化工原理下冊(cè)部分題

1、化工原理下冊(cè)部分題（總11頁(yè)）-本頁(yè)僅作為文檔封面，使用時(shí)請(qǐng)直接刪除即可-內(nèi)頁(yè)可以根據(jù)需求調(diào)整合適字體及大小-丄.某雙組分理想物系當(dāng)溫度t=80C°時(shí)，PA°=, PB°=40kPa,液相摩爾組成xa=,試求：(1)與此液相組成相平衡的汽相組成y ;相對(duì)揮發(fā)度a。解：(1) &二(P 總-P)/(Pa°-Pb°);=(P,e-40)/ (-40) P &=；yA=xA PA°/ P 總二 x / =(2) a=PA°/PB°=/40=5. 某精館塔在常壓下分離苯-甲苯混合液，此時(shí)該塔的精館段和提館段

2、操作線 方程分別為y二+和/=',每小時(shí)送入塔內(nèi)75kmol的混合液，進(jìn)料為泡點(diǎn)下的 飽和液體，試求精餡段和提館段上升的蒸汽量為多少(kmol/h) o解:已知兩操作線方程：y=+(精館段)y'二'(提館段) R/(R+1)=R= x / (R+l)= x D=x =兩操作線交點(diǎn)時(shí)，y=y' x二x'+= xF =飽和液體進(jìn)料q=l, x F= x =提館段操作線經(jīng)過(guò)點(diǎn)(Xw, Xw)yf=x w = - x w=由全塔物料衡算 F=D+W Fxf= Dxd+WxwD =(x fx w)/(x d 一 x w)F飽和液體進(jìn)料V=V=L+D=(R+l)D=

3、x=h6. 已知某精館塔進(jìn)料組成XF二，塔頂館出液組成XD二，平衡關(guān)系y二x+,試求 下列二種情況下的最小回流比R“。(1)飽和蒸汽加料； 飽和液體加料。解:R min =(X D-y q)/(y q - X q) (1)；yq=xq+ ；yq= qXc/Cq-lJ-Xf/Cq-l) (3)(1)q=0,由 yq=x«=,由(2) Xq =,R min 二由(3) Xq =Xf =,由 yq = X + =,Rmi=用常壓精餡塔分離雙組分理想混合物，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量100kmol/h, 加料組成為50%,塔頂產(chǎn)品組成xD=95%,產(chǎn)量D=50kmol/h,回流比R=2Rrain,設(shè)全

4、塔均為理論板，以上組成均為摩爾分率。相對(duì)揮發(fā)度0(二3。求: (最小回流比)2精館段和提館段上升蒸汽量。3.列出該情況下的精憎段操作線 方程。解：L. y=cxx/l+(a- l)x=3x/(l+2x)泡點(diǎn)進(jìn)料 q=：L,xq=xF=, yq=3x(l+2x=2=R min/ (Rmi+1) =Rmin = 4/5 =2. V=V=(R+l)D=(2x+l)x50=130kmol/h3. y=R/(R+l)x + xo/(R+l)= +12.某精館塔用于分離苯-甲苯混合液，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量30kmol/h,進(jìn)料中 苯的摩爾分率為，塔頂、底產(chǎn)品中苯的摩爾分率分別為和，采用回流比為最小 回流比的倍

5、，操作條件下可取系統(tǒng)的平均相對(duì)揮發(fā)度cxr (1)求塔頂、底的產(chǎn)品量；（2）若塔頂設(shè)全凝器，各塔板可視為理論板，求離開(kāi)第二塊板的蒸汽和液體組成。解：(1) F=D+W , Fxf=Dxd + Wxw30=D+W , 30x = Dx+WxD=/h W=/h(2) xq=xF=,yq=<xxq/l+ (al)xq =x 1+ l)x=R min =(Xd 一 yq) / (yq 一 Xq)= / =,R 二 X R min 二 X 二精館段的操作線方程為:y = R/(R+l)x +xD/ (R+l)= +l)x+ /+!) = +yi=xo=fxi=yi / a yi（a -1）= /

6、x1）=y2=+ =,X2= / x=18.用板式精館塔在常壓下分離苯-甲苯涪液，塔頂采用全凝器，塔釜用間接蒸汽加熱，平均相對(duì)揮發(fā)度為。進(jìn)料為150kmol/h,組成為（摩爾分率）的飽和蒸汽，回流比為4,塔頂館出液中苯的回收率為，塔釜采出液中甲苯的回收率為，求：（1）塔頂館出液及塔釜采出液的組成；（2）精館段及提館段操作線方程；（3）回流比與最小回流比的比值。(4)全回流操作時(shí)，塔頂?shù)谝粔K板的氣相莫弗里板效率為，全凝器凝液組成 為，求由塔頂?shù)诙K板上升的汽相組成。解:(1) D Xd= F xf , W (l-xw) = F (1-xf) x ,D+W = F = 150D x d + W x

7、 w= F x f =150x = 60W= kmol/h D= kmol/h x D=%X w= %(2) 精館段操作線方程y (n41) = X n-R / (R + l)+X d/ (R+l) = n +提館段操作線方程為y(®)' = L' x ；/V- W x J Vq=0, V* = (R+1)D-F, L* = DR,如)'=x J-R D / (R+1)D - F - W x w/(R+1)D - F'一n(3) 丁 q=0, y« = x f = , y = ax /l+al)xX o =R min=(X D-yJ /(y。

8、一 x J = 一/一 =R / R r»in= 4/ =(4) E mvi= (yi 一 y2) / (yi* 一 y：)二yi*=axxi/ l+a- l)xj 全回流時(shí) ya = Xi, yi = x d = ya*=-y2/(l+ Eg二"Y2)/(!+"y2=y2=% (mol%)y2- =78x / 78x+92x（l - = % （質(zhì)量%）改編:用板式精餡塔在常壓下分離苯-甲苯港液，塔頂采用全凝器，塔釜用間接蒸汽 加熱，平均相對(duì)揮發(fā)度為。進(jìn)料為150kmol/h,組成為(摩爾分率)的飽和 蒸汽，已知塔頂館出液的流量為kmol/h,塔頂憾出液中苯的回收

9、率為，回流比 為最小回流比的倍，求：(1)塔頂館出液及塔釜采出液的組成；(2)塔釜 采出液中甲苯的回收率(3)回流比(4)精館段及提館段操作線方程；解:(1) D Xo = F x f , D+W = F = 150D x d + W x w= F x f =150x = 60W= kmol/h x =% x w= %(2) W(1-xw)/F(1-xf)=,丁 q=0, yo = x f = , y = ax /l+al)x x° =R 品=(x d-y。)/ (y。一x J = -/-=R / R «in= R=4(4)精I(xiàn)S段操作線方程 y(n.i)= x n-R /

10、 (R+l)+x / (R+l) = +提館段操作線方程為y(爲(wèi)=L* x ；/V*- W x J V*q=0, V = (R+1)D-F, L* = DR,y(n+”'= x / R D / (R+1)D - F - W x w/(R+1)D - F=-24.常壓連續(xù)精館塔分離二元理想溶液，塔頂上升蒸汽組rQ 分；住左衣成y產(chǎn)(易揮發(fā)組分摩爾分率)，在分凝器內(nèi)冷凝蒸汽總yi(丄L量的1/2 (摩爾)作為回流，余下的蒸汽在全凝器內(nèi)全部,.七XiX。 冷凝作塔頂產(chǎn)品，操作條件下，系統(tǒng)平均相對(duì)揮發(fā)度cx=,求:(1)塔頂產(chǎn)品及回流液的組成；由塔頂?shù)诙永碚摪迳仙恼羝M成。解:yi=, V

11、=lkmol/h, L=l/2 kmol/h,D=l/2kmol/h, R=l, a=,(1 )y0=a x xo/l+(a - l)xo=(1 + (1)lxy1=yo/2+Xo/2(2)y0=2x 代入 2x=(i+,Xo=,XD=y0=x(l + x = xi=yi/a-(a-l)yj=y2=RxiX/(R+l)+xD/(R+l) =2+2=20. 原料以飽和液體狀態(tài)由塔頂加入，F(xiàn)二:Lkmol/s,冷二(摩爾分率，下同)，塔 釜間接蒸汽加熱，塔頂無(wú)回流，要求X。二，xw=,相對(duì)揮發(fā)度a二，試求：(1)操 作線方程； 設(shè)計(jì)時(shí)若理論板數(shù)可增至無(wú)窮，F(xiàn)、冷和D不變，X。的最大值是 多少解:(

12、1)F=D+W , 1=D+W , F Xf 二Dxd+Wx、v =Dx+Wx ,D=V'二，W=, L5=F=1,y'= (L7V *)xW xw/V=(l/x- xyf = 設(shè)頂部平衡 xD=y=c(xF/(l + (a - l)xF)=x(l+x =Dxd=> F Xf不可能。設(shè)底部平衡xw=0 Xd= F XP/D=21. 進(jìn)料組成xp(摩爾組成，下同)，以飽和蒸汽狀態(tài)自精館塔底部加入，塔底不再設(shè)再沸器，要求XD二，Xw=,相對(duì)揮發(fā)度C(二，試求：操作線方程;設(shè) 計(jì)時(shí)若理論板數(shù)可增至無(wú)窮，且D/F不變，則塔底產(chǎn)品濃度的最低值為多少 解:(1)F=D+W ,設(shè) F=

13、l, 1=D+W , F Xf 二Dxd+Wxw =Dx+Wx ,. D=, W=, V=F=1, L=W=y = L /Vx + Dxo/V = + 設(shè)底部平衡 x、v二Xf/(x - (a - l)xF)=Xd= (F Xf-WXw )/D=不可能設(shè)頂部平衡XD=1 , Xw= (F Xf 一 D X D )/W =22. 某精館塔分離A組分和水的混合物(其中A為易揮發(fā)組分)，Xo= , xw=, XF=(均為摩爾分率)，原料在泡點(diǎn)下進(jìn)入塔的中部。塔頂采用全凝器，泡點(diǎn)回 流，回流比R二，塔底用飽和水蒸汽直接加熱，每層塔板氣相默夫里板效率E mv=,在本題計(jì)算范圍內(nèi)，相平衡關(guān)系為y二X+。試

14、求:(1)從塔頂?shù)牡谝粔K實(shí)際板下降的液體濃度；塔頂?shù)牟沙雎蔇/Fo解：(1 ) vq= 1 ,飽和水蒸汽用量V=V= (R + l) D=,全凝器：y 1二x d二Emv= ( y i- y 2) / ( y a*- y 2) = ( - y 2) / ( x i+ - y 2)二即：y 2= 一 x i ( 1)由精館段操作線方程：(R+l) y2 =Rx2 + xDy 2 x i + (2)聯(lián)解(4)、(2)式，得：xa= y2 =(2) F + V 1 =D + W, V ' =, a F + =D + W即：F + =W （3）FXf二Dxd + Wxw（4）式（3）代入式（4

15、）,消去W:D/F=（XF-Xw） / （Xd+ ） = （ - ）/（ + X）=2.當(dāng)系統(tǒng)服從亨利定律時(shí)，對(duì)同一溫度和液相濃度，如果總壓增大一倍，貝I與 之平衡的氣相濃度（或分壓）（A）y増大一倍；（B）P增大一倍；（C）y減小一倍；（D） P減小一倍。解：體系服從亨利定律，則：y*=E/P-x ,現(xiàn)已知P增大一倍，即P'=2P, x、E不變,則y”'=y72,分壓P"P"宀Pa, 平衡氣相濃度y減小一倍，分壓 不變,故選擇（C）。2.在總壓P=500 KN/m溫度t=27C°下使含C02% （體積%）的氣體與含CO? 370g/n?的水相接觸

16、，試判斷是發(fā)生吸收還是解吸并計(jì)算以CO?的分壓差表示 的傳質(zhì)總推動(dòng)力。已知：在操作條件下，亨利系數(shù)E=xlO5 KN/m20水溶液的 密度可取1000kg/m3, CO2的分子量為440解:氣相主體中CO?的分壓為P=500x=15 KN/m2 ;與溶液成平衡的CO2分壓 為：P*=Ex ;對(duì)于稀港液：C=1000/18= kmol/m3, CO2 的摩爾數(shù) n=370/（1000x44）= ; xn/c=xlO-4 ; p*=xl05xxl0 4=m2 ;P*>P ;于是發(fā)生脫吸作用。以分壓差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力為ZP=P*-P = KN/m23.總壓 lOOkPa, 30C。時(shí)用水吸收氨

17、，已知 kG=xl0 6kmol/ (m2 s kPa) , kL=x lOm/s,且知x二時(shí)與之平衡的p*= kPa0求：ky、匕、Kyo (液相總濃度C按 純水計(jì))解:ky= Pkc =100xxio ° = xl0'4kmol/m2 s ,kx=CkL=xxlO= xlO'2 kmol/m2 s,m=E/P, E=p*/x, m=p*/Px=(100x =l/Ky=l/ky+m/kx=l/xlO-4)+m/xlO'2) =2604+=Ky=xlO4 kmol/m2 s(Zy);5.在20C。和760mmHg,用清水逆流吸收空氣混合氣中的氨。混合氣中氨的

18、分壓為lOmmHg,經(jīng)吸收后氨的分壓下降到mmHg。混合氣體的處理量為 1020kg/h,其平均分子量為，操作條件下的平衡關(guān)系為y二。若吸收劑用量是最小用量的5倍，求吸收劑的用量和氣相總傳質(zhì)單元數(shù)。解:®yi=pi/P=10/760= y2=p2/P=760=xl0'5L/G =5(L/G)min=5(yi-y2)/(ya/m)=5G=1020/=h L=133kmol/h S=m/(L/G) = = Nog=1/(1 - S)ln(l - S)Y1/Y2+S=O7.用填料塔從混合氣體中吸收所含的苯?；旌蠚怏w中含苯5% (體積%),其余 為空氣，要求苯的回收率為90% (以摩

19、爾比表示)，25C。，常壓操作，入塔混合 氣體為每小時(shí)940標(biāo)準(zhǔn)m3,入塔吸收劑為純煤油，煤油的用量為最小用量的 倍，已知該系統(tǒng)的平衡關(guān)系Y二(摩爾比)，已知?dú)庀囿w積傳質(zhì)系數(shù)K Ya=kmol/,純煤油的平均分子量Ms =170,塔徑m。試求：(1 )吸收劑的耗用量為多少Kg/h (2)涪液出塔濃度X為多少(3)填料層高度Z為多少m解:n=90%, yl=, Yl=yl/(l-yl)= ; Y2=Yl(l-n)= ； G=940/=h ; Ge =G(1 yl)= kmol/h ;(Ls/GB)min=(Yl-Y2)/(Yl/m)=;Ls= = xx=h = xl70Kg/h=1281Kg/h

20、 ;X1=(Y1-Y2)/ (Ls/Gjmin)=;xl=Xl/(l+Xl)= ; HoG=GB/(KYaQ)=3600)/xx= ； NOG=(Yl-Y2)/AYm ; AY1=Y1-Y1*= ; AYm=Nog= ； Z 二 HogX Ng 二x二 m8.在常壓逆流操作的填料塔內(nèi)，用純涪劑S吸收混合氣體中的可涪組分A。入 塔氣體中A的摩爾分率yi = ,要求其收率5=95%。操作條件下mV/L= (m 可取作常數(shù))，平衡關(guān)系為Y = mX,與入塔氣體成平衡的液相濃度X,二。試 計(jì)算：(1)操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù)；(2)吸收液的濃度X】；(3)完成上 述分離任務(wù)所需的氣相總傳質(zhì)單元數(shù)N

21、 030解： Yi= 3/97 = , X2= 0, Y2 =Yi (1-(Pa) =x(1- =由最小港劑用量公式(L / G) min = (Yi-Y2) / (Yi/m-Xs) = m- - / =已知 mG/L =貝 IJ L / G = (1 / ) m =(L/G)/(L/G)min = m = Yi/Xix =(2)由物料衡算式得：Xa= (Y2-Y1)/(L/G) = X =(3) Nog =1/CLmG/L)x|n(l-mG/L)(Yi-mXa)/-mXaJ+mG/L=1/ x|n Yl/+=10. 用清水吸收氨-空氣混合氣中的氨?；旌蠚膺M(jìn)塔時(shí)氨的濃度y訐(摩爾比)， 吸收率

22、90%,氣-液平衡關(guān)系y二。試求:(1);§液最大出口濃度；(2)最小液氣 比；(3)取吸收劑用量為最小吸收劑用量的2倍時(shí)，傳質(zhì)單元數(shù)為多少(4)傳質(zhì) 單元高度為時(shí)，填料層高為幾米解：已知 y】二，n=90% ,y2=yi(l-r|)=(l- = , X2=0,Xi*=yi/= = ,(L/V)min=(yi- y2)/(xa* 一 &)=,L/V=2(L/V)min=2x= , xi=(yi - y2)/(L/V)+x2= - /=,y2*=0, yi*=x = ,Ay =(0) / In /=Noc=(yl _ y2)/Ayra =-/ = , Z =x= m011. 在

23、填料層高為8m的填料塔中，用純?nèi)軇┠媪魑湛諝庖籪S混合氣中的 fS以凈化空氣。已知入塔氣中含fS% (體積%),要求回收率為95%,塔在 latm、15C°T操作，此時(shí)平衡關(guān)系為y=2x,出塔溶液中含H2S為(摩爾分 率)，混合氣體通過(guò)塔截面的摩爾流率為lOOkmol/ (m2 h)。試求:單位 塔截面上吸收劑用量和出塔溶液的飽和度；氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；氣相體積 總傳質(zhì)系數(shù)。注:計(jì)算中可用摩爾分率代替摩爾比。解 y】二，y2=yi(l-n)=(l_ =,L=(yi_y2)/xiXG= -/xl00=211 kmol/m2hXimax=Xi*=yi/m=2= , Xi/xi*=90%A

24、yi=yi - mxi= - 2 x = , Zy2=y2=,Ay= /l n (二NoG=(yi-y2)/Aym=®Z=G/KyaxNoG K=G/ZxNog=100/8x=165 kmol/m3h<>丄3.有一填料層高度為3m的逆流操作的吸收塔，操作壓強(qiáng)為latm,溫度為 23C°,用清水吸收空氣中的氨氣，混合氣體流率為18kmol/ ,其中含氨6%(體積%),吸收率為99%,清水的流率為43kmol/,平衡關(guān)系為y=,氣相體積 總傳質(zhì)系數(shù)K®與氣相質(zhì)量流率的次方成正比，而受液體質(zhì)量流率的影響甚小。 試估算在塔徑、回收率及其他操作條件不變，而氣體流

25、率增加一倍時(shí)，所需填 料層高度有何變化解:L/G =43/18= , S=m/(L/G)= , yl=,y2=yi(l-n)=(l-= , N og =1/(1 - S)ln(l - S)Yi/Y2+S=HoG=h/Noc=3/=當(dāng) GT-倍，G'=2G=36kmol/n?h S*=2S=Nog1=1/(1-S!)lnCL-SWY2+S片，Hdg/GpHg二ZJ = x=m 填料層高度應(yīng)增加米。丄4.有一填料層為3m的逆流吸收塔，操作壓強(qiáng)為latm,溫度為20C°,用清水吸收空氣中的氨，混合氣體流率為36kmol/m2 h,其中含氨6%(體積%),吸收率為99%,清水流率為8

26、6kmol/m2 h,平衡關(guān)系為y二，氣相 總傳質(zhì)系數(shù)K®與氣相質(zhì)量流率的次方成正比，而受液相質(zhì)量流率的影響甚小。試估算在塔徑、回收率及其他操作條件不變，液體流率增加一倍時(shí)，所需填料層高度有何變化解：L/G = 86/36 二，S = m/(L/G)=,yi=, y2 = yi(l-r|) =x(l- =Nog =1/(1 - S) ln(l - S ) (yi- y2*)/ (y2 - y2*) + S =Hog = h / Nog = 3 / =當(dāng) LT一倍,L，=2L, s*= m / (L/G) = s / 2 =Nog5 = = 1 / (1 - S') In (1 - S5) (yi y2*)/ (y2 - y2*) + S5 =由于氣相總傳質(zhì)系數(shù)受L的影響很小,G不變，所以HogQHogZ NogUHog x = m 即所需填料層高