6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求：
(1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ；
(4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。
（假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000
3/m kg ）
解：（1）根据已知条件
Pa p NH 987*3=
3/5824.01000
/10117
/13m kmol c NH ==
定义
333*NH NH NH H c p =
()
Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333
（2）根据已知条件可知
0105.018
/10017/117
/13=+=
NH x
根据定义式
333*NH NH NH x E p =
可得
Pa E NH 41042.93?=
（3）根据已知条件可知
00974.0101325
/987/*
*33===p p y NH NH 于是得到
928.0333*==NH NH NH x y m
（4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而
p
E px Ex px p x y m ====**
，与T 和p 相关，故309.0928.031'
3
=?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。
（2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。 6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触：
(1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。
解： 由亨利定律得到
*
2
250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出
()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到
4
*1001.32
-?=CO x 又因为
()()
345
25/10347.318
1066.11000
22
2m kPa kmol EM H O
H O
H CO ??=??=
≈
-ρ℃ 所以得
34*/0167.05010347.3222
m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067
.0m kmol c =?。 （2）为解吸过程，3/0333
.0m kmol c =?。 分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时：
① kPa H c p CO CO CO 9.2910
347.301
.04
*
2
22
=?=
=- 推动力 kPa p 1.20=?（吸收）
② kPa H c p CO CO CO 4.14910
347.305
.04
*
2
22
=?=
=- 推动力 kPa p 4.99=?（解吸） 或者 , 用摩尔分数差表示时 ① 由4108.118
100001
.02-?==
CO x ，判断出将发生吸收过程，推动力410201.1-?=?x ；
②由 41092-?=CO x ，判断出将发生解吸过程，推动力41099.5-?=?x （2）推动力均用正值表示。
6-3 指出下列过程是吸收过程还是解吸过程，推动力是多少，并在x-y 图上表示。 (1) 含SO 2为0.001(摩尔分数)的水溶液与含SO 2为0.03(摩尔分数)的混合气接触，总压为101.3 kPa ，t=35℃； (2) 气液组成及总压同(1) ，t=15℃；
(3) 气液组成及温度同(1) ，总压为300 kPa(绝对压力)。
解 (1) 根据《化工原理》教材中表 8-1 知T = 35℃时，SO 2 的
kPa E 410567.0?=, 故
563
.10110567.04
=?==P E m
根据相平衡关系 , 得
056.0001.056*=?==A A mx y
由于A A y y >*，所以将发生解吸过程。传质推动力为
026.003.0056.0=-=?y
(2 ) T = 15℃时 , SO 2的 kPa E 410294.0?=，故
293
.10110294.04
=?==P E m
根据相平衡关系 , 得
029.0001.029*=?==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。 传质推动力为
001.0029.003.0=-=?y
(3)同理可知 , 当 T = 35℃，p = 300 kPa 时 ,kPa E 410567.0?=，故
9.18==
P
E
m 0189.0001.09.18*=?==A A mx y
由于A A y y <*，所以将发生吸收过程。推动力为
0111.00189.003.0=-=?y
示意图见题6-3 图。
题6-3 图
分析 体会通过改变温度和总压来实现气液之间传质方向的改变 ,即吸收和解吸。
6-4 氨-空气混合气中含氨0.12(摩尔分数)，在常压和25℃下用水吸收，过程中不断移走热量以使吸收在等温下进行。进气量为1000 m 3 ，出口气体中含氨0.01(摩尔分数)。试求被吸收的氨量(kg )和出口气体的体积(m 3) 。
解 惰性气体量 388088.01000m V =?=，进口中 NH 3 之量为3120m ,出口中NH 3 之量为3988
.012.099
.001.0120m =?
,于是总出气量= 880 + 9 =3889m ,被吸收的NH 3量为
mol 4544298
8.314101325
8890.01-298314.8101325100012.0=??????
,为 77.3kg 。
分析 (1) 进行物料衡算时应以摩尔数或者质量为基准,一般不以体积为基准。此
处由于温度和压力均不变,故摩尔数的变化正比于体积的变化,所以以体积作为衡算的基准。
(2) 本题是并流还是逆流? 有区别吗 ?
(3) 如何才能不断移走热量? 该用填料塔还是板式塔 ? (4) 不移走热量对吸收有什么影响 ?
6-5 一浅盘内存有2mm 厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm 的静止空气膜层，此空气膜层以
外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.6×10-5m 2/s ，大气压强为1.013×105Pa 。求蒸干水层所需时间。
解：本题中水层Z 的变化是时间θ的函数，且与扩散速率有关。
1
2
2121ln
B B B B A A A p p p p p p RTZ DP N --=
查教材附录水的物理性质得，20℃时水的蒸汽压为2.3346kPa 。已知条件为：
,3.101,97.983346.23.101,3.101,0,3.101221221kPa p p P kPa p kPa p kPa p kPa p B A B B A A =+==-====
代入上式得：
()
s
m kmol p p p p p p RTZ DP N B B B B A A A ??=--?????=--=26-5-122121/1003.597.983.101ln
97.983.10103.101005.0293314.83.1011060.2ln 水的摩尔质量kmol kg M /18=，设垂直管截面积为A ，在θd 时间内汽化的水量应等于水扩散出管口的量，即
AdZ M Ad N A ρ
θ= 则s m M N d dZ A /10054.91000
18
1003.586--?=??==ρθ
在0=θ，0=Z 到0=θ，m Z 3102-?=之间积分，得
s 48
-3
-1021.210
054.9102?=??=θ 6-6 含组分A 为0.1的混合气，用含A 为0.01（均为摩尔分数）的液体吸收其中的A 。已知A 在气、液两相中的平衡关系为y x =，液气比为0.8，求：
(1)
逆流操作时，吸收液出口最高组成是多少？此时的吸收率是多少？若5.1=G L
，
各量又是多少？分别在y-x 图上表示；
(2) 若改为并流操作，液体出口最高组成是多少？此时的吸收率又是多少？ 解 (1) 逆流操作(题6-6 图(a))时，已知
题6-6 图
01.001.0101.02≈-=
X ，11.01
.011
.01=-=Y
① 当18.0=<=m V L ，以及塔高无穷高时,在塔底达到两相平衡(题8-9图(b)),
11.01*1max 1===m Y X X 。根据物料衡算可知
()
()03.001.011.08.011.02*
112=-?-=--
=X X V
L Y Y 此时 , 吸收率为
%7.7211
.003
.011.0=-=
E
② 当15.1=>=m V L ,以及塔高无穷高时,在塔顶达到吸收平衡(题 8-9图(b))，
01.02*2min 2===mX Y Y 。仍可以根据物料衡算 ()()min 2121Y Y V X X L -=-，求出
077.01=X
%9.9011
.001
.011.0=-=
E
(2) 并流操作且8.0=V L 时(题8-9 图(c))，因为∞=H ，所以有
11mX Y =
根据操作线关系,有
V
L
X X Y Y -=--1212
式①，②联立，求得:
0655.011==Y X
于是
%5.4011
.00655
.011.0=-=
E
分析 逆流吸收操作中，操作线斜率比平衡线斜率大时，气液可能在塔顶呈平衡；此时吸收率最大，但吸收液浓度不是最高。
操作线斜率小于平衡线斜率时，气液在塔底呈平衡；吸收液浓度是最高的，但吸收率不是最高。
6-7 用水吸收气体中的SO 2 ，气体中SO 2 的平均组成为0.02(摩尔分数)，水中SO 2 的平均浓度为1g/1000g 。塔中操作压力为10.13kPa(表压)，现已知气相传质分系数G k =0.3×10-2kmol/（m 2·h·kPa ），液相传质分系数L k = 0.4 m/h 。操作条件下平衡关系50y x =。求总传质系数K Y （kmol/（m 2·h ））。 解 根据
(
)
()()
(
)
()(
)()()
*
********
11111111y y p p p K y y y y p p K y y y y K y y y y K Y Y K N A A Y Y Y Y Y A ---=---=---=???
? ??---=-=和
()
*A A G A p p K N -=
得
()()
*11y y pK K G Y --=
现已知kPa p 4.111=，02.0=y ，4*1081.218
100064164
150-?=+?==A mx y ，因此
要先根据下式求出G K 才能求出Y K :
L
G G Hk k K 1
11+
= 因此还要求出 H ：
()
kPa m kmol pmx c x p c H A A A A ?=?≈==
3
*
/01.050
4.111181000 于是便可求出
()
kPa h m kmol K G ??=2/0017.0
和
()
h m kmol K Y ?=2/187.0
分析 此题主要练习各种传质系数之间的转换关系，第二目的是了解各系数的量级。
6-8 在1.013×105Pa 、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知H=0.511 kPa ·m 3/kmol ，气膜吸收分系数k G =1.55×105kmol/(m 2·s·kPa)，液膜吸收分系数k L =2.08×105 (m/s)。试求吸收总系数K G 并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。
解 根据定义式(
)(
)
A A
L A
A G A c c K p p K N -=-=**和H
c p A A
*
*=，可知
G L K H
K 1
=
所以只要求出G K 即可。又
24371673417637075
.01098.11
1067.511113
-5-=+=??+?=+=L G G Hk k K 所以
()
Pa h m kmol K G ???=25-/101.4
h m K L /02.0=
因为
G k 1为气相阻力，G
K 1为总阻力，故 %4.722437117637==总阻力气相阻力
分析 此题应和题6-9一起综合考虑。
6-9 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度为27℃，压强为1.013×105Pa 。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg ，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m 3。试根据题6-8中有关数据计算出该截面的吸收速率。
解 吸收速率可以用公式 ()
*p p K N G A -=求出。其中
kPa p 07.5=
kPa H c p 33
*
10023.1955
.1102--?=?==
()
kPa s m kmol Hk k K L
G G ???=??+
?=
+=
---255
5/1012.11008.2955.11
1055.111
111
于是可得
()()
s m kmol N A ??=?-??=---2535/1068.510023.107.51012.1
分析 (1) 此时，根据()()55-1068.5-07.51055.1-?=?=-=i i G A p p p K N , 还可以计算出气液界面气相侧中的甲醇分压（kPa p i 405.1=）以及液相侧中的甲醇浓度 （3/748.2m kmol Hp c i i ==），此值远高于主体溶液中的甲醇浓度 。
(2) 是不是题目有些问题？含5%甲醇的空气似乎应是入口气 体，因此3/2m mol 应是出塔液体的浓度，而此液体的浓度也太低了 (质量分数仅为0.0064%)，这些水又有何用呢？
(3) 若将题目中 甲醇浓度改为3/2m kmol ，则质量分数为6.4 %，便可以用精馏法回收其中的甲醇。
6-10 附图为几种双塔吸收流程，试在y-x 图上定性画出每种吸收流程中A 、B 两塔的操作线和平衡线，并标出两塔对应的气、液相进出口摩尔分数。
题6-10附图
(c)
（d ）
11
(a)
(b)
(c)
(d)
1
1
1
1
a
3
x
y 3
y
1
231
y 2x
y 2
y 3
2
1
3
y 1
6-11 在某逆流吸收塔内，于101.3kPa 、24℃下用清水吸收混合气体中的H 2S ，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。系统符合亨利定律，E =545×101.3kPa 。若吸收剂用量为最小用量的1.2倍，试计算操作液气比及出口液相组成。 解：已知 y 1=0.02 y 2=0.001 KPa 1052.5E 4?= P =101.33KPa 则 0204.002.0-102.01Y ==
001.0001
.0-1001
.0Y2==
75.54433
.1011025.5P E m 4=?==
5.51775
.5440204.0001.00204.0m Y1Y2-Y1V L min
=-==?
?? ?? 25.7665.1755.1V L 5.1V L min
=?=???
??= 又据全塔物料衡算()()2121Y -Y V X -X L =
=1X ()()5-105.2001.00204.025.77612X Y2-Y1L V 1X ?=-??
? ??=+???
??= 即操作液气比
V
L
为776.25 出口液相组成X 1为5105.2-? 6-12用纯水逆流吸收气体混合物中的SO 2，SO 2的初始浓度为5％（体积分数），操作条件下的相平衡关系为y ＝5.0x ，分别计算液气比为4和6时气体的极限出口浓度。
解：当填料塔为无限高，气体出口浓度达极限值，此时操作线与平衡线相交。对于逆流操作，操作线与平衡线交点位置取决于液气比与相平衡常数m 的相对大小。
当4=G L ，0.5= 计算液体出口的最大浓度为 01.05 05.01max ,1=== m y x 由物料衡算关系可以求得气体的极限出口浓度为： ()()01.0001.0405.0211min ,2=-?-=-- =x x G L y y 当6=G L ，0.5=>m G L ，操作线与平衡线交于塔顶，由平衡关系可以计算气体极限出口浓度为： 02min ,2==mx y 由物料衡算关系可求得液体出口浓度为： ()00833.06 05.0min ,2121==-+ =y y L G x x 从以上计算结果可知，当m L <时，气体的极限残余浓度随L 增大而减小；当m G L >时，气体的极限浓度只取决于吸收剂初始浓度，而与吸收剂的用量无关。 6-13 在某填料吸收塔中，用清水处理含SO 2的混合气体。逆流操作，进塔气体中含SO 2为0.08(摩尔分数)，其余为惰性气体。混合气的平均相对分子质量取28。水的用量比最小用量大65%，要求每小时从混合气中吸收2000kg 的SO 2。已知操作条件下气、液平衡关系为x y 7.26=。计算每小时用水量为多少立方米。 解：根据题意得 087.008 .0108 .01111=-=-= y y Y 根据吸收的SO 2质量求得混合气中惰性气体的流量 h kmol V /375.35992.008 .0642000 =??= 根据物料衡算 ()()221087.0375.35964 2000 Y Y Y V -?== - 解得521035.4-?=Y 又 67.267.26/087.01035.4087.052 121min =?-=--=??? ??-X X Y Y V L e 则 h k m o l L L /1058.1375.3597.2665.165.14min ?=??== 则每小时的用水量为 h m LM V /1085.21000181058.1354?=???==ρ水 6-14 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，采用的液气比是最小液气比的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N OG 的表达式。 解：令进塔气体浓度为y1，则出塔气体浓度为()η-=1y y 12 x 2=0 m 1x 2y -1y G L G L min βηββ==??? ??=）（ ()() 2121G L x x y y --= ()[]β ηβηm y x x y y 111m 1 11= ?--= ∴ 由上题证明的结果： L G m -1y y ln N 2 1OG ??= 又 β 1 1111y y y mx y - =-=? () η-=-=?10122y y y ()()[] ηββ--= ??∴ 1121 y y ()()() 111ln NOG -???? ??--=βηηβββη 6-15 在一填料吸收塔内，用含溶质为0.0099的吸收剂逆流吸收混合气体中溶质的85%，进塔气体中溶质浓度为0.091，操作液气比为0.9，已知操作条件下系统的平衡关系为x y 86.0=，假设总体积传质系数与流动方式无关。试求：（1）逆流操作改为并流操作后所得吸收液的浓度；（2）逆流操作与并流操作平均吸收推动力之比。 解：逆流吸收时，已知y 1=0.091，x 2=0.0099 所以 ()()01365.085.01091.0-11y 2y =-==η ()()09584 .09 .001365.0091.00099.0L 212x 1x =-+=-+=y y V 0824.009584.086.0X 86.0Y 1* 1=?=?= 008514 .00099.086.02X 86.0Y * 2=?=?= 0086.00824.0091.0Y Y Y * 111=-=-=? 005136 .0008514.001365.0Y -Y Y * 222=-==? ()()?? ? ??-=??? ? ???-?= ?005136.00086.0ln 005136.00086.0Y Y ln Y Y Ym 2121 ()()51 .1100672 .001365.0091.0Y Y2Y1N OG =-=?-= m 改为并流吸收后，设出塔气、液相组成为’ 1Y 、’ 1X ，进塔气。 物料衡算： ()() ’ ’ 121Y -Y V L X -X 2= 将物料衡算式代入N OG 中整理得： ()()) '1'122ln /)//(1/1mX Y mX Y V L m N O G --+= 逆流改为并流后，因K Ya 不变，即传质单元高度H OG 不变，故N OG 不变 所以 ( ) ()’ ’1 186.00099.086.091.0ln 9.086 .01151.11x y -?-+= 由物料衡算式得： 0999.0X 9.0Y 11=+’ ’ 将此两式联立得： 0568.0X 1=’ 0488.0Y 1=’ ()84.100366 .000672.0N Y -Y Y OG 1 2 m === ?’ 84.100366.000672 .0Y Y m m ==??’ 由计算结果可以看出，在逆流与并流的气、液两相进口组成相等及操作条件相同的 情况下，逆流操作可获得较高的吸收液浓度及较大的吸收推动力。 6-16 今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000m 3/h （标准状况），原料气中含甲醇100g/m 3，吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时组成的67%。设在标准状况下操作，吸收平衡关系为x y 15.1=，甲醇的回收率为98%，K y = 0.5 kmol/（m 2·h ），塔内填料的有效比表面积为190 m 2/m 3，塔内气体的空塔流速为0.5 m/s 。试求： (1) 水的用量； (2) 塔径； (3) 填料层高度。 解 下面计算中下标1表示塔底，2表示塔顶。根据已知操作条件，有 h kmol V /52.41125.364.441032100 10004.2210003=-=??-= 0753.052 .41125 .31== Y ()00151.0%98112=-=Y Y 02=X 0609.015 .11 115.1111* 1=?+== Y Y y x %671=x 0408.0* 1=x ，0425.011 1 1=-= x x X （1）根据全塔的甲醇物料衡算式 ()()2121Y Y V X X L -=-可以得出用水量 ()()h kmol X X Y Y V L /04.720 0425.000151 .00753.052.412121=--?= --= （2）塔径m u V D s T 814.05 .03600 100044=??== ππ，可圆整到0.84m 。 （3）由于是低浓度吸收，故可以将x y 15.1=近似为X Y 15.1=,并存在Y y K K ≈，则可进行以下计算： 填料层高度 O G O G H N H = 先计算气相总传质单元数： m OG Y Y Y N ?-= 2 1 2 121ln Y Y Y Y Y m ???-?=? 0264.00425.015.10753.0*111=?-=-=?Y Y Y 00151.0*222=-=?Y Y Y 49.8=OG N 再计算气相总传质单元高度 m a K V a K V H y Y OG 79.084.04 1905.052 .412=???=Ω≈Ω= π 最终解得m H 7.6= 分析 (1)这是一个典型的设计型问题，即已知工艺要求，希望设计出用水量、塔径和塔高。 (2)若不进行以上近似，则可按下述方法求解: () *'-y y dH a K dy V y -Ω= 式中：'V -气体总流量。 于是 () * 'y y a K dy V dH y -Ω-= 对上式进行积分得 () ? -Ω=1 2 * 'y y y y y a K dy V H （当然此时y K 也会随着流量变化而变化，求解时还需要做另外的近似） （3）或者做以下近似处理 ( )( ) ()() ** *** * 1111Y Y Y Y K Y Y Y Y K y y K Y Y K N y y y Y A ++-=??? ? ??+-+=-=-= 得 ()() * 111 Y Y K K y Y ++= 其中，Y 可取1Y 和2Y 的平均值；*Y 可取*1Y 和*2Y 的平均值。 取 0384.02 2 1=+= Y Y Y 0213.02 0425.0221=+=+= X X X 0244.00213.015.1*=?==mX Y 则 第六章习题 1）苯酚（C 6 H 5 OH）（A）和对甲酚（C 6 H 4 （CH 3 ）OH）（B）的饱和蒸汽压数据为： 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽压 kPa 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽 压 kPa 113.7 10.0 7.70 117.8 11.99 9.06 114.6 10.4 7.94 118.6 12.43 9.39 115.4 10.8 8.2 119.4 12.85 9.70 116.3 11.19 8.5 120.0 13.26 10.0 117.0 11.58 8.76 试按总压P=75mmHg（绝压）计算该物系的“t—x—y”数据。此物系为理想物系。 t0C p A 0kPa p B 0kPa x A x B 113.7 10.0 7.70 1.0 1.0 114.6 10.4 7.94 0.837 0.871 115.4 10.8 8.2 0.692 0.748 116.3 11.19 8.5 0.558 0.624 117.0 11.58 8.76 0.440 0.509 117.8 11.99 9.06 0.321 0.385 118.6 12.43 9.39 0.201 0.249 119.4 12.85 9.70 0.0952 0.122 120.0 13.26 10.0 0.000 0.000 2）承第1题，利用各组数据，计算 ①在x=0至x=1围各点的相对挥发度α i ，取各α i 的算术平均值α，算出α对 α i 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 i ”关系，算出由此法得 出各组y i 值的最大相对误差。 t0C 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸 6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求： (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ； (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000 3/m kg ） 解：（1）根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 （2）根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= （3）根据已知条件可知 00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m （4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而 p E px Ex px p x y m ====** ，与T 和p 相关，故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。 （2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。 6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触： (1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解： 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()345 25/10347.318 1066.11000 22 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得 化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（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（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 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）/（101.33-40）= 0.962 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 = 0.5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 = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 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 * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 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 *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0 第六章习题 1）苯酚（C6H5OH）（A）和对甲酚（C6H4（CH3）OH）（B）的饱和蒸汽压数据为： 温度 ℃苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽压 kPa 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽 压 kPa 试按总压P=75mmHg（绝压）计算该物系的“t—x—y”数据。此物系为理想物系。 t0C p A0kPa p B0kPa x A x B 2）承第1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αi，取各αi的算术平均值α，算出α对αi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 i”关系，算出由此法得出各组y i值的最大相对误差。 t0C t0C x i0 y i0最大误差= 3）已知乙苯（A）与苯乙烯（B）的饱和蒸汽压与温度的关系可按下式算得： 式中p0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。此物系的平衡汽、液相浓度各为多少摩尔分率 4）苯（A）和甲苯（B）混合液可作为理想溶液，其各纯组分的蒸汽压计算式为 式中p0的单位是mmHg，t的单位是℃。 试计算总压为850mmHg（绝压）下含苯25%（摩尔百分率）的该物系混合液的泡点。 5）试计算总压为760mmHg（绝压）下，含苯、甲苯（摩尔分率）的混合蒸汽的露点。若令该二元物系降温至露点以下3℃，求平衡的汽、液相摩尔之比。 6）有一苯（A）、甲苯（B）、空气（C）的混合气体，其中空气占2%，苯与甲苯浓度相等（均指摩尔百分数），气体压强为760mmHg（绝压）。若维持压强不变，令此三元物系降温至95℃，求所得平衡汽相的组成。A、B组分均服 从拉乌尔定律。已知95℃时，。 设X A 算得的X‘A 7）常压下将含苯（A）60%，甲苯（B）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡汽、液相，汽相摩尔数占总摩尔数的分率——汽化率（1-q）为。物系相对挥发度α=，试求：闪蒸所得平衡汽、液相的浓度。 第一章：流体流动与输送机械 例1-10，例1-13，例1-16，例1-17 习题：1-17, 1-20，1-28 第三章：传热 例3-2，例3-4，例3-10（1）、（2），例3-11，例3-14 1. 某厂精馏塔顶冷凝器中有Φ25× 2.5mm 的冷却水管60根，长2m ，蒸气在管外冷凝，管内是冷却水，流速为1m/s,冷却水进出口温度分别为20℃,40℃，试求： （1） 管壁对冷却水的表面传热系数。 （2） 管内壁温度。 （3） 该厂有一台与上述冷凝器传热面积相同，但管数为50根，管径仍为Φ25×2.5mm 的 换热器作为备用，问合用否？（水的物性可视为不变，用量相同） 已知：定性温度（C ?30）下水的物性：37.995m kg =ρ，s Pa ??=-310801.0μ，)C m W ??=618.0λ，()C kg J c p ???=310174.4 解 （1） 43104.2486110801.07.995102.0>=???==-μ ρ du R e 41.5618 .010801.010174.43 3=???==-λμp r c P 4.08.0023.0r e u P R N = ()C m W P R d r e ??=???==458541.54.2486102 .0618.0023.0023.04.08.04 .08.0λα （2） ()m w t t A Q -=α ()C t A Q t m w ?=+???-??????=+=3.7530202.04585204010174.47.99502.04132ππα (3)设冷却水的质量流量为m q 根601=n ，()60111U n U A n q u m ===ρ 根502=n ,()50222U n U A n q u m ===ρ 8.0u ∝α 6-1 已知在 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求： (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ； (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为 10003/m kg ） 解：（1）根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 （2）根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= （3）根据已知条件可知 00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m （4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而 p E px Ex px p x y m ====** ，与T 和p 相关，故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。 （2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。 6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触： (1) 含CO 2为 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解： 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()3 45 25/10347.318 1066.1100022 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得 3 4*/0167.05010347.32 22m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =?。 （2）为解吸过程，3/0333.0m kmol c =?。 分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时： ① kPa H c p CO CO CO 9.2910347.301 .04 * 2 22 =?= = - 推动力 kPa p 1.20=?（吸收） 下册第一章蒸馏 1. 苯酚(C 6H 5OH)(A )和对甲酚(C 6H 4(CH 3)OH)(B )的饱和蒸气压数据为 试按总压P =75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y ”数据, 此物系为理想体系。 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 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 1 1 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＝00 B A p p 。所以可得出 t, ℃ i α 算术平均值α= 9 ∑i α=。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, ℃ x 1 0 y 1 0 各组y i 值的最大相对误差==?i y y max )(%。 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 。 第五章蒸馏 1.已知含苯0.5（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（℃）80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 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）/（101.33-40）= 0.962 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 = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 1 3.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度C5H12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时P B* = 1.3kPa 查得P A*= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 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*) 第6章蒸馏 6-1.苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压数据为 苯的饱和蒸气压 p A /kPa 甲苯的饱和蒸 气压p B / kPa 80.2 101.33 39.99 84.1 113.59 44.4 88.0 127.59 50.6 92.0 143.72 57.6 96.0 160.52 65.66 100 179.19 74.53 104 199.32 83.33 108 221.19 93.93 110.4 233.05 101.33 根据上表数据作101.33kPa 下苯和甲苯溶液的t - y - x 图及y 一 x 图。此溶液服从 拉乌尔定律。 解: 80.2 1.0 1.0 84.1 0.823 0.925 88.0 0.659 0.83 9 2.0 0.508 0.72 96.0 0.376 0.596 100 0.256 0.453 104 0.155 0.304 108 0.058 0.123 110.4 0 0 P - P B P A X A 0 0 ； y A X A P A F B 6-2 .利用习题6-1的数据 （1 ）计算相对挥发度：?。（2）写出平衡方程式。 3）算出y-x 的一系列平衡数据与习题1作比较 （答：（1） :一2.44, （ 2） y = 2.44X ） 1 + 1.44x 解: ⑴：■ 80.2 2.53 1.0 1 84.1 2.56 0.823 0.919 88.0 2.52 0.659 0.825 92.0 2.50 0.508 0.716 96.0 2.44 0.376 0.595 100 2.40 0.256 0.456 104 2.39 0.155 0.309 108 2.36 0.058 0.131 110.4 2.30 0 0 P A 第二章流体输送机械 一.填空题 1. 离心泵的基本结构包括如下三部分：______，_____，_______。 泵壳；叶轮；轴封装置。 2. 离心泵的主要参数有：______，______，______，________。 ***答案*** 流量；扬程；功率；效率。 3. 离心泵的特性曲线有：_______________，__________，_____________。 ***答案*** 压头H---流量q曲线；功率P---流量q曲线；效率η--流量q曲线。4. 离心泵的工作点是如下两条曲线的交点：_____________，________________。 ***答案*** 泵特性曲线H--Q；管路特性曲线H--Q. 5. 调节离心泵流量的方法有：____________，____________，_______________。 ***答案*** 改变管路特性曲线；改变泵的特性；离心泵的串并联 6. 液体输送设备有：_________，________，__________，__________，________。 ***答案*** 离心泵；往复泵；齿轮泵；螺杆泵；旋涡泵等。 7. 气体输送设备有：________，_________，___________。 ***答案*** 通风机；鼓风机；压缩机 8. 离心泵标牌上写上P e－q e表示＿＿＿＿，η－q e＿＿＿＿，He－Qe表示＿＿＿＿。 ***答案*** 功率曲线，效率曲线，扬程曲线。 9. 泵起动时，先关闭泵的出口开关的原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 降低起动功率，保护电机，防止超负荷而受到损伤。 10. 离心泵的流量调节阀安装在离心泵＿＿＿管路上，关小出口阀门后，真空表的读数＿＿＿＿，压力表的读数＿＿＿。 ***答案*** 出口减小增大 11. 离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生＿＿＿＿现象。 ***答案*** 气蚀 12. 离心泵的扬程含义是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 离心泵给单位重量的液体所提供的能量。 13. 离心泵铭牌上标明的流量和扬程指的是＿＿＿＿＿＿＿＿时的流量和扬程。 ***答案*** 效率最高 14. 泵铭牌上的轴功率和允许吸上真空高度是指＿＿＿＿＿＿＿时的数值。 ***答案*** 效率最大 15. 离心泵的流量常用＿＿＿＿＿＿＿＿调节。 ***答案*** 出口阀 16. 往复压缩机的实际工作循环由_ _ _、_ _ _、_ _ _和_ _ _四个阶段组成。 ***答案*** 膨胀、吸气、压缩、排气 17. 离心泵起动时，如果泵内没有充满液体而存在气体时，离心泵就不能输送液体。这种现象称为_ _ _ _现象。 ***答案*** 气缚 18. 为防止气蚀现象发生，离心泵在运转时，必须使泵入口处的压强___________饱和蒸汽压。 ***答案*** 大于输送温度下该液体的。 二.解答题 1. 在化工生产和设计中，对流体输送机械的基本要求是什么？ 化学工业出版社-化工原理习题指导大题详细解答 5-26. 在25℃下，用CO 2浓度为0.01kmol/m 3 和0.05kmol/m 3 的CO 2水溶液分别与CO 2分压为50.65kPa 的混合气接触，操作条件下相平衡关系为p A * =1.66×105 x (kPa),试说明上述两种情况下的传质方向，并用气相分压差和液相摩尔浓度差分别表示两种情况下的传质推动力。 解：4108.11000/1801.0-?=?==S S A M c x ρ p A *=1.66×105×1.8×10-4=29.9(kPa) p A =50.65 kPa> p A * 所以传质方向为溶质由气相到液相（吸收过程） 以气相分压差表示的传质推动力为kPa 8.209.2965.50* A A A =-=-=?p p p 与CO 2分压为50.65kPa 的气相呈相平衡的液相摩尔浓度 35 *kmol/m 017.010 66.11865 .501000=???= = E p M c A S S A ρ 以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为 3A * A A km ol/m 007.001.0017.0=-=-=?c c c 4''100.91000/1805.0-?=?==S S A M c x ρ P ’A *=1.66×105×9.0×10-4=149.4(kPa) p A =50.65 kPa< p A * 所以传质方向为溶质由液相到气相（解吸过程） 以气相分压差表示的传质推动力为kPa 8.9865.504.149A * A A =-=-=?p p p 以液相摩尔浓度差表示的传质推动力为 3*A A A km ol/m 033.0017.005.0=-=-=?c c c 5-27.在一填料塔内用清水逆流吸收某二元混合气体中的溶质A 。已知进塔气体中溶质的浓度为0.03（摩尔比，下同），出塔液体浓度为0.0003，总压为101kPa ，温度为 40℃，问: （1）压力不变，温度降为20℃时，塔底推动力（Y-Y * ）变为原来的多少倍？ （2）温度不变，压力达到202 kPa ，塔底推动力（Y-Y *）变为原来的多少倍？ 已知：总压为101kPa ，温度为 40℃时，物系气液相平衡关系为Y * =50X 。总压为101kPa ，温度为 20℃时，物系气液相平衡关系为Y * =20X 。 化工原理(下册)第六章吸收习题答案解析 6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求： (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ； (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为10003/m kg ） 解：（1）根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 （2）根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= （3）根据已知条件可知 00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m （4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而 p E px Ex px p x y m ====** ，与T 和p 相关，故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。 （2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。 6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触： (1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解： 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()3 45 25/10347.318 1066.1100022 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得 3 4*/0167.05010347.32 22m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =?。 （2）为解吸过程，3/0333.0m kmol c =?。 分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时： ① kPa H c p CO CO CO 9.2910347.301 .04 * 2 22 =?= = - 推动力 kPa p 1.20=?（吸收） 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.）第五章蒸馏 1.已知含苯0.5（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（℃）80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 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）/（101.33-40）= 0.962 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 = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12）和正己烷（C 6H 14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C 6H 14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9***** 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解： 根据附表数据得出相同温度下C 5H 12（A）和C 6H 14（B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时P B= 1.3kPa 查得P A= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 一、单选题 1．用纯溶剂吸收混合气中的溶质。逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y 1 上升，而其它入 塔条件不变，则气体出塔浓度y 2 和吸收率?的变化为：（）。C （A）y 2上升，?下降（B）y 2 下降，?上升 （C）y 2上升，?不变（D）y 2 上升，?变化不确定 2．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则气相总传质单元数（）。 B A 增加 B减少 C不变 D不定 3．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口气体组成将（）。A A 增加 B减少 C不变 D不定 4．在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口液体组成（）。A A 增加 B减少 C不变 D不定 5．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相总传质单元数将（）。 C A 增加 B减少 C不变 D不定 6．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相总传质单元高度将（）。 C A 增加 B减少 C不变 D不定 7．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则气相出口组成将（）。 A A 增加 B减少 C不变 D不定 8．低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其它条件不变，但入口液体组成增高时，则液相出口组成将（）。 A A 增加 B减少 C不变 D不定 9．正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以至液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生？ C （A）出塔液体浓度增加，回收率增加 （B）出塔气体浓度增加，但出塔液体浓度不变 （C）出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加 （D）在塔下部将发生解吸现象 10．最大吸收率与（）无关。 D A 液气比 B液体入塔浓度 C相平衡常数 D吸收塔型式 11．逆流填料吸收塔，当吸收因数A<1且填料为无穷高时，气液两相将在（）达到平衡。 B A 塔顶 B塔底 C塔中部 D塔外部 12．某吸收过程，已知k y = 4?10-1 kmol/m2.s，k x = 8?10-4 kmol/m2.s，由此可知该过程为（）。 A A 液膜控制 B气膜控制 C判断依据不足 D液膜阻力和气膜阻力相差不大 二、填空题 吸收 一填空 (1) 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?0.01????。平衡关系y=0.5x。 (2) 逆流操作的吸收塔，当吸收因素A<1且填料为无穷高时，气液两相将在塔底达到平衡。 (3) 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增加。 (4) 板式塔的类型有；板式塔从总体上看汽液两相呈逆流接触，在板上汽液两相呈错流接触。 (5) 在填料塔中用清水吸收混合气中NH3，当水泵发生故障使上水量减少时，气相总传质单元数NOG (增加）（增加，减少）。 (6) 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，吸收操作中温度不变，压力增加，可使相平衡常数???减小?（增大、减小、不变），传质推动力??增大?（增大、减小、不变），亨利系数??不变（增大、减小、不变）。 (7) 易溶气体溶液上方的分压（小），难溶气体溶液上方的分压（大) ，只要组份在气相中的分压(大于）液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。 (8) 压力（减小),温度( 升高）,将有利于解吸的进行；吸收因素(A= L/mV ) ,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（顶）达到平衡。 (9) 在逆流吸收塔操作时，物系为低浓度气膜控制系统，如其它操作条件不变，而气液流量按比例同步减少,则此时气体出口组成y2将 (减小），液体出口组成将（增大），回收率将。 (10) 当塔板中（气液两相达到平衡状态)，该塔板称为理论板。 (11) 吸收过程的传质速率方程N A=K G( )=k y( )。 (12) 对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的H OG将不变，N OG将增大。 (13)吸收因数A可表示为 mV/L，它在X–Y图上的几何意义是平衡线斜率与操作线斜率之比。 (14)亨利定律的表达式为；亨利系数E的单位为 kPa 。 (15) 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 y a=2× 10-4kmol/m3.s, k x a=0.4kmol/m3.s, 则该吸收过程为（气膜阻力控制）及气膜阻力占总阻力的百分数分别为 99.95% ；该气体为易溶气体。 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 B 。 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 。 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， 第六章 传热设备 一、换热器的分类及特点 按用途分类： 加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器 按传热特征分类： 直接接触式、蓄热式、间壁式 二、夹套式换热器 夹套式换热器是在容器外壁安装夹套制成；主要用于反应过程的加热或冷却。 特点：结构简单，但其传热面积不大，不耐压，且传热系数也不高。 三、蛇管式换热器 （一）沉浸式 蛇管浸没在容器中的液体中形成 优点 ：结构简单、价格低廉，能承受高压，便于防腐。 缺点 ：传热面积有限，容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。 （二） 喷淋式 蛇管成行地固定在钢架上形成，多用作冷却器。 优点：结构简单，造价便宜，耐腐蚀；管内 耐高压；管外α 比沉浸式大。 缺点：冷却水喷淋不易均匀，只能安装在室 外，占地面积大，要定期清洗。 四、套管式换热器 由大小不同的直管制成的同心套管，并由U 型弯头连接而成；每一段称为一程。 优点：构造较简单，耐高压，传热面积可调，应用方便，两流体均可达到较高的流速 ，且可完全逆流。 缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消耗的金属量大。 五、列管换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、坚固、传热效果好。能用多种材料制造，故适用性较 强，操作弹性较大，尤其在高温、高压和大型装置中多采用列管式换热器。 （一）列管换热器的构造和形式 主要部件： 壳体、管束、管（花）板、顶盖（封头） 管束装在壳体内，固定于管板上 1.固定管板式（G ） 两端管板和壳体制成一体，结构简单，成本低； 壳程清洗和检修困难； 不进行热补偿或采用补偿圈进行热补偿； 不宜用于两流体温差过大（大于70℃）和壳程流体压强过高的场合。 2.浮头式换热器(F) 一端管板不与外壳连为一体， 形成可沿轴向自由浮动的浮头进行热补偿； 整个管束可以从壳体中抽出，管、壳程均便于清洗和检修； 允许两程温差较大； 结构比较复杂，造价较高。 3. U 型管式换热器 每根管子都弯成U 型，进出口分别安装在同一管板的两侧，每根管子可以自由伸缩进行热补偿； 封头用隔板分成两室，形成双管程； 管程不易清洗。 ????????????夹套式浸没式蛇管式间壁式喷淋式套管式 列管式 第六章吸收 § 1 概述 一、化学工业或食品工业中的传质过程 1、气体—液体系统 1）吸收：物质由气相转移到液相。 2）脱吸（解吸）：物质由液相转移到气相。 3）气体增湿；湿分由液相转移到气相。 4）气体减湿；湿分由气相转移到液相。 水果储藏温度为4o C，相对湿度为85%。 2、蒸汽—液体系统 精馏 3、液体—液体系统 液—液萃取：物质由某一液相转移到互不相溶的另一液相。 4、液体—固体系统 1）结晶：物质由液相向固相转移。 2）液—固萃取（浸取）：物质由液相向固相转移。 3）液体吸附：物质由液相转移到固相表面。 5、气体—固体系统 1）干燥：液体物质由固相表面或内部转移到气相。 2）气体吸附：物质由气相转移到固相表面。 二、相组成的表示方法 1、质量分率a与摩尔分率x 1) 质量分率a ：某组分的质量占总质量的百分率。 2) 摩尔分率x ：某组分的摩尔量占总摩尔量的百分率。 3）质量分率a 与摩尔分率x 的换算 B B A A A A A M x M x M x a ?+??= B B A A A A A M a M a M a x += 2、质量比a 和摩尔比X Y 1）质量比a ： B A m m a = 2）摩尔比X ；Y ： B A n n X = 3、质量浓度与摩尔浓度 1）质量浓度：单位体积均相混合物中某组分的质量。 单位：kg / m 3 2) 摩尔浓度：单位体积均相混合物中某组分的摩尔量。 单位：kmol / m 3 三、吸收概念 吸收尾气 混合气体 吸收液A+S 吸收质或溶质A：混合气体中能够溶解的组分。 惰性组分或载体B：混合气体中不能被溶解的组分。 四、吸收操作的分类 1、单组分吸收与多组分吸收 2、物理吸收与化学吸收 3、等温吸收与非等温吸收 五、吸收剂的选择 1、溶解度 2、易脱吸 3、选择性 4、粘性 5、挥发性 6、其他 §2 扩散现象 一、概念 1、扩散：当系统内部存在浓度差时，物质总要由高浓度区向低浓 度区转移，这种现象称为扩散。 2、分子扩散和涡流扩散 分子扩散：只依靠微观的分子运动，而无宏观的混合作用。 涡流扩散：流体有宏观流动，依靠流体质点的不规则运动（湍动） 第六章 蒸 馏 相平衡 【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。 根据上表数据绘制总压为时苯一甲苯溶液的-t y x -图及y x -图。此溶液服从拉乌尔定律。 解 计算式为 ,00 00 B A A B p p p x y x p p p -==- 计算结果见下表 苯-甲苯溶液的t x y --计算数据 苯-甲苯溶液的t y x --图及y x -图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。 习题6-1附图1 苯-甲苯t-y-x 图 习题6-1附图2 苯-甲苯y-x 图 【6-2】在总压.101325kPa 下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。 试求：(1)在总压.101325kPa 下，溶液中正庚烷为（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压.101325kPa 下，组成.035x =的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？ 解 用汽液相平衡数据绘制t y x --图。 (1) 从t y x --图上可知，.035x =时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成.053y =。 (2) .035x =的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成.024x =，汽相组成.040y =。 .035x =的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。 习题6-2附图 正庚烷-正辛烷t-y-x 图 【6-3】 甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。 (1) 试求温度80℃t =、液相组成.05x =（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。 (2) 试求总压为.10133kPa 、液相组成.04x =（摩尔分数）时的汽液相平衡温度与汽相组成。 (3) 试求液相组成.06x =、汽相组成.084y =时的平衡温度与总压。组成均为摩尔分数。 用Antoine 方程计算饱和蒸气压(kPa) 甲醇 .lg ..157499 71973623886A p t =- +o 丙醇 .lg .137514 674414193 B p t =- +o 式中t 为温度，℃。 解 (1) 80℃t =)时，..1811，5093A B p kPa p kPa ==o o B A B p p x p p -=-o o o 总压 ()() ....18115093055093116A B B p p p x p kPa =-+=-?+=o o o 汽相组成 (181105) 0781116 A p x y p ?== =o (2) 已知..10133，04，求、p kPa x x y ==南工大化工原理第六章习题解答
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