化工原理作业和练习题
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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 Y 1、Y 2。
解:先计算进、出塔气体中氨的摩尔分数
y 1和y 2。
0.055 /17
y 1 0.0903 0.055 /17
0.945 /29 0.002 /17
y 2
0.0034
0.002 /17
0.998 / 29
进、出塔气体中氨的摩尔比 丫1、丫2为
0.0903 Y |
0.0993
1 0.0903 0.0034
丫2
0.0034
1 0.0034
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 C 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/m 3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 溶液的密度为997.8 kg/m 3。
解:水溶液中 CO 2的浓度为
对于稀水溶液,总浓度为
水溶液中CO 2的摩尔分数为
,
5
4
由 p* Ex 1.66 10 1.443 10 kPa 23.954 kPa
气相中CO 2的分压为
p P t y 101.3 0.03kPa 3.039kPa < p* 故CO 2必由液相传递到气相,进行解吸。
以CO 2的分压表示的总传质推动力为
p P* p (23.954 3.039)kPa 20.915 kPa
练习题7.某填料吸收塔内装有5 m 高,比表面积为221 m 2/m 3
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
E 1.66 105kPa ,水
350/1000
44
kmol/m 3 0.008kmol/m
997.8
18
kmol/m 3 55.43 kmol/m 0.008 55.43
1.443 10
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
4
2
气液平衡关系为丫 2.75X ;气相总吸收系数为3 10 kmol/(m s );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
q n ,V 50 (1 0.05)kmol/h 47.5kmol/h
对于纯溶剂吸收
q n,L Y 1 丫2
- - m A
q n ,V min
Y / m
X
2
依题意
q n,L
200
2.632
q
n,
V
min
47.5 1.6
(q n,L /q n,V )min
2.632 “
A
95
m
2.75
1 y
1 0.05
Y 2 Y 1 A
0.0526 1 0.9571 0.00226
X 1
q
n,V
Y 1 丫 2 X 2
47 5
0.0526 0.00226 0 0.0120
q n,L
200
Y Y Y* 0.0526 2.75 0.0120
0.0196
(2)丫
0.05
0.0526 丫2
丫
2
0.00226 2.75 0 0.00226
Y m
丫 丫2
.Y ln
1
°.
0196
°.00226
0.00803
ln^6
0.00226
N OG
丫1 丫
2
Y
°.
0526
°.
00226
6.269
0.00803
H OG
N OG
5
m 0.798m
6.269
由H °G
q
n,V
K Y a q n,V K Y aH OG
4
47.5/3600
m 2 0.277m 2
3 10 4
221 0.9 0.798
填料塔的直径为
4 Q 冗 3.14
4 0.277
m 0.594m
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 m 3/h 、Y i =0.02、丫2=0.004、X i =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
Z H OG N OG
改造后填料层高度为
Z
H
OG N OG
故有 Z
H
OG N OG
Z
H OG N OG
由于气体处理量、操作液气比及操作条件不变,故
H
OG H OG
S S
对于纯溶剂吸收 X 2 0,笔* 0
因此,有
Y ln[(1 S )l S] ln[(1 S)Y 1
操作液气比为
Z Z Z (9.054 6)m 3.054m
由N OG
1 F (1
S )Y¥ S]
故N OG
1 rS ln[(1 S] N
OG
1 FS ln[(1
S]
S]
q n,L
Y 1 Y 2 q
n,V X 1
X
2
0.02 0.004 0 mq n,V 1.5
q n,L 4
0.375
Z
_ Z ln[(1 0.375)
0.375]
00002 1.509 ln[(1
0.375)"002
0.375]
0.004 1.509 6m 9.054m Z 填料层增加的高度为