寧波工程學院化工原理計算題.

1、第五單元精餾5-1 .若苯甲苯混和液在45C時沸騰，總壓為 20.3kpa。已知在45C時，純苯的飽和蒸氣 壓p0苯二22.7kpa，純甲苯的飽和蒸氣壓 p0甲苯=7.6kpa。求其氣液相的平衡組成及相對揮發(fā)度。解:（1）平衡時苯的液相組成 x苯、氣相組成y苯p0苯一 p0甲苯 22.77.620.7B120.8415.113而y苯二j x苯二空 0.84 = 0.94 p20.3因苯-甲苯可當作理想溶液，故相對揮發(fā)度為:0甲苯2273.07.6本題要求掌握泡、露點方程及其應用。5-3 在一兩組分連續(xù)精餾塔中，進入精餾段中某層理論板n的氣相組成yn+1為0.75，從該板流出的液相組成 Xn為0

2、.65 （均為摩爾分數(shù)），塔內(nèi)氣液比V/L=2，物系的相對揮發(fā)度:-為2.5，求：1）回流比R; 2）流入該板的液相組成 xn1； 3）從該板上升的蒸氣組成yn解：1）求R由 R1（1分）可解出：2R= R+ 1, R= 1VR 12（2）求 Xn1R由精餾段操作線方程yn d-xn，得 0.75= - 0.65+ 空R 1 R 122解出 Xd= 0.85 （2 分）Rx因ynXnJD ，代入已知量得R+1R+11 0 850.823xn4，解出 xnJ1 =0.7962 2 3）求 yn可用氣液平衡方程由:-、Xn求出yn Xn1：-1 Xn2.5 0.651 1.5 0.65二 0.82

3、3本題要求熟練運用操作線方程和平衡方程解決精餾過程有關計算問題。5-4 在泡點進料下，某兩組分連續(xù)精餾塔的操作線方程為: 精餾段：y =0.723x - 0.263提餾段：y =1.25x 0.0187求：1）回流比；2 ）餾出液；3）釜殘液的組成；4）原料液的組成。解：1）求回流比R由精餾段操作線方程 y =0.723x 0.263可知:蘆“723 R= 2.612）餾出液組成xdR 1= 0.263xD = 0.951）求 Xw因Xw為提餾段操作線與對角線交點的橫坐標，故聯(lián)立兩線方程:l y = x = Xw-y =1.25x0.0187得：X = 0.0754）求原料液組成Xf當泡點進料

4、q = 1，此時兩操作線交點的橫坐標即xfy = 0.723xF 0.263y=1.25xF 0.0187得:Xf0.2630.01871.25 -0.7235-5 在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。已知原料液組成為0.6 （摩爾分數(shù)，下同），餾出液組成為0.9，釜殘液組成為0.02。泡點進料。求：1） 求每獲得1kmol/h餾出液時的原料液用量F;2）若回流比為1.5，它相當于最小回流比的多少倍？3） 假設原料液加到加料板上后，該板的液相組成仍為0.6，則上升到加料板上的氣相組成。（已知物系的平均相對揮發(fā)度為3）解：1）求當1kmol/h時F為多少由全塔物料衡算：F = D W =1 WF

5、xF 二 D xD W xW代入已知量可解得：W= 0.52kmol/h , F= 1.52kmol/h。2）求 R/Rmin,已知:* m =3 泡點進料q = 1，貝y Xq= Xf= 0.6 由氣液平衡方程：-J m xq1: m -1 Xq3 0.61 2 0.6= 0.818求RninXd yqmin yq Xq0.9-0.8180.818-0.6二 0.3761 5求 R/Rmin, R/ Rmin3.99 （倍）0.3763）求上升到加料板上的氣相組成因加料板是提餾段第一層板，故所求量為y L=R D=1.5 1=1.5 kmol/h泡點進料 q= 1,已知 F= 1.52kmo

6、l/h , W= 0.52kmol/h , x心 0.02 , xf= 0.6提餾段操作線方程為:ym 1L qFL qF -WXmWL qF -Wxw，代入已知量：,1.5 +1.52,0.520.02y +=x m1.5 1.52 -0.52 m 1.5 1.52 - 0.52 ym z 1.208Xm-0.00416 y2 1.208燈-0.00416 =1.208 0.6 - 0.00416 二 0.7215-6 在常壓連續(xù)提餾塔中，分離兩組分理想溶液，該物系平均相對揮發(fā)度為2.0。原料液流量為100kmol/h，進料熱狀態(tài)參數(shù) q為0.8，餾出液流量為60kmol/h，釜殘液組成為0

7、.01（易揮發(fā)組分摩爾分率），試求；1）操作線方程；2） 由塔內(nèi)最下一層理論板下流的液相組成xn。解：本題為提餾塔，即原料由塔頂加入，一般無回流，因此該塔僅有提餾段。再沸器相 當一層理論板。1）操作線方程此為提餾段操作線方程，即,L Wym 1 = XXw其中L =L+qF=0+0.8 x 100=80kmol/hV=D=60kmol/hV =V+ (q 1) F=60+ (0.8 1)x 100=40kmol/hW=F- D=100 60=40kmol/h故40 0.01 =2x-0.0140402)塔內(nèi)最下一層理論板下降的液相組成xn因再沸器相當一層理論板，故axw1a 1 Xw20.01

8、10.01= 0.0198因Xn和yW呈提餾段操作線關系，即yW =2xn -0.00.0198解得xn =0.0149說明：提餾塔又稱回收塔。當精餾目的是為了回收稀溶液中易揮發(fā)組分時，且對餾出液的濃 度要求不高，不用精餾段已可達到要求， 不需回流。從稀氨水中回收氨即是回收塔的一個例 子。5-7 在常壓連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。該物系的平均相對揮發(fā)度為2.5。原料液組成為0.35 （易揮發(fā)組分摩爾分率，下同），飽和蒸氣加料。塔頂采出率衛(wèi)F為40%且已知精餾段操作線方程為y=0.75 X+0.20，試求：1）提餾段操作線方程:Evio2）若塔頂?shù)谝话逑陆档囊合嘟M成為0.7，求該板的氣相默夫

9、里效率解：先由精餾段操作線方程求得 R和xd,再任意假設原料液流量 F,通過全塔物料衡算求得D W及 xw,而后即可求出提餾段操作線方程。Envi可由默夫里效率定義式求得。1）提餾段操作線方程由精餾段操作線方程知I75解得F=3.0x =0.20解得xd=0.8設原料液流量F=100kmol/hD=0.4 x 100=40kmol/hV=60kmol/hFxF -DxD 100 0.35 -40 0.80.05F -D10040因q=0,故L =L=RD=3 x 40=120kmol/hV =V-( 1 -q) F= (R+1 D-( 1 -q) F=4 x 40- 100=60kmol/h提

10、餾段操作線方程為詈x 40 0.05=2x052）板效率Emv1由默夫里板效率定義知:其中Emv1% 一丫2y1=XD=0.8y2=0.75 x 0.7+0.2=0.725ax12.5 0.7y1 一1 a -1 x1 _11.5 0.7 0.854Emv1 -衛(wèi)叱遲0.58 =58%0.854 0.725第六單元吸收6-1.總壓為101.325kPa、溫度為20C時，1000kg水中溶解15kg NHs，此時溶液上方氣相中NH的平衡分壓為2.266kPa。試求此時之溶解度系數(shù)H亨利系數(shù) E相平衡常數(shù) m解：首先將此氣液相組成換算為y與x。15/17nANH的摩爾質(zhì)量為 17kg/kmol，溶

11、液的量為 15kg NH3與1000kg水之和。故x = 0.0156n A B 15/17 1000/18y_ 外器0224m 丄=0.0224 =1.436x 0.0156E=P-葉 101.325 X 1.436=145.5kPa或十號心羽3溶劑水的密度 p s=1000kg/m，摩爾質(zhì)量M=18kg/kmolH ：s 10000.382 kmol/ ( m kPa)EM s 145.3X18所以mA/ M a15/17=A =mA/MA15/170.869 kmol/m 3V (ma+msyR(15 +10001000H =2 二0869 =0.383kmol/ (m* kPa)Pa

12、2.266本題要求掌握亨利定律及亨利系數(shù)（E、H、m）之間的互相關系。6-2 已知常壓、25 C下某體系的平衡關系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為大氣壓,溶質(zhì) A的分壓為 0.54大氣壓的混合氣體分別與三種溶液接觸：溶質(zhì)A濃度為的水溶液；溶質(zhì) A濃度為 - - L -的水溶液；溶質(zhì) A濃度為-的水溶液。試求1） 上述三種情況下溶質(zhì) A在二相間的轉(zhuǎn)移方向。2）若吸收 壓力提高至3atm,再計算的傳質(zhì)方向。解：1 ) E=0.15 X 104atm, p=0.054atm , P=1atm, y=p/P=0.054 m = E = 0.15104P0.025X13=3.6 10 一1 103/18平衡

13、y1 =mx1 =0.054x20.001b3-18 101 10/18 y2 =mx2 =0.027氣相轉(zhuǎn)移至液相0.003上x335.4 103 1 103/182) y3 二 mx3 二 0.081P=3atm y=0.054 E=0.15：y=y_y30液相轉(zhuǎn)移至氣相4x 10 atm m=E/P=0.05 x 1045x4=X3=5.4 x 10 y4 二 mx4 二 0.027 =y 二 y - y4 0氣相轉(zhuǎn)移至液相說明：利用吸收相平衡關系可判斷傳質(zhì)過程進行的方向；計算傳質(zhì)過程的推動力和吸 收過程可達到的極限。低溫高壓有利于吸收。6-3 .在常壓逆流吸收塔中，用純吸收劑吸收混合氣

14、中的溶質(zhì)組分.進塔氣體中溶質(zhì)組分為4.5%（體積）,吸收率為90%;出塔液相組成為0.02（摩爾分數(shù)）,操作條件下平衡關系為Y*=1.5X。求： 1）塔頂氣相傳質(zhì)推動力;2）塔底氣傳質(zhì)推動力;3）全塔平均推動力。解：1)y1=0.045=4.5%二 y1y,0.0451-0.045= 0.047出塔氣相組成 丫2=丫1 (1- $ a) =0.047 x( 1-0.90 ) =0.0047進塔液相組成X2=0. m=1.5塔頂氣相推動力： 丫2=丫2-丫2*=丫2初=0.047-0=0.00472）出塔液相組成0.020.02041_x 1-0.02Xi塔底氣相推動力： Y=Yi-Yi*=Yi

15、-mX =0.047-1.5 X 0.0204=0.01643）全塔氣相平均推動力 Ym兀-y=0.0164_0.0047 =0.00936Y1, 0.0164In InY0.0047本題要求掌握吸收過程傳質(zhì)推動力的計算。6-4 .某傳質(zhì)過程的總壓為 300 =4% 則G=G (1-w) =800 (1-0.3 ) =560kg/hX!W11 -W!0.310.3= 0.429X2w21 w2_ 0.04 一1 _0.04= 0.04243W=G (X1-X2) =560X( 0.429-0.042 ) =216.7kg 水/h2）空氣消耗量L、單位空氣消耗量I由I-H圖中查得，空氣在 t=1

16、5C, =50%寸的濕度為 H=0.005kg水/kg絕干空氣。在12=45C, =80%時的濕度為 H2=0.052kg水/kg絕干空氣?？諝馔ㄟ^預熱器濕度不變，即H)=HoL WW216.74610kg 絕干空氣 /hH2 -H1 H2-H。0.052 -0.005山 1=1=213kg干空氣/kg水H2-H00.052 -0.0053）風量V用式（7-14 ）計算15C、101.325kPa下的濕空氣比容為二 0.773 1.244H。15 273273288 =0773 1.244 0.005273=0.822m/kg絕干空氣3用此風量選用鼓風機。V=Lvh=4610X 0.822=3

17、789.42m /h8-3 有一間歇操作干燥器，將某濕物料由含水量w=27加燥到施=5%（均為濕基），濕物料2的質(zhì)量為t =1h,試確定每批物料的干燥周期。已知該物料的臨界含水量Xc=0.20kg水/kg干物料,平衡含水量 X*=0.05kg水/kg200kg，干燥表面積為 0.025m/kg干物料，裝卸時間干物料。解:絕對干物料量G =G(1-w) =200 X( 1-0.27)=146kg2干燥總表面積S=146X 0.025=3.65m將物料中的水分換算成干基含水量最初含水量xW!1 則0.2710.27= 0.37 kg水/kg干物料W2最終含水量 X2 _ w2 _ .5 =0.05

18、3kg水/kg干物料1 -w21-0.05由于XaVXc,所以干燥過程應包括恒速和降速兩個階段，各段所需的干燥時間分別計算。a.恒速階段t 1由 Xi=0.37 至 Xc=0.20，由圖 7-15 中查得 U0=1.5kg/ (va h)UoSb.降速階段t 2由 Xc=0.20 至 X=0.053 , X*=0.05 代入式(7-42 )，求得U。1.52Kx J10 kg/(m h)Xc X 0.200.05146_山14InKxS X2 -X10 3.650.053 -0.05c.每批物料的干燥周期 tt = t 1+ t 2+ t =4.53+15.7+1=21.2h本題要求掌握的計算

19、。說明：求干燥時間，應根據(jù)干燥最終的含水率與臨界含水量比較,小于臨界含水率，則應分衡速階段和降速階段分別計算干燥時間。當干燥要求最終的含水率8-4 某干燥器的操作壓強為 79.98kPa，出口氣體的溫度為 60C，相對濕度70%將部分出 口氣體返回干燥器入口與新鮮空氣相結(jié)合，使進入干燥器的氣體溫度不超過90C，相對濕度為12%已知新鮮空氣的質(zhì)量流量為 0.5025kg/s，溫度為20C，濕度為0.005kg水/kg 干空氣，試求：1）新鮮空氣的預熱溫度及空氣的循環(huán)量；2）預熱器需提供的熱量為多少？若將流程改為先混合后預熱，所需熱量是否有變化?V? tov, uHitnH J.圖（a）圖（b）解

20、：1）在新鮮空氣中，干空氣的流量1 Ho0.50251 0.005=0.5kg干空氣/s水在t2=60C時的飽和蒸汽壓為 19.91kPa，出口氣體的濕度為 Ps0.7 如9.91,=宀LH2 = 0.622 = 0.6220.1313kg水 /kg 干空氣P - - ps79.98-0.7 19.91水在tm=90C時的飽和蒸汽壓為 70.09kPa，混合氣體的濕度為 P0 1270 09Hm =0.622 m Ps=0.622 丄.0.0731kg水/kg干空氣P - m ps79.98-0.12 70.09以混合點為控制體，對水分作物料衡算，可求出循環(huán)氣量為VH。V2H2 =（V VR）

21、HmVr =V(Hm -H)H2 Hm0.5 (0.0731 -0.005)0.1313-0.0731二 0.585kg干空氣 / s以混合點為控制體作熱量衡算，可求出新鮮空氣的預熱溫度VI1 VrI(V VR)ImV(1.01 1.88H1)t12500H1 VR(1.011.88H2)t22500H2=(V Vr)(1.01 1.88Hm)tm 2500 Hm將 V =0.5, H1 =0.005, VR =0.585, H2 =0.1313, t - 60, Hm =0.0731, tm = 90代入上式，求得空氣的預熱溫度為1 =133.3 C2)預熱器所需提供的熱量為Q 二Vch (

22、ti -to) =V(1.01 1.88Hi)(ti -to)= 0.5 (1.01 1.88 0.005) (133.3 20) = 57.7kw若流程改為先混合再預熱，所需熱量可以附圖(b)中的方框作控制體，作熱量衡算求出Q =(V Vr) y -VI0說明：雖然先混合后預熱或先預熱后混合所需熱量相同，但是，先預熱后混合，預熱器氣體出口溫度高，需要能位較高的熱源，一般說來，先混合后預熱更為經(jīng)濟合理。8-5 .某濕物料用熱空氣進行干燥，空氣的初始溫度為20C，初始濕含量為 0.006 kg水/kg干空氣，為保證干燥產(chǎn)品的質(zhì)量，空氣進入干燥器的溫度不得高于90C。若空氣的出口溫度選定為60C，

23、并假定為理想干燥過程，試求：1) 將空氣預熱至最高允許溫度即90 C進入干燥器，蒸發(fā)每千克水分所需要的空氣量及供熱量各為多少？熱效率為多少？2) 若將干燥器出口氣體的 2/3回流至入口與新鮮空氣混合，并同樣使氣體的入口溫度 為90C，蒸發(fā)每千克水分所需要的空氣量、供熱量及熱效率各有何變化？解：1)對于理想干燥過程，氣體狀態(tài)的變化是等焓的，即(1.01 1.88H1)t12500H(1.01 1.88H2)t22500H 2(1.01 1.88HJ1 2500出-1.01t22500 十 1.8&2= (1.01 1.88 0.006) 90 2500 0.006-1.01 60 2500 +