./)27.904.(/).7( (/) 2853.04./12./)2 2121 19）接上题，若气、液相接触改为并流操作，气、液流量及进口浓度都不变， 填料层高度为上题算出的 ，操作温度、压强亦不变，问回收率 为多少？ 0122 122 2121 6.4./058./05846/)(3. )/()( 41.64./)0 yyxmxyLnmyNHyxm OG得 ：联 立 上 面 三 式及 操 作 温 度 ， 压 强 不 变因（
16、 且 汽 流 量 不 变解 ： 20）试在“yx”图中定性画出下列各吸收流程的操作线与平衡线 G,y1 L x2 y3 y2 L1,x2 y2 x3 L,x2 y4 L2x3 y2 L2=L1/2 L/2,x1 L/2,x3 G,y1 L3,x1 G1,x3 x1 G1=G2 G2,y3 21）在一逆流接触的填料吸收塔中，用纯水吸收空气氨混合气中的氨，入塔 气体中含 9%，要求吸收率为 95%，吸收剂用量为最小用量的 1.2 倍，操 作条件下的平衡关系为 。传质单元高度为 0.8m。试求：填料层高 度 ；若改用含 0.05%（摩尔分率）的稀氨水作吸收剂， 及其它条 件均不变，吸收率为多少？ 0
17、872.)45./01.(/)45.01.(.26.9. 6.3./)9(/)( 38.1)2/09(450.12.1/ 021min2LnyGxLyym）解 ： 02 211 24.9).0/5.(/0.368.)/)/ 05.5.9.)2789872yxGLymHNO解 得 ：（ 不 变 22）以清水在填料塔内逆流吸收空气二氧化硫混合气中的 ，总压为 1 ，温度为 20，填料层高为 4m。混合气流量为 1.68 ，其中含 为 0.05（摩尔分率），要求回收率 90%，塔底流出液体浓度为 。 试求：总体积传质系数 ；若要求回收率提高至 95%，操作条件不变， 要求的填料层高度为多少？ 05.
18、 01535. )(472)()(/.020)/(57.3/68.175.39.4211 22242ymx smkolLGPEaCskolMm由查 表）解 ： 94.01./).(OGNn mHNLnyxxGy mHsmkolKKNHOGm OGmyOGOG04.65.781045.738/)2( 0638.)2/1(.3. .0.5. 5)()(2.9.01.2 81./68211 1由） 23）接上题，若液体流量增大 15%，其它操作条件不变。已知 ， 。式中： 的 单位是 。问回收率 为多少？942.0/ 091.75./)5(/)(5. /3./3067104/.)(7. 98.12.
19、0/9.3/5/1 )(7.83.26 )/(26.045)/( )/(457.2105.0.5/)( 12 112121 123. 352 20 yxxyGLxyNnyHmKskmolskolk sllL smkolxyGmOGmOyaOGyayaxaxay可 得 即 得又由解 ： 24）一逆流操作的吸收塔中，如果 为 0.75，相平衡关系为 ，吸收 剂进塔浓度 为 0.001（摩尔分率，下同）进气浓度为 0.05 时，其回收率为 90%， 试求进气浓度为 0.04 时，其回收率为多少？若吸收剂进口浓度为零，其它条件 不变，则其回收率又如何？ 16)0.25./()01.25.()/()(
20、/ /(/122112mxyxyLG LmGmLnNOOG保 持 不 变（不 变 ， 故 不 变依 题 意 ：解 ： 011075.936)/()2.8160.2)1(4/)204.可 推 出可 推 出由 y 25）某混合气体中含溶质 5%（体积） ，要求回收率为 85%。吸收剂进塔浓度为 0.001（摩尔分率） ，在 20，101.3 下相平衡关系为 。试求逆流 操作和并流操作的最小液气比各为多少？由此可得到什么结论？ 解： 逆流：y 1 = 0.05，y 2 = 0.05(1 0.85) = 0.0075， m = 40，x 2 = 0.001LVin1270 并流：y 1 = 0.05，
21、y 2 = 0.0075， m = 40，x 1=0.001Lxin* .21253 Vmin .53 26） 用纯溶剂吸收某混合气体中的可溶组分。进塔气体浓度为 0.048（摩尔分率），要求回收率 为 92%。取液气比为最小液气比的 1.6 倍。 气液逆流，平衡关系 ，气相总传质单元高度为 0.62 米。试求填料层 高 。 又，为增大填料润湿率，采用吸收剂再循环流程，气体流量及进、出塔的 浓度不变，补充的纯溶剂流量和传质单元高度均不变，循环液流量与补充液流 量之比为 0.10。试求此操作所需的填料层高度 。mNHyLnyxGLxyOGmm9.26.08482.40916./)384(/)(0
22、916. 034./).5.(/52012/)(/ 6.0192./)384(. )04812min12 ）解 ： Gy2 Lx2 Gy1 Lx1 y1 y2 x2 x1* y1 y2 x1 x2* Gy2 Lx2 Gy1 Lx1 mH N LnyxxyGLOGm54.32.760. )01.520384./()1. 48.(/25048./,212 1不 变不 变不 变 算） 对 虚 线 框 进 行 物 料 衡 27）在填料塔中，用纯油吸收空气中的苯，入塔混合气量为 ， 其中含苯 6%（体积），要求出塔气体中含苯不高于 0.5%（体积），操作条件 下的平衡关系 ，实际液气比取最小液气比的 1
23、.5 倍。试求：吸收剂 用量及出塔液相浓度；全塔对数平均推动力 ；若采用吸收剂循环流程， 在保证原吸收率不变的条件下，入塔液体浓度和循环液量最大应为多少？画 出两种情况下操作线示意图。 略 即呈 平 衡与由 题 意）解 ： )4 /106.273.41.0143.0)25./()/(/.5./:)3 018.)./02(/).02.( 6.) 2.75./)(/)(/73.145.27.0 75.0)/6.(0/0.6. /102021122min22 hkmolLxxxyyLnyxGxhkolLxyylm 28）空气四氯化碳化合气体中含四氯化碳 5%（体积，下同），气相流量 G 为 ，要求回
24、收率 90%。吸收剂分两股，第一股含四氯化碳为 0.002，从塔顶进入塔内；第二股含四氯化碳 0.010，从塔中部某处进入塔内。 两股吸收剂用量相同，均为 。已知操作条件下体系的相平衡 关系为 ，试计算：出塔液体浓度为多少？若全塔传质单元高度为 0.8 米，则第二股吸收剂加入的最适宜位置（加入口至塔底的高度）应在何处。 Gy2 Lx2 Lx2 Gy1 2Lx1 2Lx2 解： (1) y1 = 0.05，y 2 = 0.05(10.9) = 0.005， G = 0.042kmol/(m2s)，x 2 = 0.002，x 2 = 0.01，m = 0.5 y L1 = L2 = 0.021km
25、ol/(m2s) yL1 x 1 = 0.051 (2) Gx12 y L109.Am2 ， 5A.625.311ln12mxyNOG H = HOGNOG = 0.83.625 = 2.9 m 29) 29) 矿石焙烧炉气中含 SO24.5%(体积)，其余惰性气体按空气计。炉气冷 却后在填料塔中以清水逆流吸收炉气中的 SO2。操作压强为 1atm，操作温 度为 30。塔径为 0.8m，填料层高为 10m，要求回收率为 95%，进塔炉 气流量为 1150m3/h(标准状态)。已知 kGa 为 510-4kmol/(sm3kPa)， kLa=510-21/s。试求： 塔底液体浓度为多少? 若将炉
26、气进一步降温 后再吸收，其操作温度降至 20时，其回收率为多少?设其它操作条件不 变，k Ga 和 kLa 的值均不变。 )./027.1 /56.18/02.48/mak1530 )./024./.436./(50:1 332221 msolKkKkolMCPEPCslxyyyaxyas（ 时 ， （）由 题 意）解 ： 21212121 ln/)()(/)(/)(53.9/ mxyxyxyyyNHGmO由 经试差得：x 10.000775（塔底出液浓度） )./039.5/ak.203 4solKPECya（时 ， .1/ 8OGHNm %3.9/y10395.ym1 11ln122 2L
27、GAAmxyANO得 ：由 ： 30）一正在操作的逆流吸收塔，进口气体中含溶质浓度为 0.05（摩尔分率，下 同），吸收剂进口浓度为 0.001，实际液气比为 4，操作条件下平衡关系为 ，此时出口气相中含溶质为 0.005。若实际液气比下降为 2.5，其它条 件不变，计算时忽略传质单元高度的变化，试求此时出塔气体浓度及出塔液体 浓度各为多少？ 28.4/)05.( 015.)3/(21 01254/).5()(/21 mOGmyNLnyxyx解 ： 0172/)05.( 82./8)./().(. )(112 2 LyGxyNLn sxxsO据 题 意 31）在一吸收塔内用洗油逆流吸收煤气中含
28、苯蒸汽。苯的初始浓度为 0.02（摩 尔分率，下同），吸收时平衡关系为 ，液气比为 0.18，洗油进塔浓 度为 0.006，煤气中苯出塔浓度降至 0.002。由吸收塔排出的液体升温后在解吸 塔内用过热蒸汽逆流解吸。解吸塔内气液比为 0.4，相平衡关系为 。 在吸收塔内为气相控制，在解吸塔为液相控制。若现将液体循环量增加一倍， 煤气及过热蒸汽流量等其它操作条件都不变。已知解吸塔中， 。问 此时吸收塔出塔煤气中含苯多少？题中流量皆为摩尔流量。 0675.1.05.2. 24/)61(/)( 18.1221 mxyGxLyL吸 收 塔解 ： ./)0.2.( 3.)/7(675mOGmNLn 解吸塔 18.7/)( )06./29(/06289/ 83/51211mOLmxNLnxy 当 L 增加一倍时 /3.2G67.518.7902/34. .0 OLOLxmGHHK解 吸 塔 不 变吸 收 塔 52.)/1/()/()(1(221 LmxynNOG由 ./(2 AyAL 0734.037. 67./)22 21 xAxyAnL可 得
