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化学工程基础课后习题及答案

【篇一：化工基础第5章习题答案】

xt>5.2气体的吸收

1.空气和co2的混合气体中，co2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，y?0.2摩尔分数摩尔比 y?

y0.2

??0．25 1?y1?0.2

2. 20℃的l00g水中溶解lgnh3, nh3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x?

1/17

=0．0105

1/17?100／18

浓度c的计算20℃，溶液的密度用水的密度?s?998.2kg/m3代替。溶液中nh3的量为 n?1?10?3/17kmol 溶液的体积

v?101?10?3/998.2 m3

n1?10?3/17

溶液中nh3的浓度c?==0．581kmol／m3 ?3

v101?10/998.2

?99.82c?sx??0．010?5．0kmol582／m3 或

ms18

nh3与水的摩尔比的计算 x?

1/17

?0．0106

100/18

x0.0105??0．0106 1?x1?0.0105

或 x?

3.进入吸收器的混合气体中，nh3的体积分数为10%，吸收率为90%，求离开吸收器时nh3的组成，以摩尔比y和摩尔分数y表示。吸收率的定义为

y被吸收的溶质量y1?y2

??1?2

原料气中溶质量 y1 y1

解原料气中nh3的摩尔分数y?0.1 摩尔比 y1?

y10.1

??0.111 1?y11?0.1

吸收器出口混合气中nh3的摩尔比为

y2?(1??)y1?（1?0.9）?0.111?0.0111

摩尔分数 y2?

y20.0111

=?0.01098 1?y21?0.0111

4.l00g水中溶解lg nh3，查得20℃时溶液上方nh3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kmol/(m3?kpa)]和相平衡常数m。总压为100kpa。

解液相中nh3的摩尔分数x?

1/17

?0.0105

1/17?100/18

0.798 kpa 气相中nh3的平衡分压 p*＝

亨利系数 e?p*／x?0.798/0.0105?76

n1?10?3/17

液相中nh3的浓度c???0.581 kmol／m3 ?3

v101?10/998.2

*?05.81/0.79?8.0k7m28ol/(m?溶解度系数 h?c/p

kpa

液相中nh3的摩尔分数 x?

1/17

?0．0105

1／17?100/18

／p?07.9／81 00气相的平衡摩尔分数 y*?p*

相平衡常数 m?

y*0.798??0.76 x100?0.0105

?.0 76或 m?e/p?76/100

5. 10℃时氧在水中的溶解度表达式为p*?3.313?106x，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。试求总压为101.325kpa，温度为10℃时，1m3水中最大可能溶解多少克氧？空气中氧的体积分数为21%.

解总压p?101.325 kpa

空气中o2的压力分数 pa／p?体积分数?0.21 空气中o2的分压

p*a?0.21?101.325 kpa

e?3.313?106kpa 亨利系数

(1) 利用亨利定律p*a?ex计算

与气相分压pa?0.21?101.325kpa相平衡的液相组成为

p*0．21?101.325

x?a??6.42?106kmol o2／kmol溶液 6

e3.313?10

此为1kmol水溶液中最大可能溶解6.42?10?6kmol o2 因为溶液很稀，其中溶质很少

1kmol水溶液≈1kmol水=18 kg水

??999.7kg／m3 10℃，水的密度

l／999.7m3水故 1kmo水溶液≈18

即

m3水中最大可能溶解6.42?10?6kmol氧 999.7

故 1m3水中最大可能溶解的氧量为 6.42?10?6?999.7

?3.57?10?4kmolo2

3.57?10?4?32?1.14?10?2kgo2?11.4go2

(2) 利用亨利定律p*a?

计算 h

ems

999.7

= 1.676?10?5kmol／?m3?kpa? 6

3.313?10?18

1m3水中最大可能溶解的氧量为

?5?4

ca?p*／m3 溶液 ah?(0.21?101.325) (1.676?10)?3.57?10kmolo2 3.57?10?4?32?1.14?10?2kgo2?11.4go2

7. 用清水吸收混合气中的nh3，进入吸收塔的混合气中，含nh3体积分数为6%，吸

012kmol nh3／kmol水。此收后混合气中含nh3的体积分数为

0.4%，出口溶液的摩尔比为0．

物系的平衡关系为y*?0.76x。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y1?0.06，则y1?y1/?1?y1??0.06/0.94?0.0638 已知

y2?0.004，则y2?0.004/?1?0.004?=4.02?103 已知x1?0.012，则

y1*?0.76?0.012?0.00912 已知x2?0，则y2*?0

塔顶气相推动力?y2?y2?y2*=4.02?10?3

0.0638?0.009?12 0.0547塔底气相推动力 ?y1?y1?y1?

8.co2分压力为50kpa的混合气体，分别与co2浓度为

0.01kmol/m3的水溶液和co2浓度为0.05kmol／m3的水溶液接触。物系温度均为25℃，气液相平衡关系p*?1.662?105xkpa。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co2在两种情况下属于吸收还是解吸。

解温度t?25℃，水的密度为?s?997kg/m3

混合气中co2的分压为p?50kpa 水溶液的总浓度c?

kmol/m3水溶液 18

(1) 以气相分压差表示的吸收推动力

ca?0.01kmol co2／m3水溶液①液相中co2的浓度

液相中co2的摩尔分数x?ca/c?与液相平衡的气相平衡分压为

0.01

=1.805?10?4

997/18

p*?1.662?105x?1.662?105?1.805?10?4?30kpa

p?50?30?20kpa气相分压差表示的推动力 ?p?p?*（吸收）

②液相中co2的浓度ca?0.05kmol／m3水溶液液相中co2的摩

尔分数x?ca/c?与液相平衡的气相平衡分压为

p*?1.662?105x?1.662?105?9.027?10?4?150kpa

?p?p*?p?150?50?100kpa （解吸）气相分压差表示的推动力

0.05

?9.027?10?4

997/18

(2) 以液相浓度差表示的吸收推动力与气相co2分压p?50kpa平衡

的液相组成为 x*?

p50

1.662?101.662?105

平衡的液相浓度

①液相中co2的浓度ca?0.01kmol co2/m3水溶液液相浓度差表示的推动力为

?c?c*a?ca?0.01666?0.01?0.00666kmol／m （吸收）

②液相中co2的浓度ca?0.05 kmol co2/m3水溶液液相浓度差表

示的推动力为

3?c?ca?c*a?0.05?0.01666?0.0333kmol/m （解吸）

10. 混合气含co2体积分数为10%，其余为空气。在30℃、2mpa

下用水吸收，使co2

的体积分数降到0.5%，水溶液出口组成x1?6?10?4（摩尔比）。

混合气体处理量为2240m3/h（按标准状态，273.15k, 101325pa），塔径为1.5m。亨利系数e?188mpa，液相体积总传

(m3?h?kmol/m3)。试求每小时用水量及填料塔的填料层高度。质

系数kl?a?50kmol，

解 (1)用水量计算 y1?0.1，y1?

0.10.005?0.111，y2?0．005,y2 ??5.03?10?3，x1?6?10?4，

x2?0 0.90.995

2240

?100kmol／h 22.4

混合气流量 g?

惰性气体流量 g?g?1?y1??100?1?0.1??90kmol／h 用水量 l?

g(yy)90(0111.?000503.)1?2

??159.?10?4kmol /h?4

x1?x26?10

?1.59?104?18?2.86?105kg/h (2) 填料层高度z计算

c??s/ms?995.7/1?8水溶液的总浓度

5kmol.53m/3

体积传质系数 kxa?ckla?55.3?50?2765 kmol/(m3?h) 液相总传质

单元高度 hol

l1.59?10??

?3.26m ①对数平均推动力法计算nol

m?气液相平衡常数

e188

??94 p2

x1?y1／m?0.111／94?1.18?10?3

*x2?y2/m?0.00503/94?5.35?10?5

*?x1?x1?x1?1.18?10?3?6?10?4= 5.8?10?4

*?x2?x2?x2?5.35?10?5?0?5.35?10?5

?x1??x2 58?10?5?5.35?10?5?xm??=2.209?10?4 ?5

58?10ln1ln?x15.35?10?5

液相总传质单元数

nol

x1?x26?10?4?0???2.72 ?xm2.209?10?4

②吸收因数法计算nol l1.59?104??1.879 mg94?90

【篇二：化工基础课后习题答案(高教版)】

液体高度：,

器底所受的力：

压强：

指示液为ccl4,

其读数：

2、人孔面积：

压力：

槽壁面积：

槽壁所受压力：

3、4

、

6、（1）求空气的体积流量流通截面：体积流量：（2）求质量流量

表压：绝压：空气的平均分子量：当时温度：

空气密度：

∴质量流量：

7**、对容器a孔口流速：体积流量：

流出的总体积：

液体降至0.5m

处所需时间：

剩余部分为非稳定流动，所需时间：

对于容b

由于b下端有短管，管内流体在流动中有下拉液体的作用，故需时间短。

8、以水平管中心线为基准面，在1－1，，2－2，间列柏式，

在操作条件下，甲烷的密度：

水柱压差计读数：

9、

10、对孔板流量计：流量与流速度关系：，即

，

(1)当读数为80mmhg时，，即误差＝1.2%

(2)读数为20mmhg时，，即误差＝

4.9%

(3)指示液为四氯化碳时，∴流量的相对误差与以上相

同。

11、

体积流量：

质量流量：

导管中苯的流速：

12、忽略阻力，

，，，

将数据代入，得体积流量：

13、，，, ,

∴

＝，

空气流量：

质量流量：

，

∵，，，解得，，体积流量：

14、当量直径：

流速：

湍流

15、相对粗糙度：，查图得

16、

，h1=0，h2=10，v1=0，v2=2.2，p2=0

，查图得

，

【篇三：化工基础习题解答】

s=txt>第3章流体流动过程及流体输送设备

1、某合成氨工艺以煤为原料的气化法生产中，制得的半水煤气组

成为：h242%，n221.5%，co27.8%，

ch41.5%，co27.1%，o20.1%（均为体积分数），求表压为

88.2kpa，温度为25℃时，混合气体的密

度。

解：解法一：先求混合的摩尔质量；

算出在操作温度和压力下各纯组分的密度，然后再按组分的摩尔分

数叠加。解法略。

解：设大管内径为d1，小管外径为d2 流体在环隙流动当量直径为：de=d1-d2

8、欲建一水塔向某工厂供水，如图所示，从水塔到

工厂的管长（包括局部阻力当量长度）为500m，最大

管径及塔高；(c)由(a)、(b)计算结果，分析满足一定流

量时，塔高与管径的关系。

解：如图选取1，2 截面，计算基准面为管出口水平面。

压力以表压表示。

在1→2 列柏努利方程，得：

反应器内液面高度保持16m，见附图。已知钢管总

长度（包括局部阻力当量长度）为25m，反应器内

解：如图选取截面1，2 计算基准面为敞口贮罐液

面，压力以表压表示。

在1→2 列柏努利方程，得：

位槽打到高位槽。低位槽据地面高2m，管子

求泵的有效功率。

解：如图选取低位槽液面为1-1 面，高位槽

为2-2 面，地面为计算基准面，在1→2 列

柏努利方程，得：

11、如图所示，槽内水位维持不变，槽底部

与内径为100mm 的钢管联结，管路上装有一

个闸阀，阀前离管路入口端15m，b 处装有一

个指示剂为汞的u 型管压差计，测压点与管

路出口端之间距离为20m。

(1)当阀门关闭时读数r=600mm，h=1500mm。

阀门部分开启时，测得r=400mm，h=1400mm，

问压差计测压点b 处的静压强为多少kpa（表

压）？

解：(1) a、首先根据当阀门关闭时r，h 求水槽液面到出口处的垂直距离h。根据流体静力学方程

解得：h=6.66m。

b、当阀门部分开启时b 点的压力为

在1→b 列柏努利方程，0-0 面为计算基准面