化工原理第七章习题答案

m = ye = 0.0099 = 0.943 。 x 0.0105
7-2．100 C 时氧在水中的溶解度的表达式 p* = 3.313×106 x ,式中 p∗ 为氧在气相中的
平衡分压， kPa ； x 为溶液中氧的摩尔分数。空气中氧的体积分数为 21% ，试求总压为 101kPa 时，每 m3 水中可溶解多少 g 氧？（答：11.4g ⋅ m −3 ，或 0.35mol ⋅ m−3 ）
解： Pe = 0.21×101.3 = 21.3kPa ， x = Pe = 21.3 = 6.42 ×10−6 ， 3.313×106 3.313 ×106 c = 6.42 ×10−6 × 32 = 11.4g ⋅ m −3 。 18 ×1000
7-3．用清水吸收混合气中的 NH 3 ，进入常压吸收塔的气体含 NH 3 体积分数为 6% ， 吸收后气体含 NH 3 体积分数为 0.4% ，出口溶液的摩尔比为 0.012kmol ⋅ NH 3 ⋅ kmol−1 水。 此物系的平衡关系为 Y ∗ = 2.52 X 。气液逆流流动，试求塔顶、塔底处气相推动力各为多
解：⑴ y1 = 0.01，
y2
=
0.01× 0.1 0.99 + 0.01× 0.1
=
0.00101 ，
y1 − mx2 = 0.01 = 10 ， y2 − mx2 0.00101
1 = mV = 0 ， AL
查图得： NOG = 2 ，
Z = H OG ⋅ NOG = 0.5 × 2 = 1m ；
度 为 500 C ， 压 力 为 100kPa 。 平 衡 关 系 为 Y ∗ = 0.36 X ， 总 传 质 系 数
KY ⋅ a = 0.015kmol ⋅ m−3 ⋅ s−1 。入塔气体的摩尔流量为 0.015kmol ⋅ m−2 ⋅ s −1 。求填料层
高度。（ 答： Z = 12m ）
解： y1 = 0.02 ， y2 = 0.02(1 − 0.99) = 0.0002 ， x2 = 0.0002 ，
=
1 1− mV
ln[(1 − m V )( Y1 L Y2
− mX 2 ) + m V ]
− mX 2
L
L
= 1 ln[(1 − 1.15)( 0.0753 − 0 ) + 1.15] = 8.89 ；
1 − 1.15
1.68 1.15 ×10−3 − 0 1.68
1.68
⑸ Z = H OG ⋅ NOG = 0.686 × 8.89 = 6.1m 。 7-9．直径为 0.88m 的填料吸收塔内，装有拉西环填料，填料层高为 6m 。每小时处理 2000m3 含 5% 丙酮与空气的原料气操作条件为 1 个大气， 250 C 。用清水作吸收剂，塔顶 出口废气含丙酮 0.263% （以上均为摩尔分数），出塔溶液中每千克含丙酮 61.2g ，操作条
由平衡关系内插得溶液平衡浓度为 0.877kgSO2 ⋅ (100kg)-1 H 2O ，
换算为摩尔比 x1,e
=
0.877 / 64 100 /18
=
2.47 ×10−3 ，
⎛L⎞ ⎜⎟
= Y1 − Y2 = 0.099 − 0.00495 = 38.1，
⎝ V ⎠min
x1,e
0.00247
L
=
y1 = 0.05 = 99 ， y2 0.000505
查图得： NOG = 4.5 ， Z = H OG ⋅ N OG = 0.5 × 4.5 = 2.25m 。
7-8．今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为
1000m3 ⋅ h −1 （操作状态），原料中含甲醇100g ⋅ m−3 ，吸收后水中含甲醇量等于与进料气
（2）塔径；（3）传质单元高度 H OG ；（4）传质单元数 NOG ；（5）填料层高度。
(答： L = 1150kg ⋅ h−1 ; D = 0.84m ; HOG = 0.686m ; NOG = 8.89 ; Z = 6.1m )
解：⑴
y1
=
100 ×10−3 / 1/ 22.4
32
=
0.07 ，
⎛L⎞ ⎜⎟ ⎝ V ⎠min
=
Y1 − Y2 X e,1 − X 2
=
y1 − y2 xe,1 − x2
=
0.02 − 0.0002 0.02 − 0.0002
= 0.357 ，
0.36
L
=
1.5⎜⎛
L
⎞ ⎟
= 1.5 × 0.357 = 0.536 ，
V
⎝ V ⎠min
x1
=
V L
( y1
−
y2 ) +
⑵ y1 = 0.01，
y2 = 0.01× 0.01 = 0.0001，
y1 = 0.01 = 100 ， y2 0.0001
查图得： NOG = 4.5 ，
Z = H OG ⋅ N OG = 0.5 × 4.5 = 2.25m ；
⑶ y1 = 0.05 ，
0.05 × 0.01 y2 = 0.99 + 0.05 × 0.01 = 0.000505 ，
x2
=
1 (0.02 − 0.0002) + 0.0002 0.536
=
0.0371，
1
mV =
=
0.36
= 0.672 ，
A L 0.536
N OG
1 =
1− 1
ln[(1 −
1 )( y1 A y2
− mx2 ) + − mx2
1] A
A
= 1 ln[(1− 0.672)( 0.02 − 0.36× 0.0002 ) + 0.672] = 12
体中相平衡时浓度的 67% 。设在常压、 250 C 下操作，吸收的平衡关系取为 Y = 1.15X ， 甲 醇 回 收 率 要 求 为 98% ， kY = 0.5kmol ⋅ m −2 ⋅ h −1 ， 塔 内 填 料 的 比 表 面 积 为 a = 200m 2 ⋅ m−3 塔内气体的空塔气速为 0.5m ⋅ s −1 。试求：（1）水的用量为多少 kg ⋅ h −1 ？
件下的平衡关系为 Y = 2X 。试计算：（1）气相总体积传质系数 KY a ；（2）每小时可回收 丙酮多少千克？（3）若将填料层加高 3m ，又可以多回收多少千克丙酮？
解： KG = 1
1 1
=
1
1 1
= 0.0408kmol ⋅ m−2 ⋅ h −1 ⋅ kPa −1 ，
+
+
KG HK L 0.056 2 × 0.075
气相阻力所占分率：
1
η=
0.056
= 0.73 。
1+ 1
0.056 2 × 0.075
7-5．从矿石焙烧送出的气体，含体积分数 9%SO2 ，其余视为空气。冷却后送入吸收 塔，用水吸收其中所含 SO2 的 95% 。吸收塔的操作温度为 300 C ，压力为100kPa 。每小 时处理的炉气量为1000m3（ 300 C 、100kPa 时的体积流量），所用液气比为最小值的1.2 倍。
塔顶：Ye = 2.52 X = 2.52 × 0 = 0 ，
塔顶气相推动力 ∆Y2 = 0.00402 ，
塔底气相推动力 ∆Y1 = Y1 − Ye,1 = 0.064 − 0.03024 = 0.034 。
7-4 ． 用 水 吸 收 空 气 中 的 甲 醇 蒸 汽 ， 在 操 作 温 度 300K 下 的 溶 解 度 系
解： c = 1 17 = 0.582kmol ⋅ m −3 ， 101 1000
H = c = 0.582 = 0.59mol ⋅ Pa −1 ⋅ m −3 ， Pe 0.9866 7.4 760
ye = 100 101.3 = 0.0099 ，
x = 1 17 = 0.0105 ， 1 100 + 17 18
7-1．100g 水中溶解1gNH 3 ，从手册查得 200 C 时 NH3 的平衡分压为 986.6Pa ，在此 浓度以内服从亨利定律。试求溶解度系数 H（单位为 kmol ⋅ m−3 ⋅ kPa −1 ）和相平衡常数 m ， 总压力为100kPa 。 （答： H = 0.59kmol ⋅ m−3 ⋅ kPa −1 , m = 0.943）
⑵Vs
=
1000 m3 3600
⋅ s −1 ， u
=
0.5m ⋅ s −1 ，
∴ D = 4Vs =
4 ×1000 = 0.84m ；
πu 3600 × 3.14 × 0.5
V
38
⑶ H OG = KY aΩ = 0.5 × 200 × π × 0.842 = 0.686m ；
4
⑷用解析法：
N OG
L V
= Y1 − Y2 x1
⇒
x1
=
Y1
− Y2 L
= 0.099 − 0.00495 = 2.06 ×10−3 。 45.69
V
7-6．用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收 99% 。入塔的混合气中，含
苯 2% （摩尔分数）。入塔的煤油中，含苯 0.02% 。溶剂用量为最小用量的1.5 倍，操作温
解： Y1
=
y1 1 − y1
=
0.09 1 − 0.09
=
0.099 ，
Y2 = (1 −η)Y1 = (1 − 0.95) × 0.099 = 0.00495 ，
V = 1000 × 273 (1 − 0.09) = 36.6kmol ⋅ h −1 ， 22.4 303
进吸收塔 SO 2 的分压 P1 = 101.3y = 101.3× 0.09 = 9.12kPa ，
百度文库
H OG 都可取为 0.5m 。试比较所需填料层高度有何不同。
混合气中含摩尔分数1%NH 3 ，要求回收 90% 。
混合气中含1%NH 3 ，要求回收 99% 。
混合气中含 5%NH 3 ，要求回收 99% 。作了上述比较之后，你对塔高与回收率的关系
能获得什么概念？（答：（1） Z = 1m ；（2） Z = 2.25m ；（3） Z = 2.25m ）
1.2⎜⎛
L
⎞ ⎟
= 1.2 × 38.1 = 45.69 ，
V
⎝ V ⎠min
Lmin
= V ⎜⎛ L ⎟⎞ ⎝ V ⎠min
= 36.6 × 38.1 = 1394.5mol ⋅ h −1
=
25100kg ⋅ h −1 ，
L = 1.2Lmin = 1.2 × 25100 = 30120kg ⋅ h −1 ，
求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为
液相 SO2 溶解度
/ kgSO2 ⋅ (100kg )−1 H 2O
7.5 5.0 2.5 1.5 1.0 0.5 0.2 0.1
气相 SO2 平衡分压 / kPa
91.7 60.3 28.8 16.7 10.5 4.8 1.57 0.63
( 答： L = 30120kg ⋅ h −1, x1 = 0.00206 )
273 273 + 25
1000 ==
22.4
× (1 − 0.07) ×
273 298
=
38kmol ⋅ h −1，
L =
Y1 − Y2
0.0753 −1.5 ×10−3
=
= 1.68 ，
V X1 − X2
0.0439 − 0
L = 1.68V = 1.68 × 38 = 63.8kmol ⋅ h −1 = 1.15 ×103 kg ⋅ h −1 ；
H = 2kmol ⋅ m−3 ⋅ kPa−1 ,传质系数 kG = 0.056kmol ⋅ m −2 ⋅ h −1 ⋅ kPa −1 ，
kL = 0.075kmol ⋅ m−2 ⋅ h −1 ⋅ kmol-1 ⋅ m3 。求总传质系数 KG 以及气相阻力在总阻力中所占
的分数。（答： KG = 0.0408kmol ⋅ m-2 ⋅ h −1 ⋅ kPa −1 , 0.73 ）
1− 0.672
0.0002 − 0.36× 0.0002
V 0.015 H OG = K yaΩ = 0.015 = 1m ，
H = H OG ⋅ N OG = 12 ×1 = 12m 。
7-7．在填料塔内用稀硫酸吸收空气中所含的 NH 3 。溶液上方 NH 3 的分压为零（相平
衡常数 m = 0 ）。下列情况所用的气、液流速及其他操作条件都大致相同，总传质单元高度
∴ Y1
=
0.07 1− 0.07
=
0.0753 ，
Y2 = Y1(1 − ϕ) = 0.0753 × (1 − 0.98) = 1.5 ×10−3 ，
X1
=
67%
X
* 1
=
0.67 ×
Y1 m
=
0.67 ×
0.0753 1.15
=
0.0439 ，
X2 = 0，
V
=
1000 × (1 − 22.4
y1 ) ×
少？（答：顶 ΔY2 = 0.00402 ，底 ΔY1 = 0.034 ）
解： Y1
= y1 1 − y1
0.06 =
1 − 0.06
= 0.064 ，Y2
= y2 1− y2
0.004 =
1 − 0.004
= 0.0402 ，
塔底：Ye = 2.52 X = 2.52 × 0.012 = 0.03024 ，