化工原理第二版 (下冊)夏清,賈紹義 課后習(xí)題解答

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1、化工原理第二版 夏清，賈紹義 課后習(xí)題解答（夏清、賈紹義主編.化工原理第二版（下冊）.天津大學(xué)出版）社,2011.8.） 第1章 蒸餾1.已知含苯0.5（摩爾分率）的苯-甲苯混合液，若外壓為99kPa，試求該溶液的飽和溫度。苯和甲苯的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)見例1-1附表。 t（） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11解：利用拉烏爾定律計算氣液平衡數(shù)據(jù)查例1-1附表可的得到不同溫度下純組分苯和甲苯的飽和蒸汽壓PB*，PA*，由于總壓P = 99kPa，則由x = (P-PB*)/(PA*-PB*)可得出液相組成，這樣就可以得

2、到一組繪平衡t-x圖數(shù)據(jù)。以t = 80.1為例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962同理得到其他溫度下液相組成如下表根據(jù)表中數(shù)據(jù)繪出飽和液體線即泡點(diǎn)線由圖可得出當(dāng)x = 0.5時，相應(yīng)的溫度為922.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)列于本題附表，試求P = 13.3kPa下該溶液的平衡數(shù)據(jù)。 溫度 C5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9飽和蒸汽壓(kPa) 1.3 2.

3、6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解： 根據(jù)附表數(shù)據(jù)得出相同溫度下C5H12（A）和C6H14（B）的飽和蒸汽壓 以t = 248.2時為例，當(dāng)t = 248.2時 PB* = 1.3kPa查得PA*= 6.843kPa 得到其他溫度下AB的飽和蒸汽壓如下表t() 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.

4、634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250利用拉烏爾定律計算平衡數(shù)據(jù)平衡液相組成 以260.6時為例 當(dāng)t= 260.6時 x = (P-PB*)/(PA*-PB*)=（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡氣相組成 以260.6為例 當(dāng)t= 260.6時 y = PA*x/P = 13.31/13.3 = 1 同理得出其他溫度下平衡氣液相組成列表如下t() 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0

5、.524 0 根據(jù)平衡數(shù)據(jù)繪出t-x-y曲線3.利用習(xí)題2的數(shù)據(jù)，計算：相對揮發(fā)度；在平均相對揮發(fā)度下的x-y數(shù)據(jù)，并與習(xí)題2 的結(jié)果相比較。解：計算平均相對揮發(fā)度 理想溶液相對揮發(fā)度= PA*/PB* 計算出各溫度下的相對揮發(fā)度 ： t() 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3 - - - - 5.291 5.563 4.178 - - - - 取275.1和279時的值做平均 m= （5.291+4.178）/2 = 4.730按習(xí)題2的x數(shù)據(jù)計算平衡氣相組成y的值當(dāng)x = 0.3835時，y =

6、 4.730.3835/1+(4.73-1)0.3835= 0.746同理得到其他y值列表如下t() 260.6 275.1 276.9 279 289 5.291 5.563 4.178x 1 0.3835 0.3308 0.2085 0y 1 0.746 0.700 0.555 0 作出新的t-x-y曲線和原先的t-x-y曲線如圖4.在常壓下將某原料液組成為0.6（易揮發(fā)組分的摩爾）的兩組溶液分別進(jìn)行簡單蒸餾和平衡蒸餾，若汽化率為1/3，試求兩種情況下的斧液和餾出液組成。假設(shè)在操作范圍內(nèi)氣液平衡關(guān)系可表示為y = 0.46x + 0.549解：簡單蒸餾由ln(W/F)=xxFdx/(y-x

7、) 以及氣液平衡關(guān)系y = 0.46x + 0.549得ln(W/F)=xxFdx/(0.549-0.54x) = 0.54ln(0.549-0.54xF)/(0.549-0.54x) 汽化率1-q = 1/3則 q = 2/3 即 W/F = 2/3 ln(2/3) = 0.54ln(0.549-0.540.6)/(0.549-0.54x) 解得 x = 0.498 代入平衡關(guān)系式y(tǒng) = 0.46x + 0.549 得 y = 0.804平衡蒸餾 由物料衡算 FxF = Wx + Dy D + W = F 將W/F = 2/3代入得到 xF = 2x/3 + y/3 代入平衡關(guān)系式得 x =

8、 0.509 再次代入平衡關(guān)系式得 y = 0.7835.在連續(xù)精餾塔中分離由二硫化碳和四硫化碳所組成的混合液。已知原料液流量F為4000kg/h，組成xF為0.3（二硫化碳的質(zhì)量分率，下同）。若要求釜液組成xW不大于0.05，餾出液回收率為88。試求餾出液的流量和組分，分別以摩爾流量和摩爾分率表示。解：餾出回收率 = DxD/FxF = 88 得 餾出液的質(zhì)量流量 DxD = FxF 88 = 40000.30.88 = 1056kg/h 結(jié)合物料衡算 FxF = WxW + DxDD + W = F 得xD = 0.943 餾出液的摩爾流量 1056/(760.943) = 14.7kmo

9、l/h 以摩爾分率表示餾出液組成 xD = (0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154) = 0.976.在常壓操作的連續(xù)精餾塔中分離喊甲醇0.4與說.6（均為摩爾分率）的溶液，試求以下各種進(jìn)料狀況下的q值。（1）進(jìn)料溫度40；（2）泡點(diǎn)進(jìn)料；（3）飽和蒸汽進(jìn)料。常壓下甲醇-水溶液的平衡數(shù)據(jù)列于本題附表中。溫度t 液相中甲醇的 氣相中甲醇的 溫度t 液相中甲醇的 氣相中甲醇的 摩爾分率 摩爾分率 摩爾分率 摩爾分率 100 0.0 0.0 75.3 0.40 0.729 96.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.779 93.5 0.04 0.234 71.

10、2 0.60 0.825 91.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.870 89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915 87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.958 84.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.979 81.7 0.20 0.579 64.0 1.0 1.0 78.0 0.30 0.665 解：（1）進(jìn)料溫度40 75.3時，甲醇的汽化潛熱r1 = 825kJ/kg 水蒸汽的汽化潛熱r2 = 2313.6kJ/kg57.6時 ，甲醇的比熱 CV1 = 2.784kJ/(kg)水蒸汽的比熱 CV2 = 4.178kJ

11、/(kg) 查附表給出數(shù)據(jù) 當(dāng)xA = 0.4時，平衡溫度t = 75.3 40進(jìn)料為冷液體進(jìn)料 即 將1mol進(jìn)料變成飽和蒸汽所需熱量包括兩部分 一部分是將40冷液體變成飽和液體的熱量Q1，二是將75.3飽和液體變成氣體所需要的汽化潛熱Q2 ，即 q = （Q1+Q2）/ Q2 = 1 + （Q1/Q2） Q1 = 0.4322.784（75.3-40）= 2850.748kJ/kg Q2 = 8250.432 + 2313.60.618 = 35546.88 kJ/kg q = 1 +（Q1/Q2）= 1.08 （2）泡點(diǎn)進(jìn)料 泡點(diǎn)進(jìn)料即為飽和液體進(jìn)料 q = 1 （3）飽和蒸汽進(jìn)料 q

12、= 07.對習(xí)題6中的溶液，若原料液流量為100kmol/h，餾出液組成為0.95，釜液組成為0.04（以上均為易揮發(fā)組分的摩爾分率），回流比為2.5，試求產(chǎn)品的流量，精餾段的下降液體流量和提餾段的上升蒸汽流量。假設(shè)塔內(nèi)氣液相均為恒摩爾流。解： 產(chǎn)品的流量 由物料衡算 FxF = WxW + DxDD + W = F 代入數(shù)據(jù)得W = 60.44 kmol/h 產(chǎn)品流量 D = 100 60.44 = 39.56 kmol/h精餾段的下降液體流量L L = DR = 2.539.56 = 98.9 kmol/h提餾段的上升蒸汽流量V 40進(jìn)料q = 1.08 V = V + （1-q）F =

13、D（1+R）= 138.46 kmol/h V = 146.46 kmol/h8.某連續(xù)精餾操作中，已知精餾段 y = 0.723x + 0.263；提餾段y = 1.25x 0.0187 若原料液于露點(diǎn)溫度下進(jìn)入精餾塔中，試求原料液，餾出液和釜?dú)堃旱慕M成及回流比。 解：露點(diǎn)進(jìn)料 q = 0 即 精餾段 y = 0.723x + 0.263 過（xD ，xD）xD = 0.949提餾段 y = 1.25x 0.0187 過（xW ，xW）xW = 0.0748精餾段與y軸交于0 ，xD/（R+1） 即 xD/（R+1）= 0.263 R = 2.61連立精餾段與提餾段操作線得到交點(diǎn)坐標(biāo)為（0.

14、5345 ，0.6490） xF = 0.6499.在常壓連續(xù)精餾塔中，分離苯和甲苯的混合溶液。若原料為飽和液體，其中含苯0.5（摩爾分率，下同）。塔頂餾出液組成為0.9，塔底釜?dú)堃航M成為0.1，回流比為2.0，試求理論板層數(shù)和加料板位置。苯-甲苯平衡數(shù)據(jù)見例1-1。解： 常壓下苯-甲苯相對揮發(fā)度= 2.46 精餾段操作線方程 y = Rx/（R+1）= 2x/3 + 0.9/3 = 2x/3 + 0.3 精餾段 y1 = xD = 0.9 由平衡關(guān)系式 y = x/1 +(-1)x 得x1 = 0.7853 再由精餾段操作線方程 y = 2x/3 + 0.3 得y2 = 0.8236 依次得

15、到x2 = 0.6549 y3 = 0.7366x3 = 0.5320 y4 = 0.6547x4 = 0.4353 x4 xF = 0.5 x3精餾段需要板層數(shù)為3塊 提餾段 x1= x4 = 0.4353 提餾段操作線方程 y = Lx/（L-W）- WxW/（L-W） 飽和液體進(jìn)料 q = 1 L/（L-W）= （L+F）/V = 1 + W/（3D）由物料平衡 FxF = WxW + DxDD + W = F 代入數(shù)據(jù)可得 D = W L/（L-W）= 4/3 W/（L-W）= W/（L+D）= W/3D = 1/3 即提餾段操作線方程 y = 4x/3 0.1/3 y2= 0.547

16、1 由平衡關(guān)系式 y = x/1 +(-1)x 得 x2 = 0.3293依次可以得到y(tǒng)3= 0.4058 x3 = 0.2173 y4= 0.2564 x4 = 0.1229 y5= 0.1306 x5 = 0.0576 x5 xW = 0.1 x4 提餾段段需要板層數(shù)為4塊理論板層數(shù)為 n = 3 + 4 + 1 = 8 塊（包括再沸器）加料板應(yīng)位于第三層板和第四層板之間10.若原料液組成和熱狀況，分離要求，回流比及氣液平衡關(guān)系都與習(xí)題9相同，但回流溫度為20，試求所需理論板層數(shù)。已知回流液的泡殿溫度為83，平均汽化熱為3.2104kJ/kmol，平均比熱為140 kJ/(kmol)解：回

17、流溫度改為20，低于泡點(diǎn)溫度，為冷液體進(jìn)料。即改變了q的值 精餾段 不受q影響，板層數(shù)依然是3塊 提餾段 由于q的影響，使得 L/（L-W）和 W/（L-W）發(fā)生了變化 q = （Q1+Q2）/ Q2 = 1 + （Q1/Q2）Q1= CpT = 140（83-20）= 8820 kJ/kmolQ2= 3.2104kJ/kmol q = 1 + 8820/(3.2104)= 1.2756L/（L-W）=V + W - F(1-q)/V - F(1-q) = 3D+W- F(1-q)/3D- F(1-q) D = W，F(xiàn) = 2D 得L/（L-W）= (1+q)/(0.5+q)= 1.2815W

18、/（L-W）= D/3D- F(1-q)= 1/（1+2q）= 0.2815 提餾段操作線方程為 y = 1.2815x - 0.02815x1= x4 = 0.4353 代入操作線方程得 y2 = 0.5297再由平衡關(guān)系式得到x2= 0.3141 依次計算y3 = 0.3743x3= 0.1956 y4 = 0.2225x4= 0.1042 y5 = 0.1054x5= 0.0457 x5 xW = 0.1 x4提餾段板層數(shù)為4理論板層數(shù)為 3 + 4 + 1 = 8塊（包括再沸器）11.在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離乙醇-水混合液，原料液為飽和液體，其中含乙醇0.15（摩爾分率，下同），餾出液組

19、成不低于0.8，釜液組成為0.02；操作回流比為2。若于精餾段側(cè)線取料，其摩爾流量為餾出液摩爾流量的1/2，側(cè)線產(chǎn)品為飽和液體，組成為0.6。試求所需的理論板層數(shù)，加料板及側(cè)線取料口的位置。物系平衡數(shù)據(jù)見例1-7。解：如圖所示，有兩股出料，故全塔可以分為三段，由例1-7附表，在x-y直角坐標(biāo)圖上繪出平衡線，從xD = 0.8開始，在精餾段操作線與平衡線之間繪出水平線和鉛直線構(gòu)成梯級，當(dāng)梯級跨過兩操作線交點(diǎn)d時，則改在提餾段與平衡線之間繪梯級，直至梯級的鉛直線達(dá)到或越過點(diǎn)C(xW ，xW)。 如圖，理論板層數(shù)為10塊（不包括再沸器） 出料口為第9層；側(cè)線取料為第5層12.用一連續(xù)精餾塔分離由組分

20、AB組成的理想混合液。原料液中含A 0.44，餾出液中含A 0.957（以上均為摩爾分率）。已知溶液的平均相對揮發(fā)度為2.5，最回流比為1.63，試說明原料液的 熱狀況，并求出q值。解：在最回流比下，操作線與q線交點(diǎn)坐標(biāo)（xq ，yq）位于平衡線上；且q線過（xF ，xF）可以計算出q線斜率即 q/(1-q)，這樣就可以得到q的值 由式1-47 Rmin = (xD/xq)-(1-xD)/(1-xq)/（-1）代入數(shù)據(jù)得0.63 = (0.957/xq)-2.5(1-0.957)/(1-xq)/（2.5-1） xq = 0.366 或xq = 1.07（舍去）即 xq = 0.366 根據(jù)平衡

21、關(guān)系式y(tǒng) = 2.5x/（1 + 1.5x）得到y(tǒng)q = 0.591 q線 y = qx/（q-1）- xF/（q-1）過（0.44，0.44），（0.366，0.591）q/（q-1）= （0.591-0.44）/（0.366-0.44）得 q = 0.67 0 q 1 原料液為氣液混合物13.在連續(xù)精餾塔中分離某種組成為0.5（易揮發(fā)組分的摩爾分率，下同）的兩組分理想溶液。原料液于泡點(diǎn)下進(jìn)入塔內(nèi)。塔頂采用分凝器和全凝器，分凝器向塔內(nèi)提供回流液，其組成為0.88，全凝器提供組成為0.95的合格產(chǎn)品。塔頂餾出液中易揮發(fā)組分的回收率96。若測得塔頂?shù)谝粚影宓囊合嘟M成為0.79，試求：（1）操作回

22、流比和最小回流比；（2）若餾出液量為100kmol/h，則原料液流量為多少？解：（1）在塔頂滿足氣液平衡關(guān)系式 y = x/1 +(-1)x 代入已知數(shù)據(jù) 0.95 = 0.88/1 + 0.88(-1) = 2.591 第一塊板的氣相組成 y1 = 2.591x1/（1 + 1.591x1） = 2.5910.79/（1 + 1.5910.79）= 0.907在塔頂做物料衡算 V = L + D Vy1 = LxL + DxD 0.907（L + D）= 0.88L + 0.95D L/D = 1.593即回流比為 R = 1.593由式1-47 Rmin = (xD/xq)-(1-xD)/

23、(1-xq)/（-1）泡點(diǎn)進(jìn)料 xq = xF Rmin = 1.031（2）回收率DxD/FxF = 96得到F = 1000.95/（0.50.96）= 197.92 kmol/h15.在連續(xù)操作的板式精餾塔中分離苯-甲苯的混合液。在全回流條件下測得相鄰板上的液相組 成分別為 0.28，0.41和0.57，試計算三層中較低的兩層的單板效率EMV 。操作條件下苯-甲苯混合液的平衡數(shù)據(jù)如下： x 0.26 0.38 0.51 y 0.45 0.60 0.72 解：假設(shè)測得相鄰三層板分別為第n-1層，第n層，第n+1層即 xn-1 = 0.28 xn = 0.41 xn+ 1 = 0.57 根據(jù)

24、回流條件 yn+1 = xn yn = 0.28 yn+1 = 0.41 yn+2 = 0.57 由表中所給數(shù)據(jù) = 2.4與第n層板液相平衡的氣相組成 yn* = 2.40.41/（1+0.411.4）= 0.625與第n+1層板液相平衡的氣相組成 yn+1* = 2.40.57/（1+0.571.4）= 0.483由式1-51 EMV = （yn-yn+1）/（yn*-yn+1） 可得第n層板氣相單板效率 EMVn = （xn-1-xn）/（yn*-xn） = （0.57-0.41）/（0.625-0.41） = 74.4 第n層板氣相單板效率 EMVn+1 = （xn-xn+1）/（yn

25、+1*-xn+1） = （0.41-0.28）/（0.483-0.28） = 64第2章 吸收1.從手冊中查得101.33kPa,25時,若100g水中含氨1g,則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987kPa。已知在此濃度范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù)H kmol/(m3kPa)及相平衡常數(shù)m解：液相摩爾分?jǐn)?shù) x = （1/17）/（1/17）+（100/18） = 0.0105 氣相摩爾分?jǐn)?shù) y = 0.987/101.33 = 0.00974 由亨利定律 y = mx 得 m = y/x = 0.00974/0.0105 =0.928 液相體積摩爾分?jǐn)?shù) C = （1/17）/（101

26、10-3/103）= 0.5824103 mol/m3 由亨利定律P = C/H 得H = C/P =0.5824/0.987 = 0.590 kmol/(m3kPa)2.101.33kPa,10時，氧氣在水中的溶解度可用P = 3.31106x表示。式中：P為氧在氣相中的分壓kPa；x為氧在液相中的摩爾分率。試求在此溫度及壓強(qiáng)下與空氣充分接觸的水中每立方米溶有多少克氧。解：氧在氣相中的分壓P = 101.3321 = 21.28kPa 氧在水中摩爾分率x = 21.28/（3.31106）= 0.00643103 每立方米溶有氧 0.006410332/（1810-6）= 11.43g3某混

27、合氣體中含有2（體積）CO2，其余為空氣?；旌蠚怏w的溫度為30，總壓強(qiáng)為506.6kPa。從手冊中查得30時CO2在水中的亨利系數(shù)E = 1.88105 kPa，試求溶解度系數(shù)H kmol/(m3kPa) 及相平衡常數(shù)m，并計算每100g與該氣體相平衡的水中溶有多少gCO2 。解：由題意 y = 0.02，m = E/P總 = 1.88105/506.6 = 0.37103 根據(jù)亨利定律 y = mx 得x = y/m = 0.02/0.37103 = 0.000054 即每100g與該氣體相平衡的水中溶有CO2 0.00005444100/18 = 0.0132 gH =/18E = 103

28、/（101.88105）= 2.95510-4kmol/(m3kPa)7.在101.33kPa，27下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。甲醇在氣，液兩相中的濃度都很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù)H = 1.995kmol/(m3kPa)，氣膜吸收系數(shù) kG = 1.5510-5 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系數(shù) kL = 2.0810-5 kmol/(m2skmol/m3)。試求總吸收系數(shù)KG，并計算出氣膜阻力在總阻力中所的百分?jǐn)?shù)。 解：由1/KG = 1/kG + 1/HkL 可得總吸收系數(shù)1/KG = 1/1.5510-5 + 1/（1.9952.0810-5）KG = 1.

29、128 10-5 kmol/(m2skPa)氣膜阻力所占百分?jǐn)?shù)為 ：（1/ kG）/（1/kG + 1/HkL）= HkL/（HkL+ kG）= （1.9952.08）/（1.9952.08 + 1.55）= 0.928 = 92.88.在吸收塔內(nèi)用水吸收混于空氣中的甲醇，操作溫度為27，壓強(qiáng)101.33kPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為5kPa，液相中甲醇濃度位2.11kmol/m3。試根據(jù)上題有關(guān)的數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速率。解：由已知可得 kG = 1.12810-5kmol/(m2skPa) 根據(jù)亨利定律 P = C/H 得液相平衡分壓 P* = C/H = 2.11/

30、1.995 = 1.058kPaNA = KG(P-P*)= 1.12810-5（5-1.058）= 4.44710-5kmol/(m2s) = 0.16 kmol/(m2h)9.在逆流操作的吸收塔中，于101.33kPa，25下用清水吸收 混合氣中的CO2，將其濃度從2降至0.1（體積）。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)=5.52104kPa。若吸收劑為最小理論用量的1.2倍，試計算操作液氣比L/V及出口組成X。解： Y1 = 2/98 =0.0204， Y2 = 0.1/99.9 = 0.001 m = E/P總 = 5.52104/101.33 = 0.0545104 由 （L/V）min=

31、 （Y1-Y2 ）/X1* = （Y1-Y2 ）/（Y1/m） = （0.0204-0.001）/（0.0204/545） = 518.28 L/V = 1.2（L/V）min = 622 由操作線方程 Y = （L/V）X + Y2-（L/V）X2 得 出口液相組成 X1 = （Y1-Y2 ）/（L/V）= （0.0204-0.001）/622 = 3.1210-5 改變壓強(qiáng)后，亨利系數(shù)發(fā)生變化，及組分平衡發(fā)生變化，導(dǎo)致出口液相組成變化 m = E/P總 = 5.52104/10133 = 0.054510-5 （L/V） = 1.2（L/V）min = 62.2 X1 = （Y1-Y2 ）

32、/（L/V）= （0.0204-0.001）/62.2 = 3.1210-410.根據(jù)附圖所列雙塔吸收的五種流程布置方案，示意繪出與各流程相對應(yīng)的平衡線和操作線，并用圖中邊式濃度的符號標(biāo)明各操作線端點(diǎn)坐標(biāo)。11.在101.33kPa下用水吸收混于空氣中的中的氨。已知氨的摩爾分率為0.1，混合氣體于40下進(jìn)入塔底，體積流量為0.556m3/s，空塔氣速為1.2m/s。吸收劑用量為最小用量的1.1倍，氨的吸收率為95，且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù)KYa的平均值為0.0556kmol/( m3s).水在20溫度下送入塔頂，由于吸收氨時有溶解熱放出，故使氨水溫度越近塔底越高。已根據(jù)熱效應(yīng)計算出塔內(nèi)

33、氨水濃度與起慰問度及在該溫度下的平衡氣相濃度之間的對應(yīng)數(shù)據(jù)，列入本題附表中試求塔徑及填料塔高度。 氨溶液溫度t/ 氨溶液濃度 氣相氨平衡濃度Xkmol(氨)/kmol(水) Y*kmol()/kmol() 20 0 0 23.5 0.005 0.0056 26 0.01 0.010 29 0.015 0.018 31.5 0.02 0.027 34 0.025 0.04 36.5 0.03 0.054 39.5 0.035 0.074 42 0.04 0.097 44.5 0.045 0.125 47 0.05 0.156解：混合氣流量G = D2u/4 D = (4G/u)1/2=(40.5

34、56)/(3.141.2)1/2= 0.77 mY1 = 0.1/0.9 = 0.111 y2 = y1（1-）= 0.050.1 = 0.005Y2 = 0.005/0.995 = 0.005 根據(jù)附表中的數(shù)據(jù)繪成不同溫度下的X-Y*曲線查得與Y1= 0.111相平衡的液相組成X1*= 0.0425 （L/V）min= （Y1- Y1）/ X1* = （0.111-0.005）/0.0425 = 2.497（L/V）= 1.1(L/V)min= 2.75 由操作線方程Y = (L/V)X + Y2 可得 X1 = (V/L)(Y1-Y2)= (0.111-0.005)/2.75= 0.038

35、6 由曲線可查得與X1相平衡的氣相組成Y1* = 0.092 Ym=（Y1-Y2）/ln(Y1-Y2) = （0.111- 0.092）-0.005/ln（0.111-0.092）/0.005 = 0.0105 OG =（Y1-Y2）/Ym = （0.111-0.005）/0.0105 = 10.105惰性氣體流量 G = 0.556(1-0.1) = 0.5560.9 = 0.5004m3/s = （0.5004101.33103）/（8.314313） = 19.49 mol/sHOG = V/(KYa) = (19.4910-3)/(0.05560.772/4) = 765.5610-3

36、 m 填料層高度 H =OG HOG = 10.105765.5610-3 = 7.654m12.在吸收塔中用請水吸收混合氣體中的SO2，氣體流量為5000m3（標(biāo)準(zhǔn)）/h，其中SO2占10，要求SO2的回收率為95。氣，液逆流接觸，在塔的操作條件下，SO2在兩相間的平衡關(guān)系近似為Y* = 26.7X，試求：（1） 若取用水量為最小用量的1.5倍，用水量應(yīng)為多少？（2） 在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板數(shù)；（3） 如仍用（2）中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從95提高到98，用水量應(yīng)增加到多少？解：（1）y2 = y1（1-）= 0.1（1-0.95）= 0.005Y1 = 0.1/0.9

37、= 0.111 Y2 = 0.005/（1-0.005）= 0.005（L/V）min=（Y1-Y2）/X1* = （Y1-Y2）/（Y1/26.7）= （0.111-0.005）26.7/0.111 = 25.50（L/V）=1.5（L/V）min= 38.25惰性氣體流量： V = 50000.9/22.4 = 200.89用水量 L = 38.25200.89 = 7684kmol/h （2）吸收操作線方程 Y = （L/V）X + Y2 代入已知數(shù)據(jù) Y = 38.25X + 0.005在坐標(biāo)紙中畫出操作線和平橫線，得到理論板數(shù)NT = 5.5塊 14在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸

38、收混于氣態(tài)烴中的H2S，進(jìn)塔氣相中含H2S（體積）2.91要求吸收率不低于99，操作溫度300，壓強(qiáng)101.33kPa，平衡關(guān)系為Y* = 2X，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中H2S濃度為0.013kmol(H2S)/kmol(溶劑)已知單位塔截面上單位時間流過的惰性氣體量為0.015kmol/(m2s)，氣相體積吸收總系數(shù)為0.000395 kmol/(m3skPa)。求所需填料蹭高度。解：y2 = y1（1-）=0.02910.01 = 0.000291Y2 = y2 = 0.000291 Y1 = 0.0291/（1-0.0291）= 0.02997Ym = （Y1-Y1*）-Y2/ln

39、（Y1-Y1*）/Y2 = （0.02997-0.0132）-0.000291/ln（0.02997-0.0132）/0.000291 = 0.0014OG =（Y1-Y2）/Ym = （0.02997-0.000297）/0.0014 = 21.2 HOG = V/(KYa) = 0.015/（0.000395101.33） = 0.375 H =OG HOG = 21.20.375 = 7.9m第3章 干燥1.已知濕空氣的總壓強(qiáng)為50kPa，溫度為60相對濕度40，試求：（1）濕空氣中水氣的分壓；（2）濕度；（3）濕空氣的密度解：（1）查得60時水的飽和蒸汽壓PS = 19.932kPa

40、水氣分壓 P水氣 = PS= 19.9320.4 = 7.973kPa（2）H = 0.622 P水氣 / （P-P水氣）=0.6227.973/（50-7.973） = 0.118 kg/kg絕干（3）1kg絕干氣中含0.118kg水氣 x絕干 = (1/29)/(1/29)+(0.118/18) = 0.84 x水氣 = (0.118/18)/(1/29)+(0.118/18) = 0.16 濕空氣分子量M0 = 18x水氣 + 29x絕干氣 = 180.16 + 290.84 = 27.249 g/mol濕空氣密度 = MP/RT = （27.2410-350103）/（8.314333

41、） = 0.493 kg/m3濕空氣2.利用濕空氣的H-I圖查出本題附表中空格內(nèi)的數(shù)值，并給出序號4中各數(shù)值的求解過程 序號 干球溫度 濕球溫度 濕 度 相對濕度 焓 水氣分壓 露點(diǎn) kg/kg絕干 kg/kg絕干 kPa 1 60 35 0.03 22 140 5 302 40 27 0.02 40 90 3 253 20 18 0.013 75 50 2 154 30 28 0.025 85 95 4 25 3.干球溫度為20，濕度為0.009 kg/kg絕干的濕空氣通過預(yù)熱器加熱到50，再送往常壓干燥器中，離開干燥器時空氣的相對濕度為80。若空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓干燥過程，試求：（1）

42、1m3原濕空氣在預(yù)熱器過程中焓的變化；（2） 1m3原濕空氣在干燥器中獲得的水分量。 解：（1）原濕空氣的焓： I0 = (1.01 + 1.88H0)t + 2490 H0 = (1.01 + 1.880.009)20 + 24900.009 = 43 kJ/kg絕干 通過預(yù)熱器后空氣的焓 I1 = (1.01 + 1.880.009)50 + 2490 0.0009 = 73.756 kJ/kg絕干 焓變化H = I1 - I0 = 30.756 kJ/kg絕干 空氣的密度 = MP/RT = （2910-3101.33103）/（8.314293）= 1.21 kg/m3 1m3原濕空氣

43、焓的變化為 H = 30.7561.21/1.009 = 36.9 kJ/kg濕氣 （2）等焓干燥 I1 = I2 = 73.756 kJ/kg絕干假設(shè)從干燥器中出來的空氣濕度t = 26.8，查得此時水蒸汽的飽和蒸汽壓PS = 3.635 kPa H2 = 0.622 PS / （P-PS）= 0.6220.83.635/(101.33-0.83.635)= 0.0184 kJ/kg絕干由 I2 = 73.756 = （1.01 + 1.88H2）t2 + 2490 H2 試差 假設(shè)成立 H2 = 0.0184 kJ/kg絕干 獲得水分量 ：H = H2 - H0 = 0.0184-0.00

44、9 = 0.0094 kJ/kg絕干 = 0.00941.21/1.009 = 0.011 kJ/kg濕氣4.將t0 = 25，0= 50的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的t2 = 50，2= 80的常壓廢氣混合，兩者中絕干氣的質(zhì)量比為1：3。分別用計算法和做圖法求混合氣體的濕度和焓。解：（1）查得25時和50時水的飽和蒸汽壓分別為3.291 kPa和12.34kPa新鮮空氣濕度 H0 = 0.6220 PS / （P-0PS） = 0.6220.53.291/（101.33-0.53.291） = 0.01027 kg水/kg絕干廢氣濕度 H2 = 0.6222 PS / （P-2PS） = 0

45、.6220.812.34/（101.33-0.812.34） = 0.20142 kg水/3kg絕干混合氣濕度 Hm = （0.01027+0.067143）/（1+3） = 0.0529 kg水/kg絕干混合氣溫度 tm = （25+503）/（1+3）= 43.75 混合氣焓：Im =（ 1.01 + 1.88Hm）tm + 2490 Hm =（1.01+1.880.0529）43.75 + 24900.0529 = 180.26 kJ/kg絕干（2）做圖發(fā)略5.干球溫度t0 = 26，濕球溫度t0 = 23的新鮮空氣，預(yù)熱到t1= 95后送入連續(xù)逆流干燥器內(nèi)，離開干燥器時溫度為t2= 8

46、5。濕物料初始狀況為：溫度1= 25，含水量1= 1.5終了時狀態(tài)為：溫度2 = 34.5 ，2 = 0.2。每小時有9200kg濕物料加入干燥器內(nèi)。絕干物料的比熱容CS = 1.84 kJ/(kg絕干)。干燥器內(nèi)無輸送裝置，熱損失為580kJ/kg汽化的水分。試求：（1） 單位時間內(nèi)回的的產(chǎn)品質(zhì)量；（2） 寫出干燥過程的操作線方程；（3） 在H-I圖上畫出操作線；（4） 單位時間內(nèi)消耗的新鮮空氣質(zhì)量。 解：（1）G = G1（1-1）= 9200（1-0.0015）= 9062kg/h 干燥產(chǎn)品質(zhì)量 G2 = G/（1-2）= 9080 kg/h（2）X1 = 1/ （1-1）= 0.015

47、23 X2 = 2/（1-2）= 0.002 當(dāng)干球溫度t0 = 26，濕球溫度為23 時由圖5-3查的空氣的濕度H0 = 0.02 kg水/kg絕干I1 = (1.01 + 1.88H1)t1 + 2490 H1 =（1.01+1.880.02）95 + 24900.02 = 149.322 kJ/kg絕干I1 - I2 = CS（1 -2）+ CW（X11 X22）= 1.84（25-34.5）+ 4.187（0.0152325-0.00234.57）= -16.17 kJ/kg絕干圍繞干燥器做物料衡算L(I1 - I2) + G(I1 - I2) = QL 代入已知條件L(149.322

48、 - I) 16.179062 = 580G（X1-X2）L(149.322 - I) = 216068.74 絕干氣消耗量L=G(X1-X2)/(H2-H1) L = 119.89/（H2-0.02） 119.89（149.322-I）= 216068.74（H-0.02）即 H + 0.000555I = 0.1（3）略（4）將I2 = (1.01 + 1.88H2)t2 + 2490 H2 代入H + 0.000555I = 0.1 解得 H2 = 0.0212L= 119.89/（H2-0.02）= 99908.55 kg干氣/hLW = L（1+H0）= 99908.55（1+0.0

49、2）= 101906.7 kg新鮮空氣/h9.某濕物料經(jīng)過5.5小時進(jìn)行干燥操作。物料含水量由X1 = 0.35 kg /kg絕干降至X2 = 0.1 kg /kg絕干。若在相同的條件下，要求將物料含水量由X1 = 0.35 kg /kg絕干降至X2 = 0.05 kg /kg絕干。試求新情況下的干燥時間。物料的臨界含水量XC = 0.15 kg /kg絕干，平衡含水量X* = 0.04 kg /kg絕干。假設(shè)在降速階段中干燥速率與物料的自由含水量（X-X*）成正比。解：降速干燥階段dX/d= -US/G 假設(shè)U = k（X-X*）dX/d= -Sk(X-X*)/G dX/(X-X*) = -

50、Skd/G 積分得2 = Gln(XC-X*)/(X2-X*)/Sk總干燥時間 = 1+2 = G(X1-XC)/SUC + Gln(XC-X*)/(X2-X*)/Sk = Gln(X1-XC)/(XC-X*)/Sk + Gln(XC-X*)/(X2-X*)/Sk 物料由X1 = 0.35 kg /kg絕干降至X2 = 0.1 kg /kg絕干5.5=（0.35-0.15）G/（0.15-0.04）Sk + Gln（0.15-0.04）/（0.1-0.04）/Sk = 2.426G/SkG/Sk = 5.5/2.426 = 2.267物料由X1 = 0.35 kg /kg絕干降至X2 = 0.05 kg /kg絕干= 1+ 2= 1.82 G/Sk + Gln(0.15-0.04)/(0.05-0.04)/Sk = 4.218 G/Sk = 9.57h即新情況下的干燥時間為 9.57h 22