食品工程原理第十二周布置习题解答

习题解答
食品1301班及食品质安1301、1302班食品工程原理作业（共96题）
5.用清水逆流吸收混合气中有害组分A ，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m ，进料混合气组成为0.04（mol 分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为y=2.5x ，试求：（1）L/G 为(L/G)min 的倍数；（2）所需塔高H ；（3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时塔高应增加多少。

（1.25；7.95；4.08）
解：（1）12120.040.0053 2.710.01280
y y L G x x --===-- 12121min 1220.040.0053 2.170.0402.5e y y y y L y G x x x m
---⎛⎫==== ⎪-⎝⎭-- min / 2.71 1.25(/) 2.17
L G L G == （2）/ 2.71 1.0842.5
L L G A Gm m ==== 1.08410.04 2.501ln 11.0841 1.0840.053 2.50 1.0845.30OG N ⎡-⨯⎤⎛⎫=
-+ ⎪⎢⎥--⨯⎝⎭⎣⎦=
1.5 5.307.95OG OG H H N m =⋅=⨯=
（3） 1.08410.04 2.501ln 11.0841 1.0840.0033 2.50 1.0848.02
OG N ⎡-⨯⎤⎛⎫'=-+ ⎪⎢⎥--⨯⎝⎭⎣⎦=
1.58.021
2.03OG OG
H H N m ''=⋅=⨯= 12.037.95 4.08H H H m '∆=-=-=
6. 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨--空气混合气中的氨，混合气流量为
0.025kmol/s ，混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。

吸收塔操作的总压为101.3kPa ，温度为293K ，在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y *=1.2x ，总传质系数Kya 为0.0522kmol/(s·m3)。

若塔径为1m ，实际液气比为最小液气比的1.2倍。

试求：①塔底液相浓度x 1；②所需填料层高度H 。

(0.0139；6m)
解：① 12121min 1220.020.001 1.140.0201.2e y y y y L y G x x x m
---⎛⎫==== ⎪-⎝⎭--
min / 1.2(/) 1.2 1.14 1.37L G L G ==⨯=
12120.020.0010.0139/ 1.37
y y x x L G --=+== ②*111110.02 1.20.01390.00332y y y y mx ∆=-=-=-⨯=
*222220.001 1.200.001y y y y mx ∆=-=-=-⨯=
3121
2
0.003320.001 1.94100.00332ln ln 0.001m y y y y y -∆-∆-∆===⨯∆∆ 1230.020.0019.791.9410OG m y y N y ---=
==∆⨯ 22
0.025
0.0318/()14G kmol s m π
==⋅⨯ 0.03180.6100.0522OG y G H m K a =
== 0.6109.796OG OG H H N m =⋅=⨯=
9用一填料层高度为3m 的吸收塔来测定传质单元高度，已知平衡关系为y *=0.25x ，气体流量G =100kmol/(m 2·h)，进口溶质浓度y 1=0.052，吸收率92.3%；液体流量
L =100kmol/(m 2·h)，进口浓度x 2=0，求传质单元高度为多少？若操作条件作下列变动，填料层高度分别应为多少？ ①气体流速增加一倍，y 1、y 2、x 2均保持不变；②液体流速增大加倍，y 1、y 2、x 2均保持不变。

（假定气液量改变后，塔均能保持正常操作，且0.70.3y K a AG L = ）。

(0.98m ，4.71m ，2.22m)
解：21(1)(10.923)0.0520.004y y η=-=-⨯= 0.251000.25100
mG S L ⨯=== 1222110.052ln (1)ln (10.25)0.25 3.07110.250.004OG y mx N S S S y mx ⎡⎤-⎡⎤=
-+=-+=⎢⎥⎢⎥---⎣⎦⎣⎦ 30.983.07
OG OG H H m N === ① 气体流速增加一倍，y 1、y 2、x 2均保持不变
0.70.3y K a AG L =
0.70.30.70.30.722 1.625y y K a G L G L K a G L G L '''⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭
1.625y y K a K a '=
2 1.2
3 1.230.98 1.211.625OG OG y y G G H H m K a K a
''====⨯=' 0.252000.5100
mG S L '⨯'=== 1222110.052ln (1)ln (10.5)0.5 3.89110.50.004OG
y mx N S S S y mx ⎡⎤-⎡⎤'''=-+=-+=⎢⎥⎢⎥'---⎣⎦⎣⎦ 1.21 3.89 4.71OG
OG H H N m '''=⋅=⨯= ② 液体流速增大加倍，y 1、y 2、x 2均保持不变 同理，求得0.70.30.70.30.322 1.23y y K a G L G L K a G L G L ''''''⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
⎝⎭⎝⎭
1.23y y K a K a ''= 0.8130.8130.980.7971.23OG OG y y G G H H m K a K a
''====⨯='' 0.251000.125200
mG S L ⨯''==='' 1222110.052ln (1)ln (10.125)0.125 2.79110.1250.004OG
y mx N S S S y mx ⎡⎤-⎡⎤''''''=-+=-+=⎢⎥⎢⎥''---⎣⎦⎣⎦ 0.797 2.79 2.22OG
OG H H N m ''''''=⋅=⨯=
11.略
1.已知A 与B 的饱和蒸汽压与温度的关系可按下列安托因方程算得：
式中p 0的单位是mmHg ，T 的单位是K 。

问：①总压为70mmHg （绝压）时，A 与B 的沸点各为多少℃？②在上述总压和68℃时，该物系可视为理想物系。

此物系的平衡汽、液相浓度各为多少摩尔分率？（A ：65.4℃，B ：73.4℃，0.639
0.712A A x y ==）
解：① A 的沸点：即 0170A A x p p ===
由0
ln ln 7016.01953279.47/(59.95)p T ==--
得：T A =338.56-273.15=65.4℃
同理可得B 的沸点：T A =346.5-273.15=73.4℃ ② 0ln 16.01953279.47/(68273.1559.95) 4.357A p =-+-=
078.02A p mmHg = 同理可得055.78B p mmHg =
0007055.780.63978.0255.78
B A A B p p x p p --===-- 078.020.6390.71270
A A A p y x p ==⨯= 2 A 和
B 的混合液可作为理想溶液，其各纯组分的蒸汽压计算的安托因方程为：
式中p 0的单位是mmHg ，t 的单位是℃。

试计算总压为850mmHg （绝压）下含A29.3%（摩尔百分率）的该物系混合液的泡点。

（102.6℃）
解：设泡点t=102.6℃ 001211log 6.9091450102.6220.8
A A p p mmHg =-⇒=+ 001345log 6.955601.6102.6219.5
B B p p mmHg =-⇒=+ 000850601.60.2931450601.6
B A A B p p x p p --===-- 假设正确，即溶液的泡点为102.6℃。