化工原理吸收课后习题及答案
第五章
吸收
相组成的换算
【5-1】 空气和CO 2的混合气体中，CO 2的体积分数为20%，求其摩尔分数y 和摩尔比Y 各为多少？
解 因摩尔分数=体积分数，.02y =摩尔分数 摩尔比 ..020251102
y Y y =
==--． 【5-2】 20℃的l00g 水中溶解lgNH 3, NH 3在溶液中的组成用摩尔分数x 、浓度c 及摩尔比X 表示时，各为多少？
解 摩尔分数//117
=0．010*******／18
x =
+
浓度c 的计算20℃，溶液的密度用水的密度./39982s kg m ρ=代替。 溶液中NH 3的量为 /311017n kmol -=? 溶液的体积 /.33101109982 V m -=?
溶液中NH 3的浓度//.333
11017
==0．581／101109982
n c kmol m V --?=? 或 . 39982
00105058218
s s
c x kmol m M ρ=
=
?=．．／ NH 3与水的摩尔比的计算 或 ..00105001061100105
x X x =
==--． 【5-3】进入吸收器的混合气体中，NH 3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时NH 3
的组成，以摩尔比Y 和摩尔分数y 表示。
吸收率的定义为
解 原料气中NH 3的摩尔分数0.1y = 摩尔比 (11101)
01111101
y Y y =
==-- 吸收器出口混合气中NH 3的摩尔比为 摩尔分数 (22200111)
=0010981100111
Y y Y =
=++ 气液相平衡
【5-4】 l00g 水中溶解lg 3 NH ，查得20℃时溶液上方3NH 的平衡分压为798Pa 。此稀溶液的气液相平衡关系服从亨利定律，试求亨利系数E(单位为kPa )、溶解度系数H[单位为/()3kmol m kPa ?]和相平衡常数m 。总压为100kPa 。
解 液相中3NH 的摩尔分数/.//117
0010511710018
x =
=+
气相中3NH 的平衡分压 *.0798 P kPa ＝ 亨利系数 *./.0798*******E p x ===／
液相中3NH 的浓度 /./.333
110170581 101109982
n c kmol m V --?===?／ 溶解度系数 /*./../()3058107980728H c p kmol m kPa ===? 液相中3NH 的摩尔分数 //117
0010511710018
x =
=+．／
气相的平衡摩尔分数 **.0798100y p p ==／／ 相平衡常数 * (079807610000105)
y m x =
==? 或 //.76100076m E p ===
【5-5】空气中氧的体积分数为21%，试求总压为.101325kPa ，温度为10℃时，31m 水中最大可能溶解多少克氧？已知10℃时氧在水中的溶解度表达式为*.6331310p x =?，式中*p 为氧在气相中的平衡分压，单位为kPa x ；为溶液中氧的摩尔分数。
解 总压.101325 p kPa =
空气中2O 的压力分数 .021A p p ==／体积分数 空气中2O 的分压 *..021101325 A p kPa =? 亨利系数 .6331310E kPa =? (1) 利用亨利定律*A p Ex =计算
与气相分压..021101325A p kPa =?相平衡的液相组成为 *. ..626
02110132564210 331310
A p x kmol O kmol E ?===??．／溶液 此为1kmol 水溶液中最大可能溶解.6264210kmol O -? 因为溶液很稀，其中溶质很少 1kmol 水溶液≈1kmol 水=18 kg 水
10℃，水的密度 .39997kg m ρ=／ 故 1kmol 水溶液≈.3189997m ／水 即
.318
9997
m 水中最大可能溶解.664210kmol -?氧 故 31m 水中最大可能溶解的氧量为 (2) 利用亨利定律*A
A c p H
=
计算 31m 水中最大可能溶解的氧量为
*(..)(.).54
32
021101325 16761035710A A c p H kmol O m --==??=?／ 溶液
【5-6】含NH 3体积分数1.5%的空气-NH 3混合气，在20℃下用水吸收其中的NH 3总压为203kPa 。NH 3在水中的溶解度服从亨利定律。在操作温度下的亨利系数80E kPa =。试求氨水溶液的最大浓度，
33NH ／kmol m 溶液。
解 气相中3NH 的摩尔分数.0015y =
总压203p kPa =，气相中3NH 的分压*.2030015A p py kPa ==? (1) 利用亨利定律*p Ex =计算
与气相分压p 相平衡的液相中NH 3的摩尔分数为 3NH 水溶液的总浓度 .
/39982
18
s s
c kmol m M ρ≈=
水溶液中3NH 的最大浓度 .9982
0038118
A c cx ==
?． ./33211kmol NH m =溶液 (2) 利用亨利定律*A
A c p H
=
计算 ()*(.)..3
320300150693211 kmol NH /m A A c p H ==?=溶液
【5-7】温度为20℃，总压为0.1M Pa 时，CO 2水溶液的相平衡常数为m=1660。若总压为1MPa 时，相平衡常数m 为多少？温度为20℃时的亨利系数E 为多少MPa ?
解 相平衡常数m 与总压p 成反比， .'01 时 1660，1p MPa m p MPa === 时
亨利系数 ''166 E mp m p MPa ===
【5-8】用清水吸收混合气中的NH 3，进入吸收塔的混合气中，含NH 3体积分数为6%，吸收后混合气中含NH 3的体积分数为0.4%，出口溶液的摩尔比为30012 kmol NH kmol ．／水。此物系的平衡关系为*.076Y X =。气液逆流流动，试求塔顶、塔底的气相传质推动力各为多少？
解 已知.1006y =，则()/./..111100609400638Y y y =-== 已知.20004y =，则()./..32000410004=40210Y =-? 已知10.012X =，则*10.760.0120.00912Y =?= 已知20X =，则*20Y =
塔顶气相推动力 *3222 4.0210=Y Y Y -?=-?
塔底气相推动力 *1110.06380.009120.0547Y Y Y ?=-=-=
【5-9】CO 2分压力为50kPa 的混合气体，分别与CO 2浓度为./3001kmol m 的水溶液和CO 2浓度为.3005kmol m ／的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系*.5166210p xkPa =?。试求上述两
种情况下两相的推动力（分别以气相分压力差和液相浓度差表示），并说明CO 2在两种情况下属于吸收还是解吸。
解 温度25℃t =，水的密度为/3s 997kg m ρ= 混合气中CO 2的分压为50p kPa = 水溶液的总浓度/397
18
s s
c kmol m M ρ≈
=
水溶液 (1) 以气相分压差表示的吸收推动力
①液相中CO 2的浓度 .32001 A c kmol CO m =／水溶液 液相中CO 2的摩尔分数././4001
=180********
A x c c -==?
与液相平衡的气相平衡分压为
气相分压差表示的推动力 *503020p p p kPa ?=-=-=（吸收） ② 液相中CO 2的浓度30.05kmol m ／A c =水溶液 液相中CO 2的摩尔分数40.05
/9.02710997/18
A x c c -===?
与液相平衡的气相平衡分压为
气相分压差表示的推动力 *15050100p p p kPa ?=-=-= （解吸） (2) 以液相浓度差表示的吸收推动力 与气相250CO p kPa =分压平衡的液相组成为 平衡的液相浓度
①液相中CO 2的浓度./32001 A c kmol CO m =水溶液 液相浓度差表示的推动力为
*...3001666001000666kmol ／m A A c c c ?=-=-= （吸收）
②液相中CO 2的浓度320.05 CO /A c kmol m =水溶液 液相浓度差表示的推动力为
*.../3
00500166600333A A c c c kmol m ?=-=-= （解吸）
吸收过程的速率
【5-10】如习题5-10附图所示，在一细金属管中的水保持25℃，在管的上口有大量干空气(温度25℃，总压101.325kPa)流过，管中的水汽化后在管中的空气中扩散，扩散距离为l00mm 。试计算在稳定状态下的汽化
速率，()2kmol m s ?／
。 习题5-10附图
解 25℃时水的饱和蒸气压为.32895kPa
从教材表5-2中查得，25℃，.101325kPa 条件下，H 2O 在空气中的分子扩散系数././2420256025610D cm s m s -==?。
扩散距离.m 10001Z mm ==，总压101.325 p kPa = 水表面处的水汽分压 .132895A p kPa = 空气分压 ..1110132532895B A p p p =-=- 管上口处有大量干空气流过，水汽分压20A p = 空气分压.2101325B p kPa = 空气分压的对数平均值为 水的汽化速率
【5-11】 用教材图5-10（例5-4附图）所示的装置，在温度为48℃、总压力为.101325kPa 条件下，测定CCl 4蒸气在空气中的分子扩散系数。48℃时，CCl 4的饱和蒸气压为37.6kPa ，液体密度为
/31540kg m 。垂直管中液面到上端管口的距离，实验开始为2cm ，终了为3cm ，CCl 4的蒸发时间为
.4155610s ?。试求48℃时，CCl 4蒸气在空气中的分子扩散系数。
解 计算48℃时CCl 4蒸气在空气中的分子扩散系数，计算式为 已知CCl 4液体密度/31540 kg m ρ= 48℃时CCl 4的饱和蒸气压.376A p kPa =o 总压.10132527348321p kPa T K ==+=， 开始02Z cm =，终了3Z cm = CCl 4的蒸发时间.4155610s θ=? CCl 4的摩尔质量/154 M kg kmol = 摩尔气体常数.()8314 R kJ kmol K =?／
已知数据代入计算式，得扩散系数./200912D cm s =
【5-12】用清水在吸收塔中吸收混合气中的溶质A ，吸收塔某截面上，气相主体中溶质A 的分压为5kPa ，液相中溶质A 的摩尔分数为0.015。气膜传质系数./()522510Y k kmol m s -=??，液膜传质系数./()323510X k kmol m s -=??。
气液平衡关系可用亨利定律表示，相平衡常数0.7m =。总压为.101325kPa 。 试求：(1)气相总传质系数Y K ，并分析吸收过程是气膜控制还是液膜控制；(2)试求吸收塔该截面上溶质A 的传质速率A N 。
解 (1)气相总传质系数Y K
气膜阻力/()/421410Y k m s kmol =??，液膜阻为22210()/／x m
k m s kmol =??。 气膜阻力与总阻力的比值为
4
4
1/4100.9951/ 4.0210Y Y k K ?==?，为气膜控制。 (2)传质速率A N
【5-13】根据，A i i p py p py ==及，A i i c cx c cx ==，试将传质速率方程()()A G A i L i A N k p p k c c =-=-变换成()()A y i x i N k y y k x x =-=-的形式。y G x L k k k k 与、与有何关系。
解 ()()()()
=A G A i G i G i y i N k p p k py py pk y y k y y =-=--=- 式中 y G k pk = 式中 x L k ck =
吸收塔的计算
【5-14】从矿石焙烧炉送出的气体含体积分数为9%的2SO ，其余视为惰性气体。冷却后送入吸收塔，用水吸收其中所含2SO 的95%。吸收塔的操作温度为30℃，压力为100kPa ，每小时处理的炉气
量为3
1000m 30100kPa （℃、时的体积流量）
，所用液-气比为最小值的1.2倍。求每小时的用水量和出塔时水溶液组成。平衡关系数据为
解 ①最小液一-比*
min 1212
G X X ??
= ?-??的计算 吸收剂为水，20X =，总压100p kPa =
原料气中2SO 分压2
11000099SO P py kPa ==?=．
从平衡数据内插，得液相平衡溶解度2
20868100kgSO kgH O
．
换算为摩尔比 *././31086864
2441010018
X -=
=?
最小液-气比 *min (1212)
00989000495385000244Y Y L G X X --??
=== ?-??
②用水量计算
已知炉气流量 /()31000 30100m h kPa ，℃
标准状态下理想气体的摩尔体积为3.m /kmol(..)224 27315101325K kPa ， 炉气的摩尔流量为
惰性气体流量 G ..kmol /h 397
1009361=-=（．） 吸收用水量 L ..kmol /h 4623611668=?= ③出塔水溶液的组成
【5-15】在一吸收塔中，用清水在总压.01MPa 、温度20℃条件下吸收混合气体中的CO 2，将其组成从2%降至0.1%（摩尔分数）。20℃时CO 2水溶液的亨利系数144E MPa =。吸收剂用量为最小用量的1.2倍。试求：(1)液-气比L/G 及溶液出口组成1X 。(2)试求总压改为1MPa 时的L/G 及1X 。
解 (1)总压./101p MPa L G X =时及 (2) 总压1p MPa =时的/1L G X 及
从上述计算结果可知，总压从0.1MPa 增大到1MPa ，溶液出口组成从.511810-?增加到.411810-?。 【5-16】用煤油从苯蒸气与空气的混合物中回收苯，要求回收99%。入塔的混合气中含苯2%（摩尔分数）；入塔的煤油中含苯0.02%（摩尔分数）。溶剂用量为最小用量的1.5倍，操作温度为50℃，压力为100kPa ，相平衡关系为*.036Y X =，气相总传质系数.()30015／Y K a kmol m s =?。入塔混合气单位塔截面上的摩尔流量为.()20015kmol m s ?／。试求填料塔的填料层高度，气相总传质单元数用对数平均推动力法及吸收因数法的计算式计算。
解 (1)气相总传质单元高度OG H 计算 入塔混合气的流量 G '
.kmol (m s)20015 Ω
=?=／ 惰性气体流量 ()()G
G '
y .kmol (m s)2110015100200147Ω
Ω
=
-=?-=?．
．／ (2) 气相总传质单元数OG H 计算 ..111002
002041098
y Y y =
==-．，回收率099η=． ①吸收因数法计算OG N ② 对数平均推动力法计算OG N (3)填料层高度Z 计算
【5-17】混合气含CO 2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2MPa 下用水吸收，使CO 2的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成41610X -=?（摩尔比）。混合气体处理量为/32240m h （按标准状态，.,27315 101325K Pa ），塔径为 1.5m 。亨利系数188E MPa =，液相体积总传质系数
(/)3350L K a kmol m h kmol m ?=??，。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。
解 (1)用水量计算 ....,...3112 2 010005
010111000550310090995
y Y Y Y -==
====?，，．，41610X -=?，20X = 混合气流量 2240
'10022.4
G kmol h =
=／ 惰性气体流量 ()()G G 'y .kmol h 1110010190=-=-=／ 用水量 G(Y Y )(..)
L .kmol /h X X 4124
1290011100050315910610
----=
==?-? (2) 填料层高度Z 计算
水溶液的总浓度
/././3995718553s s c M kmol m ρ≈== 体积传质系数 ./()3553502765 X L K a cK a kmol m h ==?=?
液相总传质单元高度 .(.)4
2
159102765154
OL
X L H K a Ωπ?==?? ①对数平均推动力法计算OL N 气液相平衡常数 188
942
E m p === 液相总传质单元数 ②吸收因数法计算OL N
填料层高度 ...32627389OL OL Z H N m =?=?=
【5-18】气体混合物中溶质的组成.1002Y =（摩尔比），要在吸收塔中用吸收剂回收。气液相平衡关系为*.10Y X =。
(1)试求下列3种情况下的液相出口组成1X 与气相总传质单元数OG N (利用教材中图5-23)，并迸行比较，用推动力分析OG N 的改变。3种情况的溶质回收率均为99%。
①入塔液体为纯吸收剂，液-气比/.20L G =； ②入塔液体为纯吸收剂，液-气比.12L G =／；
③入塔液体中含溶质的组成.200001X =（摩尔比），液-气比.12L G =／。
(2)入塔液体为纯吸收剂，最小液-气比min ().／08L G =，溶质的回收率最大可达多少？ 解 (1)求1OG X N 与
回收率..1099002Y η==，，相平衡常数m=1 ① 2022X L G L mG ===，／，／
(2212000020)
0010020
Y mX Y mX --==--查图5-23，得.78OG N =
② ,.,.201212X L G L mG ===／／ .22
12
001Y mX Y mX -=- 查图5-23，得17OG N =
③ .,.,.2000011212X L G L mG ===／／ 查图5-23，得21OG N = 计算结果比较：
②与①比较，2X 相同，/L G 减小时，操作线斜率减小，向平衡线靠近，推动力减小。为达到一定的溶质回收率要求（即达到一定的2Y 要求），OG N 需要增大，同时1X 也增大了。
③与②比较，/L G 相同，使2X 增大，即操作线斜率相同，操作线向平衡线平行靠近，使推动力减小，OG N 增大，同时1X 也增大了。
(2) min
min (/),/).20 (08 ，
0．8L G X L G m
=== 当液体出口组成1X 与气体进口组成达平衡时，溶质的回收率为最大，即*11
X Y m =／
由物料衡算得 min *()121212
1
1122Y Y Y Y Y Y L Y Y G
X X X m m
---=
==-- 回收率 ()min /..1210808L G Y Y L
Y mG m
η-=
==== 溶质的回收率最大可达80%。
【5-19】某厂有一填料塔，直径880mm ，填料层高6m ，所用填料为50mm 瓷拉西环，乱堆。每小时处理32000m 混合气（体积按25101.33与kPa ℃计），其中含丙酮摩尔分数为5%。用清水作吸收剂。塔顶送出的废气含丙酮摩尔分数为0.263%。塔底送出来的溶液，lkg 含丙酮61.2g 。根据上述测试数据计算气相体积总传质系数Y K a 。操作条件下的平衡关系为* 2.0Y X =。
上述情况下，每小时可回收多少千克丙酮？若把填料层加高3m ，可以多回收多少丙酮？ 解 (1)计算体积总传质系数Y K a 先从已知数据求OG N 相平衡常数 2m =
塔底排出的水溶液，每l000g 含丙酮61.2g 丙酮的摩尔质量为/58kg kmol 传质单元数 ()()
****ln 1212
11221122OG m Y Y Y Y N Y Y Y Y Y Y Y Y Y --=
=?---??
- ?-??
OG N 也可用吸收因数法计算
从教材图5-23查得8OG N = 或用计算式求出OG N ..2
081247
mG L == =8.03
已知填料层高度6Z m =，计算.6
0758
OG OG Z H N === 再从式 OG Y G
H K a Ω
=
计算Y K a 惰性气体流量(.).(.)3200010052000095 2010133G m h kPa =?-=?／℃，
理想气体在.273101325K kPa 、时的摩尔体积为./3224 m kmol 在.298101325K kPa 、下的摩尔体积为
塔截面积 ()
.2
2
20880．6084
4
T ΩD m π
π
==
?=
体积总传质系数 (2)每小时丙酮回收量为
(3)填料层加高.3，Z 639，075OG m m H =+== 则 ,..912 124075OG OG Z L
N H mG
=
=== 从教材图5-23查得
'2
1
0023Y Y =． 填料层9Z m =时，丙酮的回收量为 多回收丙酮 .../399388011kmol h -= 也可以如下计算
【5-20】有一填料吸收塔，用清水吸收混合气中的溶质A ，以逆流方式操作。进入塔底混合气中溶质A 的摩尔分数为1%，溶质A 的吸收率为90%。此时，水的流量为最小流量的1.5倍。平衡线的斜率m=l 。试求：(1)气相总传质单元数OG N ；(2)若想使混合气中溶质A 的吸收率为95%，仍用原塔操作，且假设不存在液泛，气相总传质单元高度OG H 不受液体流量变化的影响。此时，可调节什么变量，简便而有效地完成任务？试计算该变量改变的百分数。
解 已知.120010810y m X η====，．，， (1)计算气相总传质单元数OG N
(2)要想使吸收率从90%提高到95%，可增大吸收剂用量 填料层高度 OG OG Z H N =
对于已有的填料塔，其填料层高度已定，吸收剂用量改变不会改变OG H 。因此，OG N 不会改变，仍为.464OG N =。
新工况下， ()()'.421110950010150510Y Y η-=-=-?=?．
． 用.464OG N =与
'22
12
005Y mX Y mX -=-．，从图5—23查得
为了使吸收率从90%提高到95%，L ／G 需要从1.35增加到2.1，增加的百分数为
【5-21】某填料吸收塔的填料层高度已定，用清水吸收烟道气中的CO 2 ，CO 2的组成为 0.1（摩尔比），余下气体为惰性气体，液一气比为180，吸收率为95%。操作温度为30℃， 总压为2MPa 。CO 2水溶液的亨利系数由教材中表5-1查取。试计算下列3种情况的溶质吸收率η、吸收液（塔底排出液体）组成1X 、塔内平均传质推动力m Y ?，并与原有情况进行比较：(1)吸收剂由清水改为组成为0.0001（摩尔比）的CO 2水溶液；(2)吸收剂仍为清水，操作温度从30℃改为20℃；(3)吸收剂为清水，温度为30℃。由于吸收剂用量的增加，使液-气比从180增加到200。
解 总压.1201p MPa Y ==， (1) '.22000001X X ==改为 新工况的'2Y 计算 此时，OG Y G H K a Ω=
不会改变，因填料层高度Z 为一定值，所以OG OG
Z
N H =不变。 原工况 ln 12221
11OG Y mX mG mG N mG L Y mX L L
????-??=
-+?? ? ?-????????-
新工况 ''ln ''12221
11OG Y mX mG mG N mG L Y mX L L
????-??=
-+?? ? ?-????????- 因'OG
OG N N =，故'''1
212
2222
Y mX Y mX Y mX Y mX --=-- () a
查得30℃时CO 2水溶液的188E MPa = 将上述数据代入式(a)
解得新工况的吸收率''//..211100139010861Y Y η=-=-=． 吸收液组成计算 已知/180L G =
原工况 ()..
.1122010005
00000528180
G X Y Y X L -=-+=
+= 新工况 ()..'''.11220100139
000010000578180
G X Y Y X L -=
-+=
+=． 平均传质推动力的计算 方法①
按原工况计算OG N /.9418005222mG L ==／ 原工况 (12010005)
00196484m OG Y Y Y N --?=
== 因 '.484OG OG N N == 新工况 '..'.'.120100139
00178484
m OG Y Y Y N --?=== 方法②
原工况 *...1111101940000528005037Y Y Y Y mX ?=-=-=-?= 新工况 '...11201940000578004567Y Y mX ?=-=-?= 从上述计算结果可以看出：
当吸收剂组成 由2X 0=增加到'.100001X =时，
传质推动力 由.00196m Y ?=降为'
.00178m Y ?=
溶质吸收率 由.095η=降为'.0861η=
吸收液组成 由.10000528X =增至'.10000578X =
对现有吸收塔，吸收剂入塔组成增大，使传质推动力降低，而导致溶质吸收率下降。
如果不需要计算平均传质推动力的数值，而只需对比，则可如下计算。'
OG
OG N N = (2) 20X =，操作温度从30℃改为20℃ 查得20℃时CO 2水溶液的E 144 MPa = 新工况的'2Y 计算
.72
04180
mG L ==
原工况 .484OG N =（前面已计算）
新工况 '
'12221
111OG Y mX mG mG N n mG L L Y mX L
????-??=
-+?? ? ?-????????- 因 '
.484OG OG N N ==
新工况的吸收率 ''/./..2111000336010966Y Y η=-=-= 吸收液组成计算
原工况 .10000528X =(前面已计算) 新工况 ()'' (112201000336)
00000536180
G X Y Y X L -=
-+=+= 平均传质推动力计算 原工况 (12010005)
00196484
m OG Y Y Y N --?=
==（前面已计算） 因 '
.484oG oG N N ==
新工况 ''
'
....2101000336002484m
oG
Y Y Y N --?=== 从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当操作温度降低，平衡线斜率减小（即m 减小），传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。
(3) 20X =，温度30℃，m=94
原工况 /.L G 180 mG ／L 94/1800 522=== 新工况 .L/G 200 mG/L 94/2000 47=== 新工况的'2Y 计算
原工况 .484OG N =（前面已计算）
新工况 ''ln 12221
11OG Y mx mG mG N mG L L Y mX L
????-??=
-+?? ? ?-????????- 因 '
.484OG oG N N ==
解得 '.2000423Y =
新工况的吸收率 ''/./..2111000423010958Y Y η=-=-= 吸收液组成计算
原工况 .()10000528前已计算X = 新工况 ''..().112201000423
000004792200
G X Y Y X -=
-+=+= 平均传质推动力计算
原工况 '
(12010005)
0019（6前已计算）
484m OG
Y Y Y N --?=
== 新工况 '
.484OG oG N N ==
从上述计算结果可知，对现有吸收塔，当吸收剂用量增加，操作线斜率增大，传质推动力增大，导致溶质的吸收率增大。
【5-22】有一逆流操作的吸收塔，其塔径及填料层高度各为一定值，用清水吸收某混合气体中的溶质。若混合气体流量G ，吸收剂清水流量L 及操作温度与压力分别保持不变，而使进口混合气体中的溶质组成Y 1增大。试问气相总传质单元数N OG 、混合气出口组成Y 2、吸收液组成X 1及溶质的吸收率η将如何变化？并画出操作示意图。
解
①填料层高度Z 已定，且气象总传质单元高度OG Y G H K a Ω=
不变，故OG OG
Z
N H =不变。 ②物系一定，操作温度及压力不变，故气液相平衡常数m 一定，且G 及L 不变，故L/Gm 一定。因N OG 与L/Gm 各为一定值，从教材中N OG 的计算式（5-76）或图5-23可知22
12
Y mX Y mX --为一定值。且吸
收剂为清水，故X 2=0，则
2
1
Y Y 为一定值。即随着Y 1的增大，Y 2按一定比例增大。如习题5-22附图所示，气相进口组成由Y 1增大到'1Y ，则气相出口组成由Y 2增大到'2Y .
③操作线斜率L/G 不变，因Y 1增大到'1Y ，附图中的操作线由TB 线平行上移为T ‘
B ’
线。T ‘
B ’
线与水平的等Y ’线交垫横坐标'1X 为新条件下的液相出口组成。即吸收液组成由X 1增大到'1X 。
④由第②问的分析结果可知''2211Y Y Y Y ==一定值，故吸收率21
1Y
Y η=-不变。
习题5-22附图
解吸塔计算
【5-23】由某种碳氢化合物(摩尔质量为/113 kg kmol )与另一种不挥发性有机化合物（摩尔质量为/135kg kmol ）组成的溶液，其中碳氢化合物占8%（质量分数）。要在100℃、101. 325kPa （绝对压力）下，用过热水蒸气进行解吸，使溶液中碳氢化合物残留0.2%（质量分数）以内，水蒸气用量为最小用量的2倍。气液相平衡常数m=0.526，填料塔的液相总传质单元高度.OL H = 05m 。试求解吸塔的填料层高度。
解 *min 1212
X X G L Y Y -??
= ?-??
传质系数计算和吸收剂部分循环
【5-24】 现一逆流吸收填料塔，填料层高度为8m ，用流量为100kmol/（㎡·h ）的清水吸收空气混合气体中某溶质，混合气体流量为600Nm 3/（㎡·h ），入塔气体中含溶质0.05（摩尔分数，下同），
习题5-23附图
实验测得出塔气体中溶质的吸收率为95％。已知操作条件下的气液相平衡关系为Y=2.8X 。设吸收过程为气膜控制。
（1） 计算该填料的气相总体积传质系数；
（2） 吸收过程中，将吸收后吸收液的50％送入解吸塔解吸后循环使用，解吸后的液体含氨0.004，
若维持进吸收塔总液体量不变，计算纯水和解吸后液体混合后从塔顶加入情况下，出塔气体中溶质的摩尔分数。
解（1）0.05260.05
-10.05y -1y Y 111===
吸收率为95％时，y 2=0.05（1－0.95）＝0.0025，0.00250.0025
-10.0025y -1y Y 2
22
===
混合气体流量G ＝600／22.4=26.8 kmol/（㎡·h ） 液气比 3.7326.8
100G
L ==
吸收因数0.753.73
2.8
L mG S ===
气相总传质单元数N OG 气相总传质单元高度H OG
气相总体积传质系数h)m 23.9kmol/(1.1226.8H G a K 3OG Y ?===
（3） 纯水和解吸后液体混合后的组成X 2
X 2=0.002
出塔气体中溶质摩尔分数
多股进料进料位置和方式不同对填料层高度的影响
【5-25】在101.3kPa 、25℃的条件下，采用塔截面积为1.54㎡的填料塔,用纯溶剂逆流吸收两股气体混合物的溶质，一股气体中惰性气体流量为50kmol/h ，溶质含量为0.05（摩尔比，下同），另一股气体中惰性气体流量为50kmol/h ，溶质含量为0.03，要求溶质总回收率不低于90％，操作条件下体系亨利系数为279 kPa ，试求： （1） 当两股气体混合后从塔底加入，液气比为最小液气比的1.5倍时，出塔吸收液浓度和填料层高度（该条件下气相总体积传质系数为30 kmol/（h ·m 3
），且不随气体流量而变化）； （2） 两股气体分别在塔底和塔中部适当位置（进气组成与塔
内气相组成相同）进入，所需填料层总高度和适宜进料位置，设尾气气体组成与（1）相同。
（3） 比较两种加料方式填料层高度变化，并示意绘出两种进料情况下的吸收操作线。
解 根据题意吸收流程如图5-14所示： （1） 混合后气体摩尔比浓度：
习题5-25附图
X 1 L 1 L
Y Y a G a b b Y Y a G a
出塔气体浓度：
物系的相平衡常数 2.75101.3
279P E m ===,X 2=0
操作液气比 3.722.750.901.5m 1.5m
Y Y -Y 1.5G L 1.5G L 2m121m min
=??==-=??? ??=ηX 传质单元高度 2.17m 1.54
305050a K G H Y OG =?+==Ω
（2） 当两股气体分别进入吸收塔，高浓度在塔底进入，低浓度在如图5-14所示塔中部进入，吸收塔分为两部分，塔内液气比不同，填料层高度分两段计算。
上段填料层高度：
对于塔上部：进塔气体组成为0.03Y b =，出塔气体组成为0.004Y 2=，液气比L/V ＝3.72，塔中部液体组成()0.006993.72
0.004
-0.03L Y -Y G X 2b b =＝＝
。 传质单元高度 2.17m a K G
H Y OG1==
Ω
第二股气体进塔位置距塔顶8.27m 处。
下段填料层高度：
对于塔下部：进塔气体组成为0.05Ya =，中部气体组成为0.03Y b =，液气比L/G ＝3.72X 2＝7.44，进塔液体组成0.00699X b ＝。 传质单元高度 1.085m a K G/2H Y OG2==Ω
（3）气体混合后进入吸收塔的操作线如图5-15为ABC ，分别在适宜位置进入吸收塔的操作线为ABD ，从操作线距离平衡线的距离看，气体混合后进入吸收塔的操作线靠近平衡线，传质推动力降低，所以填料层高度增加。吸收
是分离过程，而组成不同的气体先混合是返混，返混对吸收不利，故填料层高度增加。 Y a Y
X
Y O
E
Y 2
X 1
Y b X b
习题5-25附图
化工原理课后习题答案上下册(钟理版)
下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无
化工原理课后答案
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理课后习题答案
第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数ο 下C ο80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C ο80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m λ-=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m λ 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
化工原理作业答案
化工原理作业答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地 区 操 作 时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管， 总长 为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率 为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得
化工原理课后题答案
化工原理第二版 第1章蒸馏 1.已知含苯（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 85 90 95 100 105 x 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由 于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一 组绘平衡t-x图数据。 以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（）= 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 下该溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 K C 6H 14 饱和蒸汽压(kPa) 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 查得P A *= 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 279 289
P A *(kPa) 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（）/（）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = ×1/ = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 279 289 x 1 0 y 1 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线 3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题2 的结果相比较。 解：①计算平均相对挥发度 理想溶液相对挥发度α= P A */P B *计算出各温度下的相对挥发度： t(℃) α - - - - - - - - 取275.1℃和279℃时的α值做平均α m = （+）/2 = ②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值 当x = 时， y = ×[1+×]= 同理得到其他y值列表如下 t(℃) 279 289 α
化工原理吸收习题及答案
吸收一章习题及答案 一、填空题 1、用气相浓度△y为推动力的传质速率方程有两种，以传质分系数表达的速率方程为____________________，以传质总系数表达的速率方程为___________________________。 N A = k y (y-y i) N A = K y (y-y e) 2、吸收速度取决于_______________，因此，要提高气－液两流体相对运动速率，可以_______________来增大吸收速率。 双膜的扩散速率减少气膜、液膜厚度 3、由于吸收过程气相中的溶质分压总_________ 液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的_________。增加吸收剂用量，操作线的斜率_________，则操作线向_________平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－y e）_________。 大于上方增大远离增大 4、用清水吸收空气与A的混合气中的溶质A，物系的相平衡常数m=2，入塔气体浓度y = 0.06，要求出塔气体浓度y2 = 0.006，则最小液气比为_________。 1.80 5、在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时，若减少吸收剂用量，则传质推动力将_________，操作线将_________平衡线。 减少靠近 6、某气体用水吸收时，在一定浓度范围内，其气液平衡线和操作线均为直线，其平衡线的斜率可用_________常数表示，而操作线的斜率可用_________表示。 相平衡液气比 7、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将塔料层增高一些，则塔的H OG将_________，N OG将_________ (增加，减少，不变)。 不变增加 8、吸收剂用量增加，操作线斜率_________，吸收推动力_________。（增大，减小，不变） 增大增大 9、计算吸收塔的填料层高度，必须运用如下三个方面的知识关联计算：_________、_________、_________。 平衡关系物料衡算传质速率。 10、填料的种类很多，主要有________、_________、_________、________、___________、______________。 拉西环鲍尔环矩鞍环阶梯环波纹填料丝网填料 11、填料选择的原则是_________________________________________。. 表面积大、空隙大、机械强度高价廉，耐磨并耐温。 12、在选择吸收剂时，首先要考虑的是所选用的吸收剂必须有__________________。 良好的选择性，即对吸收质有较大的溶解度，而对惰性组分不溶解。 13、填料塔的喷淋密度是指_____________________________。 单位塔截面上单位时间内下流的液体量（体积）。 14、填料塔内提供气液两相接触的场所的是__________________。 填料的表面积及空隙 15、填料应具有较_____的__________，以增大塔内传质面积。 大比表面积 16、吸收塔内填装一定高度的料层，其作用是提供足够的气液两相_________。 传质面积 17、菲克定律是对物质分子扩散现象基本规律的描述。 18、以（Y-Y*）表示总推动力的吸收速率方程式为N A=K Y（Y﹣Y﹡）。 19、、吸收操作是依据混合气体中各组分在溶剂中的溶解度不同而得以分离。 20、某气体用ABC三种不同的吸收剂进行吸收操作，液气比相同，吸收因数的大小关系为A1﹥A2﹥A3，则气体溶解度的大小关系为。
化工原理课后习题解答
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7
至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当 压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气 管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间
化工原理 第一章 习题及答案
化工原理第一章习题及答案
第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面
上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下
大。 2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U 形压差计，读数分别为R 1、R 2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R 1与R 2有何变化？(说明理由) 答6．容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R 2减小。R 1不变，因为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ，所以H 增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些?
化工原理课后思考题参考答案
第二章流体输送机械 2-1 流体输送机械有何作用 答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。 2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体启动后，液体在泵内是怎样提高压力的泵入口的压力处于什么状体 答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）； 启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。 泵入口处于一定的真空状态（或负压） 2-3 离心泵的主要特性参数有哪些其定义与单位是什么 1、流量q v: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。 2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m 3、功率与效率：
轴功率P ：泵轴所需的功率。或电动机传给泵轴的功率。 有效功率P e ：gH q v ρ=e P 效率η：p P e = η 2-4 离心泵的特性曲线有几条其曲线的形状是什么样子离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门 答：1、离心泵的H 、P 、η与q v 之间的关系曲线称为特性曲线。共三条； 2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降 离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。 η与q v 先增大，后减小。额定流量下泵的效率最高。该最高效率点称为泵 的设计点，对应的值称为最佳工况参数。 3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。 2-5 什么是液体输送机械的扬程离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响 答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量 2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、 2间列伯努利方程得：f V M H g u u g P P h H ∑+-+-+=221220ρ
化工原理 吸收课后答案
第二章 吸收习题解答 1从手册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,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,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解: (1) 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则: 3333 3 1 170.582/1001 1000 0.5820.590/()0.987 NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P * ==+∴===? (2).求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1 170.0105 11001718 0.009740.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x y m x ** **== = ===+=== 2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故
222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.4310 3.31106 3.3110O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --????==?=????? 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa 。从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m 3·kPa 、）)及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。 解:(1).求H 由2H O H EM ρ = 求算 2435 1000 2.95510/()1.881018 a H O H kmol m kP EM ρ -= = =???? (2)求m 5 1.8810371506.6 E m ρ?=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (3) 2255 506.60.0210.1310.13 5.3910 1.8810CO a CO P kP P x E ** -=?====?? 因x 很小,故可近似认为X x ≈ 55 2222422()()445.3910 5.3910()()18()()1.31810()kmol CO kg CO X kmol H O kg H O kg CO kg H O ---????=?=?????? ???? ?? =??? ?? 故100克水中溶有220.01318CO gCO 4．.在101.33kPa 、0℃下的O 2与CO 混合气体中发生稳定的分子扩散过程。已知
化工原理课后答案
3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理典型习题解答
化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003
上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ? ??? ? ??=??=ελ 得 322 55 2121421 2211221 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩 短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ
化工原理课后习题答案
化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=
化工原理吸收习题
题1. 已知在0.1MPa（绝压）、温度为30℃时用清水吸收空气中的SO2，其平衡关系为y A*= 26.7x A。如果在吸收塔内某截面测得气相中SO2的分压4133Pa，液相中SO2浓度为C A = 0.05kmol·m-3，气相传质分系数为k g = 4.11×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1，液相传质分系数 k L=1.08×10-4m·s-1，且溶液的密度等于水的密度。试求在塔内该截面上：（1）气－液相界面上的浓度C A,i和p A,i; （2）K G和K L及相应的推动力；（3）本题计算方法的基础是什么？ 解：（1）求p A,i和C A,i 查30℃, ρ水= 995.7kg·m-3 E = mP = 26.7 ? 101325 = 2.71 ? 106Pa 对定常吸收过程， k g(p A - p A,i) = k L(C A,i- C A) 以C A,i = p A,i H 代入解得：p A,i = 3546.38Pa
C A,i = p A,i H = 3546.38 2.04 × 10-5 = 0.0724kmol·m-3 （2）求K G、K L及相应的推动力。 = + = + K G = 1.43×10-9kmol·(m2·s·Pa)-1
C A* - C A = 0.084 -0.05 = 0.034kmol·m-3 （3）本题计算方法的基础是双膜理论。 题2. 在填料层高为6m的塔内用洗油吸收煤气中的苯蒸汽。混合气流速为200kmol·(m2·h)-1,其初始苯体积含量为2％，入口洗油中不含苯，流量为40kmol·(m2·h)-1。操作条件下相平衡关系为Y A*=0.13X A，气相体积传质系数K Y a近似与液量无关，为0.05kmol·(m3·s)-1。若希望苯的吸收率不低于95％，问能否满足要求？ 解: 要核算一个填料塔能否完成吸收任务，只要求出完成该任务所需的填料层高H需，与现有的填料层高度h比较，若H需< H，则该塔能满足要求。
化工原理课后答案
第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力
化工原理作业答案 (1)
Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ， R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ
（2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，总长为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 =×17+24312.+1073109.253?+f h ∑=+f h ∑
化工原理吸收部分模拟试题
化工原理吸收部分模拟试题 一、填空 1气体吸收计算中，表示设备（填料）效能高低的一个量是，而表示传质任务难易程度的一个量是。 2 在传质理论中有代表性的三个模型分别为、、。3如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生、 及等不正常现象，使塔无法工作。 4在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系 数k y =2kmol/m2·h，气相传质总K y =1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓度 y i 应为?????。平衡关系y=0.5x。 5逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在达到平衡。 6单向扩散中飘流因子。漂流因数可表示为，它反映。 7在填料塔中用清水吸收混合气中HCl，当水量减少时气相总传质单元数 N OG 。 8一般来说，两组份的等分子反相扩散体现在单元操作中，而A组份通过B组份的单相扩散体现在操作中。 9 板式塔的类型有、、（说出三种）；板式塔从总体上看汽液两相呈接触，在板上汽液两相呈接触。 10分子扩散中菲克定律的表达式为?????，气相中的分子扩散系数D随温度升高而??????（增大、减小），随压力增加而?????（增大、减小）。 12易溶气体溶液上方的分压，难溶气体溶液上方的分压，只要组份在气相中的分压液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 13压力 ,温度 ,将有利于解吸的进行；吸收因素A= ,当 A>1 时,对逆流操作的吸收塔,若填料层为无穷高时,气液两相将在塔达到平衡。 14某低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1 ，气膜和液膜体积吸收系数 分别为k ya =2×10-4kmol/m3.s, k xa =0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程及气膜阻力占总 阻力的百分数分别为；该气体为溶气体。 二、选择 1 根据双膜理论，当被吸收组分在液相中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数。 A大于液相传质分系数 B 近似等于液相传质分系数 C小于气相传质分系数 D 近似等于气相传质分系数 2 单向扩散中飘流因子。 A >1 B <1 C =1 D 不一定 3 在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分 系数k y =2kmol/m2·h，气相传质总K y =1.5kmol/m2·h，则该处气液界面上气相浓 度y i 应为??????。平衡关系y=0.5x。 A 0.02 B 0.01 C 0.015 D 0.005 4 已知SO 2水溶液在三种温度t 1 、t 2 、t 3 下的亨利系数分别为E 1 =0.0035atm、