化工原理(下)课后习题解答+天津大学化工学院+柴诚敬Word文档格式.doc

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B－N2

查附录一得

4.在总压为101.3kPa，温度为273K下，组分A自气相主体通过厚度为0.015m的气膜扩散到催化剂表面，发生瞬态化学反应。

生成的气体B离开催化剂表面通过气膜向气相主体扩散。

已知气膜的气相主体一侧组分A的分压为22.5kPa，组分A在组分B中的扩散系数为1.85×

10-5m2/s。

试计算组分A和组分B的传质通量和。

由化学计量式

可得

代入式（7-25），得

分离变量，并积分得

5.在温度为278K的条件下，令某有机溶剂与氨水接触，该有机溶剂与水不互溶。

氨自水相向有机相扩散。

在两相界面处，水相中的氨维持平衡组成，其值为0.022（摩尔分数，下同），该处溶液的密度为998.2kg/m3；

在离界面5mm的水相中，氨的组成为0.085，该处溶液的密度为997.0kg/m3。

278K时氨在水中的扩散系数为1.24×

10–9m2/s。

试计算稳态扩散下氨的传质通量。

设A－NH3；

B－H2O

离界面5mm处为点1、两相界面处为点2，则氨的摩尔分数为

，

点1、点2处溶液的平均摩尔质量为

溶液的平均总物质的量浓度为

故氨的摩尔通量为

6.试用式（7-41）估算在105.5kPa、288K条件下，氢气（A）在甲烷（B）中的扩散系数。

查表7-1，得

cm3/mol

查表7-2，计算出

由式7-41

7.试采用式（7-43）估算在293时二氧化硫（A）在水（B）中的扩散系数。

查得293K时水的黏度为

查表7-3，得

查表7-4，得

cm3/mol

由式（7-43）

8.有一厚度为8mm、长度为800mm的萘板。

在萘板的上层表面上有大量的45℃的常压空气沿水平方向吹过。

在45℃下，萘的饱和蒸汽压为73.9Pa，固体萘的密度为1152kg/m3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.0165m/s。

试计算萘板厚度减薄5％所需要的时间。

由式（7-45）计算萘的传质通量，即

式中为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大，故可认为；

为萘板表面

处气相中萘的饱和浓度，可通过萘的饱和蒸气压计算，即

kmol/m3

设萘板表面积为S，由于扩散所减薄的厚度为b，物料衡算可得

第八章气体吸收

1.在温度为40℃、压力为101.3kPa的条件下，测得溶液上方氨的平衡分压为15.0kPa时，氨在水中的溶解度为76.6g（NH3）/1000g（H2O）。

试求在此温度和压力下的亨利系数E、相平衡常数m及溶解度系数H。

水溶液中氨的摩尔分数为

由

亨利系数为

kPa

相平衡常数为

由于氨水的浓度较低，溶液的密度可按纯水的密度计算。

40℃时水的密度为

kg/m3

溶解度系数为

2.在温度为25℃及总压为101.3kPa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kPa，水溶液的密度为997.8kg/m3。

水溶液中CO2的浓度为

对于稀水溶液，总浓度为

kmol/m3

水溶液中CO2的摩尔分数为

由kPa

气相中CO2的分压为

kPa<

故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO2的分压表示的总传质推动力为

3.在总压为110.5kPa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、。

气膜吸收系数kG=5.2×

10-6kmol/（m2·

s·

kPa），液膜吸收系数kL=1.55×

10-4m/s。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725kmol/（m3·

kPa）。

（1）试计算以、表示的总推动力和相应的总吸收系数；

（2）试分析该过程的控制因素。

（1）以气相分压差表示的总推动力为

其对应的总吸收系数为

kmol/（m2·

kPa）

以液相组成差表示的总推动力为

（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。

4.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105.0kPa，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2.126

kmol/（m3·

测得塔内某截面处甲醇的气相分压为7.5kPa，液相组成为2.85kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12×

10-5m/s，气相总吸收系数KG＝1.206×

10-5kmol/（m2·

求该截面处

（1）膜吸收系数kG、kx及ky；

（2）总吸收系数KL、KX及KY；

（3）吸收速率。

（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

溶液的总浓度为

kmol/m3

（2）由m/s

因溶质组成很低，故有

（3）吸收速率为

5.在101.3kPa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y1=0.04、y2=0.002。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13×

103kPa，吸收剂用量为最小用量的1.45倍。

（1）试计算吸收液的组成；

（2）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）

吸收剂为清水，所以

所以操作时的液气比为

吸收液的组成为

（2）

6.在一直径为0.8m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0.032。

操作条件下气液平衡关系为，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/（m3·

s）。

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。

惰性气体的流量为

水的用量为

求填料层高度

7.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1.6倍；

操作条件下的气液平衡关系为；

气相总吸收系数为；

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。

（1）惰性气体的流量为

对于纯溶剂吸收

依题意

（2）

由

填料塔的直径为

8.在101.3kPa及20℃的条件下，用清水在填料塔内逆流吸收混于空气中的氨气。

已知混合气的质量流速G为600kg/（m2·

h），气相进、出塔的摩尔分数分别为0.05、0.000526，水的质量流速W为800kg/（m2·

h），填料层高度为3m。

已知操作条件下平衡关系为Y=0.9X，KGa正比于G0.8而于W无关。

若

（1）操作压力提高一倍；

（2）气体流速增加一倍；

（3）液体流速增加一倍，试分别计算填料层高度应如何变化，才能保持尾气组成不变。

首先计算操作条件变化前的传质单元高度和传质单元数

操作条件下，混合气的平均摩尔质量为

m

（1）

若气相出塔组成不变，则液相出塔组成也不变。

所以

m

即所需填料层高度比原来减少1.801m。

（2）

若保持气相出塔组成不变，则液相出塔组成要加倍，即

故

即所需填料层高度要比原来增加4.910m。

（3）

W对