第2章吸收1.從手冊中查得 101.33kPa,25℃時,若100g水中含氨 1g,則此溶液上方的氨氣平衡分壓為0.987kPa。已知在此濃度范圍內(nèi)溶液服從亨利定律，試求溶解度系數(shù) Hkmol/(m某混合氣體中含有 2％(體積) CO2，某混合氣體中含有 2％(體積) CO2，其余為空氣。 混合氣體的溫度為 30℃， 總壓強為 506.6kPa。從手冊中查得 30℃時 CO2在水中的亨利系數(shù) E=1.88×105kPa，試求溶解度系數(shù) Hkmol/(m3·kPa)衡常數(shù)m解：液相摩爾分?jǐn)?shù) x=(1/17)/[(1/17)+(100/18)=0.0105氣相摩爾分?jǐn)?shù) y=0.987/101.33=0.00974由亨利定律 y=mx得m=y/x=0.00974/0.0105=0.928液相體積摩爾分?jǐn)?shù) C=(1/17)/(101×10-3/103)=0.5824×103mol/m3由亨利定律 P=C/H得H=C/P=0.5824/0.987=0.590kmol/(m 3·kPa)2.101.33kPa,10℃時，氧氣在水中的溶解度可用 P=3.31×10解：由題意 y=0.02，m解：由題意 y=0.02，m=E/P總=1.88×105/506.6=0.37×103的分壓 kPa；x為氧在液相中的摩爾分率。試求在此溫度及壓強下與空氣充分接觸的水中每立方米溶有多少克氧。解：氧在氣相中的分壓 P=101.33×21％=21.28kPa氧在水中摩爾分率 x=21.28/(3.31×106)=0.00643×103每立方米溶有氧 0.0064×103×32/(18×10-6)=11.43g根據(jù)亨利定律 y=mx得x=y/m=0.02/0.37 ×103=0.000054即每100g與該氣體相平衡的水中溶有 CO20.000054×44×100/18=0.0132gH=ρ/18E=103/(10×1.88×105)=2.955×10-4kmol/(m3·kPa)在 101.33kPa，27℃下用水吸收混于空氣中的甲醇蒸汽。 甲醇在氣， 液兩相中的濃度都很低，平衡關(guān)系服從亨利定律。已知溶解度系數(shù) H=1.995kmol/(m3·kPa)，氣膜吸收系數(shù) kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系數(shù) kL=2.08×10-5kmol/(m2·s·kmol/m3)。試求總吸收系數(shù) KG，并計算出氣膜阻力在總阻力中所的百分?jǐn)?shù)。解：由 1/KG=1/kG+1/HkL可得總吸收系數(shù)1/KG=1/1.55×10-5+1/(1.995×2.08×10-5)KG=1.122×10-5kmol/(m2·s·kPa)氣膜阻力所占百分?jǐn)?shù)為 ：( 1/kG)/(1/kG+1/HkL)=HkL/(HkL+kG)=(1.995×2.08)/(1.995×2.08+1.55)=0.723=72.3％在吸收塔內(nèi)用水吸收混于空氣中的甲醇， 操作溫度為 27℃， 壓強101.33kPa。穩(wěn)定操作狀況下塔內(nèi)某截面上的氣相甲醇分壓為 5kPa，液相中甲醇濃度位 2.11kmol/m3。試根據(jù)上題有關(guān)的數(shù)據(jù)算出該截面上的吸收速率。解：由已知可得 kG=1.128×10-5kmol/(m2·s·kPa)根據(jù)亨利定律 P=C/H得液相平衡分壓P*=C/H=2.11/1.995=1.058kPaTOC\o"1-5"\h\z∴NA=KG(P-P*)=1.122×10-5(5-1.058)=4.447×10-5kmol/(m2·s)=0.158kmol/(m 2·h)在逆流操作的吸收塔中， 于 101.33kPa，25℃下用清水吸收 混合氣中的 CO2，將其濃度從 2％降至0.1％(體積)。該系統(tǒng)符合亨利定律。亨利系數(shù)Ｅ =5.52×104kPa。若吸收劑為最小理論用量的 1.2倍，試計算操作液氣比 L/V及出口組成 X。解：⑴Y1=2/98=0.0204，Y2=0.1/99.9=0.001m=E/P總=5.52×104/101.33=0.0545×104由（L/V）min=（Y1-Y2）/X1*=（Y1-Y2）/（Y1/m）= （0.0204-0.001）/（0.0204/545）=518.28L/V=1.2 （L/V）min=622由操作線方程 Y=（L/V）X+Y2-（L/V）X2得出口液相組成5X1=（Y1-Y2）/（L/V）=（0.0204-0.001）/622=3.12×10-5⑵改變壓強后，亨利系數(shù)發(fā)生變化，及組分平衡發(fā)生變化，導(dǎo)致出口液相組成變化m‘=E/P總’=5.52×104/1013=0.0545×10-5（L/V）‘=1.2（L/V）min’=62.2X1‘=（Y1-Y2）/（L/V）’=（0.0204-0.001）/62.2=3.12×10-4根據(jù)附圖所列雙塔吸收的五種流程布置方案， 示意繪出與各流程相對應(yīng)的平衡線和操作線，并用圖中邊式濃度的符號標(biāo)明各操作線端點坐標(biāo)。在101.33kPa下用水吸收混于空氣中的氨。已知氨的摩爾分?jǐn)?shù)為 0.1，混合氣體于 40℃下進(jìn)入塔底，體積流量為 0.556m3/s，空塔氣速為 1.2m/s。吸收劑用量為理論最小用量的 1.1倍，氨的吸收率為 95%，且已估算出塔內(nèi)氣相體積吸收總系數(shù) KYα的平均值為0.1112kmol/（m3·s）。在操作條件下的氣液平衡關(guān)系為 Y=2.6X，試求塔徑及填料層高度。在吸收塔中用請水吸收混合氣體中的 SO2，氣體流量為 5000m3（標(biāo)準(zhǔn)） /h，其中 SO2占10％，要求 SO2的回收率為 95％。氣，液逆流接觸，在塔的操作條件下， SO2在兩相間的平衡關(guān)系近似為 Y*=26.7X，試求：若取用水量為最小用量的 1.5倍，用水量應(yīng)為多少？在上述條件下，用圖解法求所需理論塔板數(shù)；如仍用（ 2）中求出的理論板數(shù)，而要求回收率從 95％提高到 98％，用水量應(yīng)增加到多少？解：（ 1）y2=y1（1-η）=0.1×（1-0.95）=0.005Y1=0.1/0.9=0.111Y2=0.005/（1-0.005）=0.005（L/V）min=（Y1-Y2）/X1*=（Y1-Y2）/（Y1/26.7）=（0.111-0.005）× 26.7/0.111=25.50（L/V）=1.5（L/V）min=38.25惰性氣體流量： V=5000×0.9/22.4=200.89用水量L=38.25×200.89=7684kmol/h（2）吸收操作線方程 Y=（L/V）X+Y2代入已知數(shù)據(jù)Y=38.25X+0.005在坐標(biāo)紙中畫出操作線和平橫線，得到理論板數(shù) NT=5.5塊13、14．在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于氣態(tài)烴中的 H2S，進(jìn)塔氣相中含 H2S(體積)2.91％要求吸收率不低于 99％，操作溫度 300Ｋ，壓強 101.33kPa，平衡關(guān)系為 Y*=2X，進(jìn)塔液體為新鮮溶劑，出塔液體中 H2S濃度為 0.013kmol(H2S)/kmol(溶劑)已知單位塔截面上單位時間流過的惰性氣體量為 0.015kmol/(m2·s)，氣相體積吸收總系數(shù)為0.000395kmol/(m3·s·kPa)。求所需填料蹭高度。解： y2=y1(1-η)=0.0291×0.01=0.000291Y2=y2=0.000291Y1=0.0291/(1-0.0291)=0.02997ΔYm=[(Y1-Y1*)-Y2]/ln[(Y1-Y1*)/Y2]=[ (0.02997-0.013×2)-0.000291]/ln[ (0.02997-0.013×2)/0.000291]=0.0014∴ΝOG=(Y1-Y2)/ΔYm=(0.02997-0.000291)/0.0014=21.2HOG=V/(KYaΩ)=0.015/(0.000395×101.33)=0.375H=ΝOG×HOG=21.2×0.375=7.9m15、有一吸收塔，填料層高度為 3m，操作壓強為 101.33kPa，溫度 20℃，用清水吸收混于空氣中的氨?；旌蠚赓|(zhì)量流速 G=580kg/(m3·h)，含氨 6%(體積 )，吸收率為 99%；水的質(zhì)量流速 W=770kg/(m2·h)。該塔在等溫下逆流操作，平衡關(guān)系為 Y*=0.9X。KGa與氣相質(zhì)量流速為 0.8次方成正比而與液相質(zhì)量流速大體無關(guān)。 試計算當(dāng)操作條件分別作下列改變時，填料層高度應(yīng)如何改變才能保持原來的吸收率 (塔徑不變)：(1)操作壓強增大一倍；(2)液體流量增大一倍； (3)氣體流量增大一倍。

第3章干燥已知濕空氣的總壓強為 50kPa，溫度為 60℃相對濕度 40％，試求：( 1)濕空氣中水氣的分壓；( 2)濕度；( 3)濕空氣的密度解：( 1)查得 60℃時水的飽和蒸汽壓 PS=19.932kPa∴水氣分壓 P水氣=PSф=19.932×0.4=7.973kPaH=0.622P水氣/(P-P水氣)=0.622×7.973/(50-7.973)=0.118kg/kg絕干1kg絕干氣中含 0.118kg水氣x絕干=(1/29)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.84x水氣=(0.118/18)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.16∴濕空氣分子量 M0=18x水氣+29x絕干氣=18×0.16+29×0.84=27.249g/mol∴濕空氣密度 ρ=MP/RT=(27.24×10-3×50×103)/(8.314×333)=0.493kg/m 3濕空氣利用濕空氣的 H-I圖查出本題附表中空格內(nèi)的數(shù)值，并給出序號 4中各數(shù)值的求解過程序號干球溫度 濕球溫度 濕度相對濕度 焓水氣分壓 露點

℃℃kg/kg絕干％ kg/kg絕干kPa160350.0322140530240270.024090325320180.0137550215430280.0258595425干球溫度為 20℃，濕度為 0.009kg/kg絕干的濕空氣通過預(yù)熱器加熱到 50℃，再送往常壓干燥器中，離開干燥器時空氣的相對濕度為 80％。若空氣在干燥器中經(jīng)歷等焓干燥過程，試求：解：(1)2)1m解：(1)2)1m3原濕空氣在干燥器中獲得的水分量。1)原濕空氣的焓： I0=(1.01+1.88H 0)t+2490H0=(1.01+1.88=43kJ/kg×0.009)×20+2490×=(1.01+1.88=43kJ/kg絕干通過預(yù)熱器后空氣的焓 I1=(1.01+1.88 ×0.009)×50+2490×0.0009絕干=73.756kJ/kg絕干焓變化ΔH=I1-I0=30.756kJ/kg絕干空氣的密度 ρ=MP/RT=(29×10-3×101.33×103)/(8.314×293)=1.21kg/m3∴1m3原濕空氣焓的變化為 ΔH=30.756×1.21/1.009=36.9kJ/kg濕氣2)等焓干燥 I1=I2=73.756kJ/kg絕干假設(shè)從干燥器中出來的空氣濕度 t=26.8℃，查得此時水蒸汽的飽和蒸汽壓PS=3.635kPa∴H2=0.622φPS/(P-фPS)=0.622×0.8×3.635/(101.33-0.8×3.635)=0.0184kJ/kg絕干由I2=73.756= (1.01+1.88H2)t2+2490H2試差假設(shè)成立∴ H2=0.0184kJ/kg絕干獲得水分量 ：ΔH=H2-H0=0.0184-0.009=0.0094kJ/kg絕干=0.0094 ×1.21/1.009=0.011kJ/kg濕氣將t0=25℃，ф0=50％的常壓新鮮空氣，與干燥器排出的 t2=50℃，ф2=80％的常壓廢氣混合，兩者中絕干氣的質(zhì)量比為 1：3。(1)混合氣體的溫度和焓 ;(2)現(xiàn)需將此混合溫空氣的相對濕度降至 10%后用于干燥濕物料 ,應(yīng)將空氣的溫度升至多少度解：

采用如圖所示的廢氣循環(huán)系統(tǒng)干燥濕物料 ,已知數(shù)據(jù)標(biāo)于本題附圖中。假設(shè)系統(tǒng)熱損失可忽略,干燥操作為等始干燥過程。試求 :(1)新鮮空氣的耗量 ;(2)進(jìn)入干燥器的濕空氣的溫度及焓;(3)預(yù)熱器的加熱量1)由于干燥過程為等焓過程，故進(jìn)出干燥器的空氣的焓相等2)預(yù)熱器的加熱量7.（2）預(yù)熱器中加熱蒸氣消耗量加熱蒸氣壓強為180KPa，由附錄查出相應(yīng)的汽化熱為2214.3/KJkg某濕物料經(jīng)過 5.5小時進(jìn)行干燥操作。物料含水量由 X1=0.35kg/kg絕干降至X2=0.1kg/kg絕干。若在相同的條件下，要求將物料含水量由 X1=0.35kg/kg絕干降至X2'=0.05kg/kg絕干。試求新情況下的干燥時間。物料的臨界含水量 XC=0.15kg/kg絕干，平衡含水量 X*=0.04kg/kg絕干。假設(shè)在降速階段中干燥速率與物料的自由含水量(X-X*)成正比。解：降速干燥階段 dX/dτ=-US/G'假設(shè)U=k(X-X*)dX/dτ=-Sk(X-X*)/G'dX/(X-X *)=-Skdτ/G'積分得τ2=G'ln[(XC-X*)/(X2-X*)]/Sk總干燥時間 τ=τ1+τ2=G'(X1-XC)/SUC+G'ln[(XC-X*)/(X2-X*)]/Sk=G'ln[(X1-XC)/(XC-X*)]/Sk+G'ln[(XC-X*)/(X2-X*)]/Sk物料由 X1=0.35kg/kg絕干降至 X