2011复习化工原理下计算题及答案

所以该过程为气膜控制,气体属于易溶气体。 9.在一个常压下操作的连续精馏塔中精馏某理想混合液，塔顶产品中含 易挥发组分的摩尔分数为0.96，塔底产品中含易挥发组分的摩尔分数为 0.03，并且已知此塔的q线方程为y=6x-1.5，采用回流比为最小回流比的 1.5倍，物系的相对挥发度为2,试求： (1) 精馏段操作线方程； (2) 当每小时得塔底产品量为100 kmol时的进料量和塔顶产品量； (3) 提馏段操作线方程。 （1） 精馏段操作线方程 y=6x-1.5 （q线方程） ① y= （相平衡方程） ② 联立式①式②求解得最小回流比时操作线与平衡线交点的坐标( xq , yq ) xq =1／3=0.333 , yq =0.5 Rmin==2.75 R=1.5Rmin=1.5×2.75=4.13 故精馏段的操作线方程为： yn +1=xn += yn +1=0.805xn +0.187 (2) 求 Fd和Ff 已知：=6, 则q=1.2 当y=xf ,则 x=xf 即q线与对角线 y=x相交 则xf=0.3 由物料衡算式： Ff = Fd+Fw Ff xf=Fdxd+ Fwxw 得Ff==140.91 kmol·h-1=39.14 mol·s-1 Fd=Ff-Fw =140.91-100=40.91 kmol·h-1=11.36 mol·s-1 (3) 提馏段操作线方程： R'=Ff／Fd==3.44 提馏段操作线方程为： ym +1 = =
(2) 求 NT,0 NT,0==-1=47.6 (块)。（不含塔釜） 7 在压强为101.3 kPa 温度为20 ℃下,用水吸收空气中的氨,相平衡关系符 合亨利定律,亨利常数为8.33×104 Pa。在定常操作条件下,吸收塔中某一 个横截面上的气相平均氨的摩尔比（比摩尔分数）为0.12,液相平均氨的 摩尔比（比摩尔分数）为6.0×10-2,以为推动力的气相传质膜系数kY =3.84×10-1 mol·m-2·s-1,以为推动力的液相传质膜系数kX =10.2 mol·m-2·s-1, 试问: (1) 以为推动力的气相总传质系数为多大? (2) 此种吸收是液膜控制还是气膜控制? (3) 该截面上与气液界面处的气液两相浓度为多少? (1) 气相总传质系数 KY m= =+ 则 KY ===0.372 mol·m-2·s-1 (2) 该过程为气膜控制过程。因为kX >>kY ,KY ≈kY (3) 用水吸收氨的过程是气膜控制过程。因而液膜阻力可以略去。 NA=kY (Y -Yi )= kX (Xi –X) Yi =mXi =0.822Xi = 又Xi = = Yi =5.14×10-2 Xi =6.26×10-2 8、某低浓度混合气体被吸收剂吸收时,服从亨利定律。已知其气相传质 膜系数kg为1.00×10-6 kmol·m-2·h-1 Pa-1,液相传质膜系数kl为0.25 m·h-1溶 解度常数H为0.0040 kmol·m-3·Pa-1,试求气相吸收总系数KG,并说明该气体 是易溶，难溶还是属于中等溶解度的气体。 ==1.00×106 ==1.00×103 =+=1.00×106+1.00×103≈1.00×106 KG=1.00×10-6 kmol·m-2·h-1·Pa-1 因为=而>>
一、计算题 1 拟用内径为1.8 m逆流操作的吸收塔,在常温常压下吸收氨—空气混合 气中的氨。已知空气的摩尔流量为0.14 kmol·s-1,进口气体中含氨的体积 分数为0.020,出口气体中含氨的体积分数为0.0010,喷淋的稀氨水溶液中 氨的摩尔分数为5.0×10-4，喷淋量为0.25 kmol·s-1。在操作条件下,物系服 从亨利定律,Y*=1.25 X,体积吸收总系数KY a=4.8×10-2 kmol·m-3·s-1。试求: (1) 塔底所得溶液的浓度; (2) 全塔的平均推动力; (3) 吸收塔所需的填料层高度。 (1) Y1 ===0.0204 Y2 ===0.0010 X2 ===0.00050 X1=X2+(Y1-Y2)=0.00050+(0.0204-0.0010)=0.0114 (2)1=Y1 -mX1=0.0204-1.25×0.0114=0.00615 2=Y2-mX2=0.0011.25×0.00050=0.000375 则m == =2.07×10-3 (3) N0G==9.37 S=d2=0.785×1.82=2.54 m2 H0G===1.15 m 则H=H0G·N0G=1.15×9.37=11 m 2. 在直径为0.8 m的填料吸收塔中,用清水吸收空气和氨的混合气体中的 氨。已知空气的质量流量为1400 kg·h-1,混合气体中氨的体积分数为 0.0132,经过吸收,混合气中的氨除去了99.5%。在20 ℃,0.10 MPa操作条 件下的平衡关系式为Y*=0.75 X。若水的用量为932 kg·h-1,已知氨的气相 体积吸收总系数KY a=314 kmol·m-3·h-1,试求吸收塔所需的填料层高度。 y1=0.0132 Y1 ===0.0134 Y2 =0.0134(1-0.995)=6.7×10-5 X2 =0 FB ==48.3 kmol·h-1 FC ==52 kmol·h-1 X1=(Y1-Y2)==0.0124 Y1 *=mX1=0.75×0.0124=0.0093 Y2*=mX2=0 Y1 =Y1-Y1*=0.01340.0093=0.0041 Y2 =Y2-Y2*=6.7×10-5 -4 N0G===13.6 m ===9.8×10 H0G===0.306 m H=H0G·N0G=0.306×13.6=4.2 m 3. 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1000 m3·h-1,原料气中含甲醇100 g·m-3,吸收后的水中含甲醇量等 于与进料气体相平衡时浓度的67% 。设在标准状态下操作,吸收平衡关 系为Y*=1.15X,甲醇的回收率为98%,吸收系数KY =0.5 kmol·m-2·h-1,塔内填 料的有效比表面积为190 m2·m-3,塔内气体的空塔速度为0.5 m·s-1,试求: (1) 水的用量,m3·h-1;
(2) 塔径,m; (3) 填料层高度,m。 (1) 求水的用量qv（水）,m3·h-1: M(CH3OH)=32 Y1==0.07527 Y2= Y1 (1-) =0.07527×(1-0.98)=1.5054×10-3 X1*===0.06545 X1=0.67X1*=0.67×0.06545=0.04385 FB==41.52 kmol·h-1 = ==1.682 FC=1.682FB=1.682×41.52≈69.84 kmol·h-1 水的密度=1000 kg·m-3 则qv （水）==1.3 m3·h-1; (2)求塔径D,m: 塔截面S==0.556 m2 D==0.841 m (3)求填料层高H,m: H0G===0.786 m N0G = ln[()(1-)+] ==8.86 H=H0G·N0G=0.786×8.86≈7.0 m。 4.某双组分理想混合液，相对挥发度为2.6，在饱和蒸气状态下从塔釜连 续加入只有精馏段的精馏塔中。设原料液处理量Ff=80 kmol·h-1，组成 （摩尔分数）xf为0.20。要求塔顶组成（摩尔分数）为0.90,产量Fd=10 kmol·h-1。试求： （1） 塔内的气、液相摩尔流率； （2） 塔釜开始数起（不包括塔釜）的第一块理论塔板上的气相 组成。 (1) 气相摩尔流量 FV= Ff=80 液相摩尔流量 FL= FV- Fd(= Fw)=70 （2）由Ff xf=Fdxd+Fwxw 得：xw==0.10 yw ===0.224 由物料衡算求x1： FVyw=FLx1+Fdxd
ym +1 =1.42xm -0.0126 10. 气体混合物中溶质的组成为Y1=0.02,气液相平衡关系为Y*=1.0 X,(Y, X 均为摩尔比),用纯溶剂逆流吸收。试求: (1) 当液气比FC/FB =2.0,传质单元数N0G=8时,吸收率=? (2) 液气比为0.9,吸收率最大可达多少? (1) N0G= 8= Y2=1.85×10-4 ===99.1% (2) 因为<m,所以操作线与平衡线在塔底相交。 X1*==Y1 (m=1.0) ===max max=0.9=90% 。 11. 在 20℃,101.3 kPa时,用水吸收空气中的某有害气体。已知气膜传质 系数kg =3.45×10-6 kmol·m-2·s-1·kPa-1,液膜传质系数kl=2.02×10-4 m·s-1,气 液平衡关系式为p*=，H=1.53 k mol·m-3·kPa-1。试求: (1) 气相吸收总系数KG与KY; (2) 液相吸收总系数KL与KX。 已知:溶解度常数H=1.53 kmol·m-3·kPa-1 (1) KG= =3.41×10-6 kmol·m-2·s-1·kPa-1 KY =pKG=101.3×3.41×10-6=3.46 ×10-4 kmol·m-2·s-1 (2) KL==2.23×10-6 m·s-1 由于溶液浓度甚低,故cl≈=55.56 kmol·m-3 KX =KL·cl=2.23×10-6 ×55.56=1.24×10-6 kmol·m-2·s-1。 12、某湿无聊地初始含水量为5％，干燥后地含水量为1％（皆为湿 基），湿物料处理量为0.5kg/s，空气地初始温度为200C，初始湿含量为 0.005kg水/kg干气，假设所有水分皆在表面气化阶段除去，干燥设备保 温良好，空气地出口湿度选定为700C，试求： （1） 将空气预热至1500C进入干燥器，此干燥过程所需供热量及
热效率各为多少？ （2）将空气预热至1300C进入干燥器，此干燥过程所需供热量及热效率 有何变化？ 解：（1）当空气预热至1500C时，所需空气量V＝0.652kg/s，所需供热 量Q=86.3kg/s,假设热效率 (2)气预热至1300C时，空气出口的湿度为
所需空气量为
所需供热及热效பைடு நூலகம்分别为
13、 某湿物料10kg，均匀地平摊在0.8m、宽0.6m的平底浅盘内，并在 恒定的空气条件下进行干燥，物料的初始含水量为15％，干燥4小时后 的含水量为8％，已知在此条件下物料的平衡含水量为1％，临界含水量 为6％（皆为湿基），并假定降速阶段的干燥速率予物料的自由含水量 （干基）成线性关系，试求： （1） 将物料继续干燥至含水量为2％，所需要总干燥时间为多 少？ （2） 现将物料均匀地平摊在两个相同地浅盘内，并在同样空气条 件下进行干燥，只需4小时便可将物料地水分降至2%,同物料的临 界含水量有何变化？恒速干燥阶段的时间为多少？ 解：（1）绝对干物料的质量为 物料的初始含水量（干基）为 干燥4小时，物料的含水量（干基）为
x1==0.128 y1 ===0.276 5 石油炼制排出的气体中含有体积分数为0.0291的H2S,其余为碳氢化合 物。在一逆流操作的吸收塔中用三乙醇胺水溶液去除石油气中的H2S,要 求吸收率不低于99% 。操作温度为27 ℃,压强为0.10 MPa时,气液两相平 衡关系式为Y*=2.0 X。进塔三乙醇胺水溶液中不含H2S,出塔液相中H2S 的摩尔比（比摩尔分数）为0.013。已知单位塔截面上单位时间流过的 惰性气体量为15 mol·m-2·s-1,气相体积吸收总系数KY a为40 mol·m-3·s-1。 试求吸收塔所需填料层高度。 H=H0G·N0G= 式中Y1 ==0.03 Y2 =0.03(1-0.99)=0.0003 X1 =0.013 X2 =0 Y1* =2×0.013=0.026 Y2* =0 m ===0.00143 =15 mol·m-2·s-1 则 H0G===0.375 m N0G===20.8 得 H=H0G·N0G=0.375×20.8=7.8 m 6. 某厂精馏塔的原料为丙烯—丙烷混合物，其中含丙烯的摩尔分数为 0.835。塔的操作压强为2 MPa（表压）。进料为泡点温度下的饱和液 体。若要求塔顶产品中含丙烯的摩尔分数为0.986，塔釜产品中含丙烷 的摩尔分数为0.951，丙烯-丙烷的平均相对挥发度可取为1.16,混合液视 为理想溶液，试求： (1) 最小回流比； (2) 最小理论塔板数。 （1）求Rmin xq =xf=0.835 yq ===0.854 则Rmin==6.95