化工原理(第三版)习题解(谭天恩)第九章习题解 联系客服

发布时间 : 星期日 文章化工原理(第三版)习题解(谭天恩)第九章习题解更新完毕开始阅读

总阻力中所占的比例。

解 从两相给质系数kG、kL按以下公式求总传质系数KG KG?(11?1?) kGHkL3?1式中溶解度系数H?C/E?55.5/3200?0.01734kmol.m.kPa

KG?(11?1?6?1?2?1 ?)?1.492?10kmol.s.m.kPa?6?43.5?100.01734?1.5?10根据传质系数间的换算式,有

Ky?KGP?1.492?10?6?100?1.492?10?4kmol,s?1.m?2

Kx?KLC?(KG/H)C?(1.492?10?6/0.01734)?55.5?4.78?10?3kmol.s?1m?2?4?3?1?2 kx?kLC?\\1.5?10?55.5?8.33?10kmol.sm

气相阻力在总阻力中所占的比例为

R气R总?kG?1?1KGKG1.492?10?6???0.426或42.6% kG3.5?10?69-10 根据以下双塔吸收的四个流程图,分别作出其平衡线和操作线的示意图(设吸收

液最初不含溶质)并说明各自适用于哪些情况。

解 流程(Ⅰ)相当于一个气液逆流的单塔。当吸收所需的填料层甚高,单塔有困难时,用此流程。在图解中平衡线用OE代表,1、2两塔的操作线分别用(1)、(2)表示(下同)。

流程(Ⅱ)中每塔都送入新鲜溶剂,使全流程的推动力较流程(Ⅰ)为大。适用于吸收要求高、所需溶剂量大的情况。

流程(Ⅲ)中气体并流、液体逆流,可用于气体中溶质易吸收(如伴有快速反应),要求出塔液体近于饱和(或相对较高)的情况。

流程(Ⅳ)中第二塔气液并流,适用于伴有化学反应,或液量超过吸收所需甚多,故推动力与流向关系不大的情况。

通常后两种流程在实用中少见,尤其是(Ⅲ)。 注:本题可在学生先做习题后进行课堂讨论。

9-11 拟设计一常压填料吸收塔,用清水处理3000m.h、含NH35%(体积分数)的空气,要求NH3的去除率为,实际用水量为最小水量的1.5倍。已知塔内操作温度为

3?125?C,平衡关系为y?1.3x;取塔底空塔气速为1.1m.s?1,气相体积总传质系数Kya为270kmol.h?1.m?3。试求:(1)用水量和出塔液浓度;(2)填料层高度;(3)若入塔水中已

含氨0.1%(摩尔分数),问即使填料层高度可随意增加,能否达到99%的去除率?(说明理由)。

?4解 yb?0.05,ya?yb(1?0.99)?5?10

xb?0.05/1.3?0.03864,xa?0 (?y?yL0.0495)min?b?a??1.278 Gxb?xa0.03864

LL?1.5()min?1.5?1.278?1.931 GGyb?ya0.0495??0.0256

L/G1.931(1) xb? G?u?M?1.1?2731??0.0450kmol.m?2.s?1 29822.4?2?1?2?1 L?G(L/G)?0.045?1.931?0.0869kmol.m.s或313kmol.m.h ?4?4(2) ?ya?ya?mxa?5?10?0?5?10

?yb?yb?mxb?0.05?1.3?0.0256?0.01667

(166.7?5)?10?4?46.1?10?4 ?ym?ln(166.7/5) h0?Gyb?ya0.045495()???6.44m Kya?ym(270/3600)46.1??(3)当xa?0.001时,有ya?1.3?0.001?0.0013;而ya?13?10?4,比要求的

ya?5?10?4大,故增高填料层不能达到要求。

9-12 已知某清水吸氨塔的填料层高度h0?3m,进塔气体含氨yb?0.06,吸收率

?,温度20C,平衡关系为y?0.9x,气相流率??0.99,操作压力100kPa(绝)

G??580kg.m?2.h?1,液相流率,传质系数Kga?kGa?G0.3。问:当L?或G?加倍时,

应如何改变h0方可保持?不减小?

解 yb?0.06,ya?0.06(1?0.99)?6?10 xa?0,xb?0.06/0.9?0.0667

??4

L0.06?6?10?4?0.891 ()min?G0.0667?0

L720/18??1.952kmol液.(kmol气)?1 G580/28.3式中,28.3为含氨空气的平均摩尔质量:

M?29?0.94?17?0.06?28.3 而 xb?yb?ya0.0594?0??0.0304

L/G1.952 (1)当L?加倍。若塔仍能正常操作,用水吸收氨为气膜控制,故L?对KGa的影响可忽略;另一方面,L?加倍后出塔液浓度将减半(现xa?0),传质推动力因而增大,吸收率将随着提高,故h0可不变。以下计算L?加倍后的影响:

xb?0.0304/2?0.0152 y?b????mxb?0.9?0.0152?0.0137

?b??yb?y ?yb??0.06?0.0137?0.0463

0.0463?6?10?4???80.1?10?4 ?ymln(326/6)?/?ym?105.2/80.1?1.313 故 ?ym 在以平均推动力方法计算塔高的式(9-48)即h0?Gyb?ya()中现只有?ym因Kya?ymL?的加倍而增大,故所需的填料层高度h0因而反比地减为

h0?h0(?ym/?y?)?3?(1/1.313)?2.28m (2) 当G?增倍(仍设塔能正常操作),依题意KGa?G有h0?(G/KGa)h0?(2/20.7??20.7,按式(9-48),

?0.7)h0?1.23?3?3.69m(比原来增高23%)

?19-13 试求例9-6中的填料塔每平方米塔截面共可回收多少丙酮(以kg.h计)?若将原设计的填料层高减少1/3,回收量会减少多少?

?2?1解 例9-6中G?0.02kmol.m.s,yb?0.03,??0.98,故每平方米塔截面的回

收量

?4?1 R?Gyb??0.02?0.03?0.98?5.88?10kmol.s

换算为R?(kg.h?1):丙酮(C3H6O)的摩尔质量M?58kg.kmol,故 R??RM?3600?5.88?10?4?1?58?3600?122.8kg.h?1

当填料层高h0减少1/3时。则原NOG?9.48,也相应减去1/3,即

??9.48?(1?1/3)?6.32;而A?L/mG?1.40并不改变。出塔气相组成可由式NOG(9-53)计算(S?1/A):

6.32??1yb?1.4?0.4yb1?ln????3.5ln??0.714??

?1.4??0.4?1.4ya3.5ya????)/3.5?0.714?e1.806?6.084 则 (yb/ya??3.5?(6.084?0.714)?18.8 yb/ya??0.03/18.8?0.001596 故 ya?)M?3600?0.02?(0.03?0.001596)?58?3600?118.6kg.h?1 回收量R???G(yb?ya回收量减少 R??R???122.8?118.6?4.2kg.h

减少的相对量为4.2/122.8?0.034或3.4%.

9-14 若例9-6中填料塔出塔水中的丙酮为80%饱和,其余数据不变,求所需水量及填料层的高度。

解 出塔水中丙酮的组成为

? xb?0.8xb?0.8?(0.03/1.75)?0.01371

?1对塔顶、塔底的物料衡算式(9-39)为

L(0.01371?0)?0.02?(0.03?6?10)

故L?0.0429kmol.m.s,为原用水量0.049kmol.m.s的0.875倍。

以下用平均推动力法求填料层高h0:

?4 ?ya?6?10与例9-6相同

?4?4 ?yb?yb?mxb?(300?240)?10?60?10

?4?2?1?2?1(60?6)?10?4?23.45?10?4 ?ym?ln(60/6)