寧波關(guān)鍵工程學(xué)院化工原理計算題

1、第五單元精餾5-1.若苯一甲苯混和液在45C時沸騰，總壓為20.3kpa。已知在45C時，純苯日勺飽和蒸氣 壓p0苯=22.7kpa，純甲苯勺飽和蒸氣壓p。甲苯=L6kpa。求其氣液相勺平衡構(gòu)成及相對 揮發(fā)度。解（1）平衡時苯勺液相構(gòu)成X苯、氣相構(gòu)成y苯x = P p0 甲苯=河3 7.6 = 127 = 0 84 苯 p 0 苯一p。甲苯22 - 7.6 15.1-而 y = 苯 x =.7 x 0.84 = 0.94苯 p 苯 20.3生7 乂 3.07.6因苯-甲苯可當(dāng)作抱負溶液，故相對揮發(fā)度為:p 0a =苯p 0甲苯本題規(guī)定掌握泡、露點方程及其應(yīng)用。5-3.在一兩組分持續(xù)精餡塔中，進

2、入精餡段中某層理論板n勺氣相構(gòu)成*+1為0.75，從該 板流出勺液相構(gòu)成為0.65（均為摩爾分數(shù)），塔內(nèi)氣液比V/L=2,物系勺相對揮發(fā)度a為 2.5，求：1）回流比R； 2）流入該板勺液相構(gòu)成_3）從該板上升勺蒸氣構(gòu)成yn解：1）求RL R 1由廠誦=2 （1分）可解出:2R=R+1, R=1(2)求 xn 1_ RX ,八l 1%由精餡段操作線萬程y+i = R Xn + 蒿1，得0.75= 2 x 0.65+才解出%=0.85 (2分)因ynR xR +1 %n-i + R +1代入已知量得0.850.823 = x + n-12解出氣-1=0.7963）求yn可用氣液平衡方程由axn求

3、出y_ a - xVn = 1 +（a- 1）x1 +1.5 x 0.65n登 x 0.65 = 0.823本題規(guī)定純熟運用操作線方程和平衡方程解決精餾過程有關(guān)計算問題。5-4 .在泡點進料下，某兩組分持續(xù)精餡塔日勺操作線方程為:精餡段：V = 0.723x + 0.263提餡段：V = 1.25x - 0.0187求：1）回流比；2）餡出液；3）釜殘液勺構(gòu)成；4）原料液勺構(gòu)成。解：1）求回流比R由精餡段操作線方程V = 0.723x + 0.263可知:= 0.723 R +1.R=2.612）餡出液構(gòu)成= 0.263 R +1Xd = 0.95由于xw提餡段操作線與對角線交點勺橫坐標(biāo)，故聯(lián)

4、立兩線方程:V = 1.25 x - 0.0187得：xw =0.075 4）求原料液構(gòu)成xf 當(dāng)泡點進料q=1,此時兩操作線交點勺橫坐標(biāo)即xFV = 0.723xF + 0.263y = 1.25七 + 0.0187得：0.263 + 0.0187x = 0.535f 1.25 - 0.7235-5.在持續(xù)精餾塔中分離兩組分抱負溶液。已知原料液構(gòu)成為0.6（摩爾分數(shù)，下同），餾出液構(gòu)成為0.9，釜殘液構(gòu)成為0.02。泡點進料。求：1）求每獲得1 kmol/h餾出液時日勺原料液用量F；2）若回流比為1.5，它相稱于最小回流比勺多少倍？3）假設(shè)原料液加到加料板上后，該板勺液相構(gòu)成仍為0.6，則上

5、升到加料板上勺氣相構(gòu)成。（已知物系勺平均相對揮發(fā)度為3）解：1）求當(dāng)D =1kmol/h時F為多少由全塔物料衡算：F = D + W = 1 + WF - Xf = D - X。+ W - x代入已知量可解得：W=0.52kmol/h，F(xiàn)=1.52kmol/h。2）求 R/Rmin，已知a = 3泡點進料q=1，則Xq=XF=0.6由氣液平衡方程：y =一工= 3 x0.6 = 0.818q 1 + 奴-1JX1 + 2 x 0.6求Rmin，求R/R， minR =，=爵頃818 =0.376 min y - x 0.818 - 0.6R/廣摭=3.99偈3）求上升到加料板上勺氣相構(gòu)成 因加

6、料板是提餾段第一層板，故所求量為y2 L = R x D = 1.5 x 1 = 1.5 kmol/h 泡點進料 q=1，已知 F=1.52kmol/h，W=0.52kmol/h，xw=0.02，xf=0.6L + qF 提餾段操作線萬程為：y = -x m+1 L + qF W m, t 1.5 +1.52 t 0.52 x 0.02代入已知量：y = x ，m+11.5 +1.52 0.52 m 1.5 +1.52 0.52y 1 = 1.208x 0.00416 y2= 1.208氣0.00416 = 1.208 x 0.6 - 0.00416 = 0.7215-6.在常壓持續(xù)提餾塔中，

7、分離兩組分抱負溶液，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，釜殘液構(gòu)成為0.01 （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勺液相構(gòu)成。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 稱一層理論板。1）操作線方程此為提餾段操作線方程，即y，= L / Wxm+1Vf m Vf 其中L =L+qF=0+0.8X 100=80kmol/hV=D=60kmol/hV/ =V+ (q1) F=60+ (0.8 1 )X100=40kmol/hW=FD=10060

8、=40kmol/hy = 80 x 40 x 0.01 = 2 x 0.01 m+140 m 402)塔內(nèi)最下一層理論板下降日勺液相構(gòu)成x因再沸器相稱一層理論板，故當(dāng) =2rPi = 0.01981 + a - 1）x1 + 0.01因x和y呈提餾段操作線關(guān)系，即yw = 2x： - 0.01 = 0.0198解得x/ =0.0149闡明：提餾塔又稱回收塔。當(dāng)精餾目日勺是為了回收稀溶液中易揮發(fā)組分時，且對餾出液日勺濃 度規(guī)定不高，不用精餾段已可達到規(guī)定，不需回流。從稀氨水中回收氨即是回收塔勺一種例 子。5-7.在常壓持續(xù)精餾塔中分離兩組分抱負溶液。該物系勺平均相對揮發(fā)度為 2.5。為 40%,

9、原料液構(gòu)成為0.35 （易揮發(fā)組分摩爾分率，下同），飽和蒸氣加料。塔頂采出率以F且已知精餾段操作線方程為y=0.75x+0.20，試求:1)提餾段操作線方程:2)若塔頂?shù)谝话逑陆瞪滓合鄻?gòu)成為0.7,求該板日勺氣相默夫里效率E頑。解：先由精餾段操作線方程求得R和xD，再任意假設(shè)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。%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乙=075解得R=3.0= 0.20R + 1解得Xd=.8設(shè)原料液流量F=100kmol/hD=0.4X 100=40kmol/hW=60kmol/h尤-氣Dx _ 100

10、x 0.35 - 40 x 0.8 _ 0 05七 _ F - DD _100 - 40_ .因q=0,故L =L=RD=3 X 40=120kmol/hV =V(1q) F= (R+1) D(1q) F=4X 40 100=60kmol/h提餾段操作線方程為120 x-60 x0.05 _ 2x-0.0560602）板效率Emv1由默夫里板效率定義知:E _ 4mv1y* 一 y其中y1=XD=0-8y=0.75X0.7+0.2=0.7252y*ax1 +(a - 1)xmv 12.5 X 0.7 _ 0.8541 +1.5 x 0.7 10.80 一 .72 - 0.58 _ 58%0.8

11、54 - 0.725第六單元6-1.總壓為101.325kPa、溫度為20。時，1000kg水中溶解15kg NH3，此時溶液上方氣相 中NH勺平衡分壓為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：一方面將此氣液相構(gòu)成換算為y與x。15/17NH3勺摩爾質(zhì)量為17kg/kmol，溶液勺量為15kg NH3與1000kg水之和。故x _-a = E _ _ 0.0156n七 + nB15/17 +1000/18p*2.266y* _ -a _ 0.0224P 101.325y * 0.0224 m _ _ 1.436x 0.0156E=P - m=101.325X1.

12、436=145.5kPap *2.266或E _ a _ 145.3 kPax 0.0156溶劑水勺密度P s=1000kg/m3，摩爾質(zhì)量Ms=18kg/kmolH 穹- = 1000 = 0.382kmol/ (m3 kPa) EM 145.3 x 18S或:因此n m / M15/17 n Q“ki/m3c = -a = a = ?= 0.869 Kmoi/m3a Vm + m )/ p(15 +1000力1000H = & = 0.869 = 0.383kmol/ (m3 kPa)p 2.266本題規(guī)定掌握亨利定律及亨利系數(shù)(E、H、m)之間勺互有關(guān)系。6-2.已知常壓、25C下某體系

13、日勺平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)E為Q.1IX1Q4溶質(zhì)A勺分壓為0.54大氣壓勺混合氣體分別與三種溶液接觸：溶質(zhì) A 宜況勺水溶液；溶質(zhì)A濃度為宜服況勺水溶液；溶質(zhì)A 宜幽叫*勺水溶液。試求1)上述三種狀況下溶質(zhì)A在二相間勺轉(zhuǎn)移方向。2) 壓力提高至3atm,再計算勺傳質(zhì)方向。大氣壓，濃度為濃度為若吸取解：1) E=0.15X104atm, p=0.054atm, P=1atm, y=p/P=0.054Em = 一 = 015 x 104P0.02x = 3.6 x 10 -5i X 0/18y* = mx = 0.054Ay = y - y* = 0.平衡0.001x = 18 X 10

14、 -521 X 10318y* = mx = 0.027Ay = y - y* A 0.氣相轉(zhuǎn)移至液相x =.= 5.4 x 10 -531 X 10318y* = mx = 0.081Ay = y - y* Y 0.液相轉(zhuǎn)移至氣相2) P=3atm y=0.054E=0.15X 104atm.m=E/P=0.05X104x4=x3=5.4X10-5y： = mx4 = 0.027 Ay = y - y： 0二氣相轉(zhuǎn)移至液相闡明：運用吸取相平衡關(guān)系可判斷傳質(zhì)過程進行日勺方向；計算傳質(zhì)過程日勺推動力和吸 取過程可達到日勺極限。低溫高壓有助于吸取。6-3.在常壓逆流吸取塔中，用純吸取劑吸取混合氣中

15、日勺溶質(zhì)組分.進塔氣體中溶質(zhì)組分為 4.5%（體積），吸取率為90% ;出塔液相構(gòu)成為0.02（摩爾分數(shù)），操作條件下平衡關(guān)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) yi=0.045=4.5%Y =- = 0,045 = 0.047i 1-y 1 - 0.045出塔氣相構(gòu)成 Y2=Y1(1-七)=0.047X(1-0.90) =0.0047進塔液相構(gòu)成X2=0. m=1.5塔頂氣相推動力：A Y2=Y2-Y2*=Y2-mX0.047-0=0.00472)出塔液相構(gòu)成：X 二=以匚=0.0204 i 1 - x 1 - 0.02I塔底氣

16、相推動力：AY1=Y1-Y1*=Y1-mX1=0.047-1.5X0.0204=0.01643）全塔氣相平均推動力AYAY =AY -AY = .0164 頊0047 = 0.009361I 0.0164ln0.0047m：AY ln -；AY2本題規(guī)定掌握吸取過程傳質(zhì)推動力勺計算。6-4.某傳質(zhì)過程日勺總壓為300必，吸取過程傳質(zhì)系數(shù)分別為知二項氐修切22頃M妒擊），氣液相平衡關(guān)系符合亨利定律，亨利系數(shù)e為10EE0晚,試求：1）吸取過程傳質(zhì)總系數(shù)式和；2）液相中日勺傳質(zhì)阻力為氣相日勺多少倍。解：1)E = 10.67X 103kPa, P = 300kPa,.Ky = 0.3919.K =

17、 13.94x11111=+ + -1.73K mk k 3557 x 107 22mk2亍ky本題目規(guī)定掌握吸取傳質(zhì)系數(shù)的計算及互相關(guān)系。6-5.在常壓逆流操作日勺填料吸取，用清水吸取空氣-氨混合氣體中日勺氨.混合氣日勺質(zhì)量流速為 580Kg/（m2 h）.溶質(zhì)構(gòu)成為6%（體積），吸取率為99%,水日勺質(zhì)量流速為770Kg/（m2h）.操作條件下平衡關(guān)系為Y*=0.9X .若填料層高度為4m。求:1）氣相總傳質(zhì)單元數(shù)N ；OG2）氣相總傳質(zhì)單元高度H0Go解：1）清水吸取x0Y1 - - 0.06 0.06381 - y1 1 - 0.06Y2=Y1(1-巾A)=0.0638X(1-0.99

18、)=0.000638混合氣日勺平均摩爾質(zhì)量：Mm=MAyA+MByB=29X (1-0.06)+17X0.06=28.28Kg/KmolV惰氣日勺摩爾流速6二二 28L x(1 0.06)- 19.28Kmol/(m2h )28.28清水日勺摩爾流速為：=77 42.78Kmol/ (mh )O MH2OVE = .9 xg = 0.4056L 42.78Ng = TLn(1-s)f YhmX2 Y2 - mX2 )+ 0.4056 = 6.88(1-0.4056)f 638-0 0.000638 )Z 4H = 0.58 moG N6.88本題是吸取過程的基本計算，規(guī)定能純熟掌握傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的計算。6-6.在一逆流操作日勺填料塔中，用循環(huán)溶劑吸取氣體混合物中溶質(zhì)。氣體入塔構(gòu)成為0.025 （摩爾比，下同），液氣比為1.6,操作條件下氣液平衡關(guān)系為Y=1.2X。若循環(huán)溶劑構(gòu)成為 0.001,則出塔氣體構(gòu)成為0.0025，現(xiàn)因脫吸不良，循環(huán)溶劑構(gòu)成變?yōu)?.01，試求此時出塔 氣體構(gòu)成。解：兩種工況下，僅吸取劑初始構(gòu)成不同，但因填料層高度一定，hog不變，故nog也相 似。由原工況下求得nog后，即可求算出新工況下出塔氣體構(gòu)成。原工況（即脫吸塔正常操作）下：吸取液出口構(gòu)成由物料衡算求得：