化工原理下册答案.docx

化工原理（天津大学第二版）下册部分答案

第8章

在温度为25℃及总压为kPa的条件下，使含二氧化碳为%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350g/m3

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E?1.66?105kPa，水溶液的密度为kg/m3。

解：水溶液中CO

2

的浓度为

对于稀水溶液，总浓度为

997.8

c?

t 18

kmol/m3?55.43kmol/m3

水溶液中CO

2

的摩尔分数为

由 p*?Ex?1.66?105?1.443?10?4kPa?23.954kPa

气相中CO

2

的分压为

p?p

t

y?101.3?0.03kPa?3.039kPa p*

故CO必由液相传递到气相，进行解吸。

2

以CO的分压表示的总传质推动力为

2

?p?p*?p?(23.954?3.039)kPa?20.915kPa

在总压为kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y?0.032、c?1.06koml/m3。气膜吸收系数k=×10-6kmol/(m2skPa)，液膜吸收系数k=×10-4m/s。

G L

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝kmol/(m3kPa)。

试计算以?p、?c表示的总推动力和相应的总吸收系数；

试分析该过程的控制因素。

解：(1)以气相分压差表示的总推动力为

?p?p?p*?p

y?c

?(110.5?0.032?

1.06

)kPa?2.074kPa

t H 0.725

其对应的总吸收系数为

K ?4.97?10?6kmol/(m2skPa)

G

以液相组成差表示的总推动力为其对应的总吸收系数为

（2）吸收过程的控制因素

气膜阻力占总阻力的百分数为

气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。

在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的甲醇蒸汽。操作压力为kPa，操作温度为25℃。在操作条

件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的溶解度系数为

kmol/(m3kPa)。测得塔内某截面处甲醇的气相分压为kPa，液相组成为kmol/m3，液膜吸收系数k=×10-5m/s，

L

气相总吸收系数K＝×10-5kmol/(m2skPa)。求该截面处（1）膜吸收系数k、k及k；（2）总吸收系数K、K

G

及K；（3）吸收速率。

Y

G x y L X

解：(1)以纯水的密度代替稀甲醇水溶液的密度，25℃时水的密度为

??997.0kg/m3

溶液的总浓度为

997.0

tc? 18 kmol/m3?55.39kmol/m3

t

由K

?KG

1.206?10?5

? m/s?5.673?10?6m/s

L H 2.126

因溶质组成很低，故有

吸收速率为

在kPa及25℃的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的

组成分别为y=、y=。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为×103kPa，吸收剂用量为最小用量的

1 2

倍。

试计算吸收液的组成；

若操作压力提高到1013kPa而其他条件不变，再求吸收液的组成。

解：（1）Y

1

? y

11?y

1

1

0.04

?1?0.04

?0.0417

吸收剂为清水，所以X2?0

所以操作时的液气比为

吸收液的组成为

（2） m??E

?4.13?103

?4.077

p??1013

t

在一直径为m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体已。知混合气的流量为45kmol/h，二氧化硫的体积分数为。操作条件下气液平衡关系Y为?34.5X，气相总体积吸收系数为2kmol/(m3s)。若吸收

液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的 76%，要求回收率为98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。

解：Y

1

? y

11?y

1

1

0.032

?1?0.032

?0.0331

惰性气体的流量为水的用量为

求填料层高度

某填料吸收塔内装有5m高，比表面积为221m2/m3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50kmol/h，溶质的含量为5％（体积分数％）；进塔清水流量为200kmol/h，其用量为最小用量的倍；操作条件下的气液平衡关系为Y?2.75X