化工原理下冊部分題

化工原理下冊部分題化工原理下冊部分題化工原理下冊部分題xxx公司化工原理下冊部分題文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度1.某雙組分理想物系當溫度t=80℃時，PA°=，PB°=40kPa，液相摩爾組成xA=，試求：⑴與此液相組成相平衡的汽相組成y；⑵相對揮發(fā)度α解：（1）xA=(P總－PB°)／(PA°－PB°)；=(P總－40)／（－40）∴P總=；yA=xA·PA°／P總=×／=（２）α=PA°／PB°=／40=5.某精餾塔在常壓下分離苯－甲苯混合液，此時該塔的精餾段和提餾段操作線方程分別為y=+和y'='，每小時送入塔內(nèi)75kmol的混合液，進料為泡點下的飽和液體，試求精餾段和提餾段上升的蒸汽量為多少（kmol/h）。解:已知兩操作線方程:y=+(精餾段)y′=′(提餾段)∴R/(R+1)=R=xD/(R+1)=xD=×=兩操作線交點時,y=y′x=x′∴+=xF=飽和液體進料q=1,xF=x=提餾段操作線經(jīng)過點(xW，xW)∴y′=xw=－xW=由全塔物料衡算F=D+WFxF=DxD+WxWD=(xF—xW)/(xD－xW)F=∵飽和液體進料V′=V=L+D=(R+1)D=×=h6.已知某精餾塔進料組成xF=，塔頂餾出液組成xD=，平衡關(guān)系ｙ＝ｘ＋，試求下列二種情況下的最小回流比Rmin。⑴飽和蒸汽加料；⑵飽和液體加料。解：Rmin=(xD－yq)/(yq－xq)(1)；yq=xq+(2)；yq=qxq/(q－1)－xf/(q－1)(3)⑴q=0,由(3)yq=xf=，由(2)xq=，Rmin=由(3)xq=xf=，由(2)yq=×+=，Rmin=用常壓精餾塔分離雙組分理想混合物，泡點進料，進料量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=2Rmin，設(shè)全塔均為理論板，以上組成均為摩爾分率。相對揮發(fā)度α=3。求：(最小回流比)2.精餾段和提餾段上升蒸汽量。3.列出該情況下的精餾段操作線方程。解：1.y=αx/[1+(α－1)x]=3x/(1+2x)泡點進料q=1,xq=xF=,yq=3×(1+2×=2=Rmin/(Rmin+1)=Rmin=4/5=2.V=V′=(R+1)D=(2×+1)×50=130kmol/h3.y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=+12.某精餾塔用于分離苯－甲苯混合液，泡點進料，進料量30kmol/h，進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，操作條件下可取系統(tǒng)的平均相對揮發(fā)度α=。(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，求離開第二塊板的蒸汽和液體組成。解：（1）F=D+W，F(xiàn)xF=DxD＋WxW30=D+W，30×=D×+W×∴D=/hW=/h（2）xq=xF=，yq=αxq／[1+(α—1)xq]=×[1+—1)×]=Rmin=(xD－yq)／(yq－xq)=—/—=，R=×Rmin=×=精餾段的操作線方程為：y=[R/(R+1)]x+xD／（R+1)=[+1)]x＋/+1)=+y1=xD=，x1=y1／[α－y1(α－1)]=/[—×—1)]=y2=+=，x2=/[—×]=18.用板式精餾塔在常壓下分離苯－甲苯溶液，塔頂采用全凝器，塔釜用間接蒸汽加熱，平均相對揮發(fā)度為。進料為150kmol／h，組成為（摩爾分率）的飽和蒸汽，回流比為4，塔頂餾出液中苯的回收率為，塔釜采出液中甲苯的回收率為，求：（1）塔頂餾出液及塔釜采出液的組成；（2）精餾段及提餾段操作線方程；（3）回流比與最小回流比的比值。（4）全回流操作時，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·(1－xW)=F·(1－xF)×，D+W=F=150D·xD+W·xW=F·xF=150×=60W=kmol/hD=kmol/hxD=%xW=%(2)精餾段操作線方程y(n+1)=xn·R/(R+1)+xD/(R+1)=n+提餾段操作線方程為y(n+1)'=L'·xn'/V'－W·xw/V'q=0，V'=(R+1)D－F，L'=DR，y(n+1)'=xn'·R·D/[(R+1)D－F]－W·xw/[(R+1)D－F]=n'－(3)∵q=0，ye=xF=，y=α·x/[1+[α－1)x]∴xe=Rmin=(xD－ye)/(ye－xe)=－/－=R/Rmin=4/=（4）Emv1=(y1－y2)/(y1*－y2)=y1*=α×x1/[1+[α－1)x1]全回流時y2=x1，y1=xD=∴y1*=·y2/(1+∴Emv1=－y2)/[/(1+－y2]=y2=%(mol%)y2'=78×/[78×+92×(1－]=%(質(zhì)量%)改編：用板式精餾塔在常壓下分離苯－甲苯溶液，塔頂采用全凝器，塔釜用間接蒸汽加熱，平均相對揮發(fā)度為。進料為150kmol／h，組成為（摩爾分率）的飽和蒸汽，已知塔頂餾出液的流量為kmol/h，塔頂餾出液中苯的回收率為，回流比為最小回流比的倍，，求：（1）塔頂餾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）精餾段及提餾段操作線方程；解：(1)D·XD=·F·xF，D+W=F=150D·xD+W·xW=F·xF=150×=60W=kmol/hxD=%xW=%(2)W·(1－xW)/F·(1－xF)=，(3)∵q=0，ye=xF=，y=α·x/[1+[α－1)x]∴xe=Rmin=(xD－ye)/(ye－xe)=－/－=R/Rmin=∴R=4(4)精餾段操作線方程y(n+1)=xn·R/(R+1)+xD/(R+1)=n+提餾段操作線方程為y(n+1)'=L'·xn'/V'－W·xw/V'q=0，V'=(R+1)D－F，L'=DR，y(n+1)'=xn'·R·D/[(R+1)D－F]－W·xw/[(R+1)D－F]=n'－14.常壓連續(xù)精餾塔分離二元理想溶液，塔頂上升蒸汽組成y1=（易揮發(fā)組分摩爾分率），在分凝器內(nèi)冷凝蒸汽總量的1/2（摩爾）作為回流，余下的蒸汽在全凝器內(nèi)全部冷凝作塔頂產(chǎn)品，操作條件下，系統(tǒng)平均相對揮發(fā)度α=，求：⑴塔頂產(chǎn)品及回流液的組成；⑵由塔頂?shù)诙永碚摪迳仙恼羝M成。解：y1=,V=1kmol/h,L=1/2kmol/h,D=1/2kmol/h,R=1,α=,⑴y0=α×x0/[1+(α-1)x0]=(1+-----------(1)1×y1=y0/2+x0/2------------(2)y0=2×代入(1)2×=(1+,x0=,xD=y0=×(1+×=⑵x1=y1/[α-(α-1)y1]=y2=Rx1×/(R+1)+xD/(R+1)=2+2=20.原料以飽和液體狀態(tài)由塔頂加入，F(xiàn)=1kmol/s，xF=(摩爾分率，下同)，塔釜間接蒸汽加熱，塔頂無回流，要求xD=，xw=，相對揮發(fā)度α=，試求：⑴操作線方程；⑵設(shè)計時若理論板數(shù)可增至無窮，F(xiàn)、xF和D不變，xD的最大值是多少解：⑴F=D+W,1=D+W,FxF=DxD+Wxw=D×+W×,D=V’=,W=,L’=F=1,y′=(L′/Ｖ′)x—W·xW/Ｖ′=(1/x－×∴y′=－⑵設(shè)頂部平衡xD=y=αxF/(1＋(α－1)xF)=×(1+×=DxD=>FxF不可能。設(shè)底部平衡xw=0∴xD=FxF/D=21.進料組成xF=(摩爾組成，下同)，以飽和蒸汽狀態(tài)自精餾塔底部加入，塔底不再設(shè)再沸器，要求xD=，xW=，相對揮發(fā)度α=，試求：⑴操作線方程;⑵設(shè)計時若理論板數(shù)可增至無窮，且D/F不變，則塔底產(chǎn)品濃度的最低值為多少解：⑴F=D+W,設(shè)F=1,1=D+W,FxF=DxD+Wxw=D×+W×,∴D=,W=,V=F=1,L=W=y=[L/V]·x+DxD/V=＋⑵設(shè)底部平衡xw=xF/(α－(α－1)xF)=xD=(FxF－Wxw)/D=不可能設(shè)頂部平衡xD=1,xw=(FxF－DxD)/W=22.某精餾塔分離Ａ組分和水的混合物（其中Ａ為易揮發(fā)組分），xD=，xW=，xF=(均為摩爾分率)，原料在泡點下進入塔的中部。塔頂采用全凝器，泡點回流，回流比R=，塔底用飽和水蒸汽直接加熱，每層塔板氣相默夫里板效率Ｅmv=，在本題計算范圍內(nèi)，相平衡關(guān)系為ｙ=ｘ＋。試求：⑴從塔頂?shù)牡谝粔K實際板下降的液體濃度；⑵塔頂?shù)牟沙雎蔇/F。解：（１）∵q=１，∴飽和水蒸汽用量V＇=V=（R＋1）D＝，全凝器：ｙ1=ｘD=Emv=（ｙ1－ｙ2）／（ｙ1*－ｙ2）=（－ｙ2）／（ｘ1＋－ｙ2）=即：ｙ2=－ｘ1……（１）由精餾段操作線方程：（R+1）ｙ2=Rｘ1＋ｘDｙ2=ｘ1＋……（２）聯(lián)解（１）、（２）式，得：ｘ1＝y(tǒng)2=（２）F＋V＇=D＋W，V＇=，∴F＋=D＋W即:F＋=W……（３）FｘF=DxD＋WxW……（４）式（３）代入式（４），消去W：D/F=（xF－xW）/（xD＋）=（－）／（＋×）=1.當系統(tǒng)服從亨利定律時，對同一溫度和液相濃度，如果總壓增大一倍，則與之平衡的氣相濃度（或分壓）(A)y增大一倍；(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*’=y*/2，分壓PA’=P’·y*’=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=500KN/m2、溫度t=27℃下使含CO2%（體積%）的氣體與含CO2370g/m3的水相接觸，試判斷是發(fā)生吸收還是解吸并計算以CO2的分壓差表示的傳質(zhì)總推動力。已知：在操作條件下，亨利系數(shù)E=×105KN/m2。水溶液的密度可取1000kg/m3，CO2的分子量為44。解：氣相主體中CO2的分壓為P=500×=15KN/m2；與溶液成平衡的CO2分壓為:P*=Ex；對于稀溶液:C=1000/18=kmol/m3，CO2的摩爾數(shù)n=370/(1000×44)=；x≈n/c==×10-4；∴P*=×105××10-4=m2；∵P*＞P；于是發(fā)生脫吸作用。以分壓差表示的傳質(zhì)推動力為ΔP=P*-P=KN/m23.總壓100kPa，30℃時用水吸收氨，已知kG=×10-6kmol/（m2·s·kPa），kL=×10-4m/s，且知x=時與之平衡的p*=kPa。求：ky、kx、K解：ky=PkG=100××10-6=×10-4kmol/m2·s，kx=CkL=××10-4=×10-2kmol/m2·s，m=E/P，E=p*/x，m=p*/P·x=(100×=1/Ky=1/ky+m/kx=1/×10-4)+m/×10-2)=2604+=Ky=×104kmol/m2·s(Δy);5.在20℃和760mmHg，用清水逆流吸收空氣混合氣中的氨。混合氣中氨的分壓為10mmHg，經(jīng)吸收后氨的分壓下降到mmHg?；旌蠚怏w的處理量為1020kg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：①y1=p1/P=10/760=y2=p2/P=760=×10-5L/G=5(L/G)min=5(y1-y2)/(y1/m)=5G=1020/=hL==133kmol/h②S=m/(L/G)==NOG=1/(1－S)ln[(1－S)Y1/Y2+S]=。7.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%（以摩爾比表示），25℃，常壓操作，入塔混合氣體為每小時940[標準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=（摩爾比），已知氣相體積傳質(zhì)系數(shù)ＫYa=[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）溶液出塔濃度X1解：η=90%，y1=，Y1=y1/(1-y1)==；Y2=Y1(1-η)=；G=940/=h；GB=G(1-y1)==kmol/h；(Ls/GB)min=(Y1-Y2)/(Y1/m)=；Ls==××=h=×170Kg/h=1281Kg/h；X1=(Y1-Y2)/（(Ls/GB)min）=；x1=X1/(1+X1)=；ＨOG=GB/(ＫYａΩ)=3600)/××=；ＮOG=(Y1-Y2)/ΔYm；ΔY1=Y1-Y1*=；ΔYm=ＮOG=；Ｚ=ＨOG×ＮOG=×=m8.在常壓逆流操作的填料塔內(nèi)，用純?nèi)軇游栈旌蠚怏w中的可溶組分Ａ。入塔氣體中Ａ的摩爾分率y1＝，要求其收率φA＝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X1*=。試計算:（1）操作液氣比為最小液氣比的倍數(shù)；（2）吸收液的濃度x1；（3）完成上述分離任務(wù)所需的氣相總傳質(zhì)單元數(shù)ＮOG。

解：（1）Y1=3/97=，x2=0，Y2=Y1(1－φA)=×(1－=由最小溶劑用量公式(L/G)min=(Y1－Y2)/(Y1/m－x2)=m·－/=已知mG/L=則L/G=(1/)m=∴(L/G)／(L/G)min==m=Y1/X1*==（２）由物料衡算式得:X1=(Y2－Y1)/(L/G)=×=（３）ＮOG=1/(1-mG/L)×ln[(1-mG/L)·(Y1－mX2)/(Y2－mX2)+mG/L]=1/×ln[·Y1/+]=10.用清水吸收氨－空氣混合氣中的氨。混合氣進塔時氨的濃度y1=（摩爾比）,吸收率90%，氣－液平衡關(guān)系y=。試求：(1)溶液最大出口濃度；(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，傳質(zhì)單元數(shù)為多少(4)傳質(zhì)單元高度為時，填料層高為幾米解：已知y1=，η=90%，y2=y1(1－η)=(1－=，x2=0，x1*=y1/==，(L/V)min=(y1－y2)/(x1*－x2)=，L/V=2(L/V)min=2×=，x1=(y1－y2)/(L/V)+x2=－/=，y2*=0，y1*=×=，Δym=(－－－0))／ln－/=NOG=(y1－y2)/Δym=－/=，Ｚ=×=[m]。11.在填料層高為8m的填料塔中，用純?nèi)軇┠媪魑湛諝狻狧2S混合氣中的H2S以凈化空氣。已知入塔氣中含H2S%（體積%），要求回收率為95%，塔在1atm、15℃下操作,此時平衡關(guān)系為y=2x，出塔溶液中含H2S為（摩爾分率），混合氣體通過塔截面的摩爾流率為100kmol/（m2·h）。試求：①單位塔截面上吸收劑用量和出塔溶液的飽和度；②氣相總傳質(zhì)單元數(shù)；③解①y1=，y2=y1(1－η)=(1－=，L=(y1－y2)/x1×G=－/×100=211kmol/m2hx1max=x1*=y1/m=2=，x1/x1*==90%②Δy1=y1－mx1=－2×=，Δy2=y2=，Δym=－/ln（=NOG=(y1－y2)/Δym=③Z=G/Kya×NOGKya=G/Z×NOG=100/8×=165kmol/m3h。13.有一填料層高度為3m的逆流操作的吸收塔，操作壓強為1atm，溫度為23℃，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)KGa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，而氣體流解：L/G=43/18=，S=m/(L/G)==，y1=，y2=y1(1－η)=(1－=，NOG=1/(1－S)ln[(1－S)Y1/Y2+S]=HOG=h/NOG=3/=當G↑一倍，G’=2G=36kmol/m2hS’=2S=NOG’=1/(1－S’)ln[(1－S’)Y1/Y2+S’]=，HOG’=(G’/G)×HOG=Z’=×=m∴填料層高度應增加米。14.有一填料層為3m的逆流吸收塔，操作壓強為1atm，溫度為20℃，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86kmol/m2·h，平衡關(guān)系為y=，氣相總傳質(zhì)系數(shù)KGa解：L/G=86/36=，S=m/(L/G)==，y1=,y2=y1(1－η)=×(1－=NOG=1/(1－S)·ln[(1－S)·(y1－y2*)/(y2－y2*)＋S]=HOG=h/NOG=3/=當L↑一倍,L’=2L，s’=m/(L/G)=s/2=NOG’==1/(1－S’)·ln[(1－S’)·(y1－y2*)/(y2－y2*)＋S’]=由于氣相總傳質(zhì)系數(shù)受L的影響很小,G不變,所以HOG’≈HOGZ’=NOG’×HOG’=×=m即所需填料層高度可以降低