课堂测验(二)

1. 影响精馏操作的主要因素有哪些？它们遵循哪些基本关系？答：影响精馏操作的主要因素有1）.物系特性和操作压强、生产能力和产品质量、回流比和进料热状况、塔设备情况包括板数加料位置和塔效率、冷凝器和再沸器的热状况。

遵循以下基本关系1）相平衡关系、物料衡算关系、理论板数关系、塔效率关系、热负荷关系2. 比较精馏塔冷凝方式（全凝和分凝），它们有何特点和适用场合？答：全凝器冷凝：塔顶上升蒸汽进入冷凝器被全部冷凝乘饱和液体，一部分回流，一部分作为产品。

这种冷凝方式对的特点是便于调节回流比，但较难控制回流温度，但是该法流程简单，工业上大多采用这种冷凝方式。

分凝器冷凝：塔顶上升蒸汽先计入分凝器，冷凝的液体回流，剩余的气体进入全凝器，冷凝的液体作为产品，这种冷凝方式便于控制温度，课提取不同做成的塔顶产品，但是该流程较为复杂。

3. 对于特定的吸收塔，试分析影响吸收操作的主要因素。

答：1）吸收剂用量。

操作温度。

操作压强。

吸收剂入口组成。

液相和气相流速。

4. 塔板上有哪些异常操作现象？他们对传质性能有哪些影响？答：常见的塔板异常现象有：漏液、液泛、雾沫夹带、气泡夹带，页面落差分布不均匀以及塔板压降过大。

上述非理想流动会导致传质效率下降。

5. 什么是物料的平衡含水量？一定的物料在一定的温度下，物料的平衡含水量与空气的相对湿度有什么关系答：在恒定干燥条件下（空气温度t,相对湿度＆），物料最终达到该空气条件下的含水量。

其数值随着空气相对湿度的增大而增大。

6.在恒定干燥条件下，对于恒速和降速干燥阶段，通常采用什么办法缩短干燥时间？答：恒速干燥的特点是表面充满着非结合水，干燥速率与物料的性质关系很小，主要与空气的性质、流速和湿物料的接触方式有关，所以应提高空气温度降低湿度可增大传热传质推动力 。

以增大流速和干燥面积来增大传热系数和水的汽化速率。

降速干燥阶段的特点是湿物料只有结合水，干燥速率手物料的结构、形状、和尺寸有关，而与空气的性质无关。

1.在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。

原料液流量为50 kmol/h ，要求馏出液中易挥发组分的收率为94％。

已知精馏段操作线方程为y = 0.75x +0.238；q 线方程为y = 2-3x 。

试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值x q 及y q ；（4）提馏段操作线方程。

解：（1）操作回流比及馏出液组成 由题给条件，得75.01=+R R 及238.01D =+R x 得 R = 3，x D = 0.9522）进料热状况参数及原料液组成 由于31q q =--及21F =-qx 得 q = 0.75（气液混合进料），x F = 0.5（3）两操作线交点的坐标值x q 及y q 联立操作线及q 线两方程，即238.075.0+=x y23y x =-得 x q = 0.4699及y q = 0.5903（4）提馏段操作线方程 其一般表达式为W '''x V W x V L y -'=' 式中有关参数计算如下： kmol/h 68.24kmol/h 952.05.05094.0D FA =⨯⨯==x Fx D η W=F-D=(50-24.68) kmol/h = 25.32 kmol/h()()0592.032.255.05094.011F A W =⨯⨯-=-=W Fx x ηL ′=RD+qF=（3ⅹ24.68+0.75ⅹ50）=111.54 kmol/hV ′= L ′-W=(111.54-25.32)=86.22 kmol/h则 111.5425.320.0592 1.2940.0173986.2286.22y x x ''=-⨯=- 2. ）用常压精馏塔分离某二元混合物,其平均相对挥发度2=α,原料液量h kmol F /10=，饱和蒸汽进料，进料浓度5.0=F x （摩尔分率，下同），塔顶馏出液浓度9.0=D x ，易挥发组分的回收率为%90，回流比min 2R R =，塔顶设全凝器，塔底为间接蒸汽加热,求：(1)馏出液及残液量；(2)第一块塔板下降的液体组成1x 为多少？(3)最小回流比；(4)精馏段各板上升的蒸汽量为多少h kmol /？提馏段各板上升的蒸汽量为多少h kmol /?答：2=α h kmol F /100=, 0=q , 5.0=F x , 9.0=D xmin 2R R =∴ h kmol x Fx D D F /59.05.0109.09.0=⨯⨯== 由w D F W x Dx Fx +=得:1.059.055.010=⨯-⨯=-=W Dx Fx x D F w (1) ∵塔顶为全凝器 ∴9.01==D x y 据平衡关系式 x x y )1(1-+=αα得: 11)12(129.0x x -+= ∴ 82.01=x (2) ∵ 饱和蒸汽进料 ∴0=q ∴q 线在y ～x 图中为水平线 5.0==F q x y 代入xx y )12(12-+=平衡式中,得到横坐标 33.0=q x 7.435.2235.233.05.05.09.0min =⨯==--=--=R x y y x R q q qD ∴ 精馏段各板上升的蒸汽量根据恒摩尔汽化理论假设知是相等的即 h kmol D R V /5.2857.5)1(=⨯=+=(3) 根据恒摩尔汽化理论假设,提馏段板上升的蒸汽量也相等即 h kmol F q V V /5.18105.28)1(=-=--='3. 用清水吸收氨－空气混合气中的氨。

混合气进塔时氨的浓度y 1 ＝ 0.01（摩尔分率），吸收率90％，气－液平衡关系y = 0.9x 。

试求：（1）溶液最大出口浓度；（2）最小液气比；（3）取吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍时，气相总传质单元数为多少？（4）气相总传质单元高度为0.5m 时，填料层高为几米？解：已知Y1 ＝0.01，η=90%，Y2 = Y1(1-η) = 0.01(1-0.9) = 0.001X2 = 0，X1 = X1/0.9 = 0.01/0.9 = 0.0111(L/V)min = (Y1-Y2)/(X1*-X2)= (0.01-0.001)/（0.01/0.9）= 0.811L/V = 2 (L/V)min = 2×0.811 = 1.62X1 = (Y1-Y2)/(L/V)+X2 = (0.01-0.001)/1.62 = 0.00556Y1* = 0.9×0.00556=0.005ΔYm =（(0.01-0.005)-(0.001-0)）/ln(0.01-0.005)/0.001= 0.0025NO G= (Y1-Y2)/ΔYm = (0.01-0.001)/0.0025 = 3.6Z ＝0.5×3.6 = 1.8m4. 某一逆流操作的填料塔中，用水吸收空气中的氨气。

已知塔底气体进气浓度为0.026（摩尔比）（下同），塔顶气相浓度为0.0026，填料层高度为1.2m，塔内径为0.2m，吸收过程中亨利系数为0.5 atm，操作压力0.95 atm，平衡关系和操作关系（以摩尔比浓度表示）均为直线关系。

水用量为0.1m3.h-1，混合气中空气量为100m3.h-1（标准状态下）。

试求此条件下，吸收塔的气相总体积传质系数。

解：方法1：Y1 = 0.026, Y2 = 0.0026，m = E/P = 0.5/0.95 = 0.526L /V= 0.1×1000/18/(100/22.4) = 1.244V /A = (100/22.4)/(π/4×0.22) = 142.1 kmol.m-2.h-1X1 = ( Y1 - Y2)/(L / V) = (0.026-0.0026)/1.244= 0.0188ΔY1= Y1 –Y1*= 0.026-0.526×0.0188 = 0.0161ΔY2 = Y2 – Y2* = 0.0026ΔY m = (ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2) = 0.00741N OG = (Y1-Y2)/ΔYm = 3.16∴ＫYａ＝（（V/A）/Z）×N OG = 142.1/1.2×3.16= 37.42 kmol.m-3.h-1方法2：A = （L/V）/m = 1.244/0.526 = 2.365N OG = A/(A-1)×ln[(1-1/A)(Y1-mX2)/(Y2-mX2)+1/A]= 2.365/1.365×ln[(1-1/2.365)(0.026/0.0026) +1/2.365] = 3.16∴ＫYａ＝37.42 kmol.m-3.h-15. 用填料塔从一混合气体中吸收所含的苯。

混合气体中含苯5％（体积％），其余为空气, 要求苯的回收率为90％（以摩尔比表示），吸收塔为常压操作，温度为25℃，入塔混合气体为每小时940[标准m3]，入塔吸收剂为纯煤油，煤油的耗用量为最小耗用量的1.5倍，已知该系统的平衡关系=0.14X（其中Y、X为摩尔比），已知气相体积传质系数K ya＝0.035[kmol.m-3.s-1]，纯煤油的平均分子量M s＝170，塔径D＝0.6[m]。

试求：（1）吸收剂的耗用量为多少[kg.h-1]?（2）溶液出塔浓度X1为多少?（3）填料层高度Z为多少[m]?η=90%, y1=0.05,Y1=y1/(1-y=0.05/(1-0.05)=0.05263Y2=Y1(1-η)=0.005263V’=940/22.4=41.96 kmol.h-1V =G(1-y1)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol.h-1(L /V)min =(Y1-Y2)/(Y1/m)=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126L=1.5L min =1.5×0.126×39.87=7.536 kmol.h -1=7.536×170 kg.h -1=1281kg.h -1X 1 =(Y 1-Y 2)/（1.5(L/V)min ）=(0.05263-0.005263)/(1.5×0.126)=0.251x 1=X 1/(1+X 1)=0.2006H OG =V/(Ｋya Ω)=(39.87/3600)/(0.035×0.785×0．62)=1.12 mN OG =(Y 1-Y 2)/ΔY mΔY 1=Y 1-Y 1*=0.05263-0.14×0.251=0.01749ΔY 2 =Y 2-Y 2*=0.005263ΔY m =(0.01749-0.00526)/ln(0.01749/0.00526)=0.01018N OG =(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65Z ＝H OG ×N OG =1.12×4.65=5.2 m6. 在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为l 000kg/h ，温度为20 ℃，含水量为4％(湿基，下同)，要求干燥后产品的含水量不超过0.5％，物料离开干燥器时温度升至60 ℃，湿物料的平均比热容为3.28 kJ ／(kg 绝干料．℃)。