第7章习题解题指导

第7章习题解题指导

7-1 已知101.3kPa下乙醇―水溶液组成为x?0.849（乙醇的摩尔分率），试求乙醇的质量分率。又若乙醇水溶液中乙醇的质量分率为0.935，试求其摩尔分率。（w =0.935， x =0.849）。

指导：各种浓度间的换算需要熟练加以掌握。严格根据定义换算。

7-2 某气、液逆流的吸收塔，以清水吸收空气—A混合气中的A。总压为1大气压。已知塔底气相中含A 2.5%（摩尔分率），水中含A的浓度为2×10-5（摩尔分率）。试求塔底温度分别为5℃及30℃时的吸收过程推动力。5℃时 E=3.19×104kPa，30℃时 E=6.17×104kPa。（?y1?0.0187，?x1?6?10?5；

?y1?0.0128，?x1?2.1?10?6）

指导：根据亨利定律求平衡浓度。了解亨利系数m、E、H三者间的关系，

E了解温度影响亨利系数E。m?

P

7-3 在总压为101.33kPa，温度为25℃时，若100克水中含氨1克，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987kPa。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求E、H、m的值（对稀水溶液密度为1000kg/m3）。（E?94.179kPa,H?0.590kmol/(m3kPa),m=0.929）

指导：此题用于练习亨利系数m、E、H的计算，三者间的关系要能够推导出来。

7-4 总压为100kPa，温度为15℃时CO2的亨利系数E为1.22×105 kPa。若空气中CO2的分压为58kPa，试求与其相平衡的水溶液浓度，分别以摩尔分率和摩尔浓度表示。（x*?4.75?10?4，c*?0.026kmol/m3）

指导：此题用于练习亨利系数m、E、H的计算及三者间的关系推导。

7-5 用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04（mol分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为y=2.5x，试求：（1）L/G为(L/G)min的倍数；（2）所需塔高H；（3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时塔高应增加多少。（1.25；7.95；4.08）

指导：（1）写出全塔物料衡算方程得到实际液气比，写出出口液相浓度最大时的物料衡算方程得到最小液气比。（2）运用传质单元数的计算公式。（3）计算新条件下的传质单元数，得到新的填料高度。

7-6 在一逆流操作的吸收塔中用清水吸收氨--空气混合气中的氨，混合气流量为0.025kmol/s，混合气入塔含氨摩尔分数为0.02，出塔含氨摩尔分数为0.001。吸收塔操作的总压为101.3kPa，温度为293K，在操作浓度范围内，氨水系统的平衡方程为y*=1.2x，总传质系数Kya为0.0522kmol/(s·m3)。若塔径为1m，实际液气比为最小液气比的1.2倍。试求：①塔底液相浓度x1；②所需填料层高度H。(0.0139；6m)

指导：本题为填料吸收塔的一般性计算题目，也是常见的本科考试类型题目。按照教材的一般性步骤计算即可。由最小液气比得到实际液气比，得到出塔液体浓度，得到两端推动力，得到对数平均推动力，得到传质单元数，结合传质单元高度，计算填料高度。

7-7 在填料塔内以清水逆流吸收空气与氨混合气中的氨。混合气质量流量为0.35kg/(s·m2)，进塔气体y1=0.040，回收率η=0.96，平衡关系为y*=0.92x，Kya=0.043kmol/(s·m3)。若令操作的液气摩尔流量比L/G=β(L/G)min，β取1.40。试计算：①气相传质单元高度；②气相传质单元数；③填料层高度。（0.285m；7.69；2.19m）

指导：根据填料层高度的计算方法，分别计算传质单元高度和传质单元数。传质单元数有两种求法，公式法和对数平均推动力方法。

7-8 某吸收塔用25mm?25mm的瓷环作填料，充填高度为 5m，塔径为1m，用清水逆流吸收流量为2250m3/h 的混合气。混合气中含有丙酮体积分数为 5%，塔顶逸出废气含丙酮体积分数降为 0.26% ，塔底液体中每千克水带有 60g丙酮。操作在101.3kPa、 25?C下进行，物系的平衡关系为y*=2x。试求：①)该塔的传质单元高度HOG；②容积传质系数Kya； ③每小时回收的丙酮量，kg/h。（0.71m；0.046 kmol/(s·m3)；253）

指导：（1）计算出塔液体的摩尔分率，塔的对数平均推动力，传质单元数，得到传质单元高度。（2）计算气体的摩尔通量，由传质单元高度的表达式，得到传质系数。（3）根据回收的定义求取。

7-9 用一填料层高度为3m的吸收塔来测定传质单元高度，已知平衡关系为y*=0.25x，气体流量G=100kmol/(m2·h)，进口溶质浓度y1=0.052，吸收率92.3%；液体流量L=100kmol/(m2·h)，进口浓度x2=0，求传质单元高度为多少？若操作条件作下列变动，填料层高度分别应为多少？ ①气体流速增加一倍，y1、y2、x2均保持不变；②液体流速增大加倍，y1、y2、x2均保持不变。（假定气液量改变后，塔均能保持正常操作，且Kya?AG0.7L0.3 ）。(0.98m，4.71m，2.22m) 指导：（1）计算出塔气体摩尔分率，根据公式求传质单元数，再得到传质

0.70.3单元高度。气体流速增加一倍，y1、y2、x2均保持不变，Kya正比于GL，计

算得到新条件下的传质系数，再得到新的传质单元高度、传质单元数（公式法），从而得到新的填料层高度。（2）液体流速增大加倍，y1、y2、x2均保持不变

同理，求得新的传质系数再得到新的传质单元高度、传质单元数（公式法），从而得到新的填料层高度。

7-10 “1”和“2”分别代表塔底和塔顶。当平衡线为直线时，证明逆流吸收有：

（1）NOG（2）NOLy1?y2*1?ln[(1?S)?S]，S=mGB/LS； 1?Sy2?y2*??y1?y2*1?ln?(1?A)?A?，A=1/S； 1?A?y1?y1*?（3）由（1）和（2）证明NOL?SNOG。 当平衡线为直线时，证明顺流吸收时有：NOG指导：证明参见p269

7-11 用纯溶剂对低浓度气体作逆流吸收，可溶组分的回收率为η，实际液气比为

最小液气比的β倍。物系平衡关系服从亨利定律。试以η、β两个参数列出计算NOG的计算式。（NOG???ln[(??1)/?(1??)]/(???1)）

指导：证明过程参考p269，适当进行变化。

y1?y*2?1?ln[(1?S)－S] 1?Sy2?y*2

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