《000化工原理II》計(jì)算試題

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1、（15分）在一直徑為1.2m的Mellepak250Y規(guī)整填料吸收塔中，用清水吸收空氣混合氣中的SO2。吸收塔操作總壓為101.3kpa,溫度為20oC，入塔混合氣的流量為1000m3/h,SO2的摩爾分率為0.09，要求SO2的回收率不低于98%，采用其汽相總體積傳質(zhì)系KYa=0.0524kmol/(m.s)。該體系的相平衡方程為：ye=3.3x。試求：

（1）推導(dǎo)傳質(zhì)單元數(shù)計(jì)算方程；

L?min?m?成立，其中?為溶質(zhì)的吸收率，m為相平衡常數(shù)；（2）試證明：?V（3）最小溶劑用量，kgmol/h；

（4）若實(shí)際溶劑用量為最小溶劑量的1.2倍，計(jì)算出塔水中SO2濃度（摩爾分率）；（5）計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)，傳質(zhì)單元高度及完成該分開任務(wù)所需的填料高度。證明：（1）NOG∴

?Yb??dYY?Ye∵Ye=mX

Yz??YbdYY?mX∵X=Xa+V/L(Y-Ya)

dYYa

??Yb∵S=mV/L

L(Y?Ya)]YaY?m[Xa?dYV?Yb

aYaY?mVL(Y?Ya)?mX?∴

?11?S1?Yb(1?S)d[Y(1?S)]Y(1?S)?(SYa?mXa)Ya(1?S)

??1?S?Yb?(SYa?mYa)?ln??1?S??1?S?Ya?(SYa?mYa)???1?S?Yb?mXa?SmXln?1?S?Ya?mX1?Y?mXln??1?S?b1?S?Ya?mX1aa?aa?SYa?SmXa???NOG???S??

（2）證明：由全塔物料平衡V（Yb-Ya）=LXb故(L/V)=(Yb-Ya)/Xa當(dāng)溶劑用量最小時(shí)，Xbe=Yb/m因此，(L/V)min=m(Yb-Ya)/Yb=m?（3）V=V’(1-yb)=100022.4*273273?20*(1?0.09)=37.85kmol/h

Yb=yb/(1-yb)=0.099Ya=Yb(1-η)=0.099*(1-0.98)=0.00198Xa=0Lmin=V(yb-ya)/(yb/m-xa)=37.85*(0.099-0.00198)/(0.099/3.3-0)=122.4kmol/h（4）L=1.2Lmin=146.88kmol/h

xb=V(yb-ya)/L+xa=37.85(0.099-0.00198)/146.88=0.025（5）NOG

??Y?mXln??1?S?b1?S?Ya?mX1aa??S??S=mV/L=3.3*37.85/146.88=0.85

1

＝

HOG?11?0.85V?ln0.099???1?0.85??0.85?14.15??0.00198??37.85/36002

KYa?0.0524*0.785*1.2?0.178m

h=HOGNOG=14.15*0.178=2.52m

2、（15分）一座油吸收煤氣中苯的吸收塔，已知煤氣流量為2240（NM3/hr），入塔氣中含苯4%，出塔氣中含苯0.8%（以上均為體積分率），進(jìn)塔油不含苯，取L=1.4Lmin,已知該體系相平衡關(guān)系為：Y*=0.126X，試求：

（1）溶質(zhì)吸收率?（2）Lmin及L(kmol/h)

（3）求出塔組成Xb(kmol苯/kmol油)（4）求該吸收過程的對數(shù)平均推動(dòng)力?Ym（5）用解析法求NOG；

（6）為了增大該塔液體噴淋量。采用部分循環(huán)流程，在保證原吸收率的狀況下，最大循環(huán)量L’為多少，并畫出無部分循環(huán)和有部分循環(huán)時(shí)兩種狀況下的操作線。解：（1）?=（Yb-Ya）/Yb

Ya≈yaYb=yb/(1-yb)=0.04/(1-0.04)=0.0417?=(0.0417-0.008)/0.0417=80.7%

（2）G=2240/22.4=100kmol/hGB=100(1-0.04)=96kmol/h(L/G)min=(Yb-Ya)/(Xb*-0)=(0.0417-0.008)/(0.0417/0.126-0)≈0.102Lmin=0.102?96=9.792kmol/h1.4Lmin=1.4?9.792=13.7kmol/hLs/GB=(Yb-Ya)/(Xb-0)=13.7/96=0.143(0.0417-0.008)/(Ls/GB)=0.24Yb-Yb*=0.0417-0.126?0.24=0.01146

?Ym=(?yb-?ya)/ln(?yb/?ya)=(0.01146-0.008)/ln(0.01146/0.008)（5）S=mV/L=0.126*96/13.7=0.883

NOG??1?Y?mXln??1?S?b1?S?Ya?mX1aaLs=（

3

）

Xb=（4）?Yb=

=0.00963

??S??

0.0417??ln??1?0.883??0.883??3.421?0.8830.008??（6）部分循環(huán)，入口液量為（L＋L’），入塔濃度為Xa’，在最大L’下，Xa’處在最大。(Ls/GB)max=(0.0417-0.008)/(Xb-Xa’)Xa’=Ya/0.126=0.008/0.126=0.0635

∴((Ls+Ls’)/GB)max=(0.0417-0.008)/(0.24-0.0635)=0.191∴Ls’max=0.191?96-13.7=4.64kmol/hL’max=Ls’max/(1-Xb)=4.64/(1-0.24)=6.1kmol/h

3、（20分）在一座逆流操作的低濃度氣體填料吸收塔中，用純礦物油吸收混合氣中的溶質(zhì)，已知進(jìn)口混合氣中溶質(zhì)的含量為0.015（摩爾分率），吸收率為85%，操作條件下的平衡關(guān)系Y*=0.5X。試求：（1）出口礦物油中溶質(zhì)的最大濃度和最小液氣比；

2

（2）取吸收劑用量為最小溶劑用量的3倍時(shí)，用解析法求NOG；（3）求該吸收過程的氣相總對數(shù)平均傳質(zhì)推動(dòng)力?Ym；（4）氣體總傳質(zhì)單元高度為1m時(shí)，求填料層高度；

（5）為了增大該塔液體噴淋量，采用出塔液體部分循環(huán)流程。在保證原吸收率的狀況下，假設(shè)氣相流量為，那么最大循環(huán)量L’為多少，并畫出無部分循環(huán)和有部分循環(huán)時(shí)兩種狀況下的操作線。解：（1）?=（Yb-Ya）/Yb

Yb≈yb＝0.015Ya=Yb(1-?)=0.015/(1-0.85)=0.00225

由平衡關(guān)系可知：出口礦物油中溶質(zhì)最大濃度為X1*=Yb/m=0.015/0.5=0.03(L/G)min=(Yb-Ya)/(Xb*-0)=(0.015-0.00225)/(0.03-0)=0.425（2）Ls/GB=3(L/G)min=3*0.425=1.275S=mG/L=0.5/1.275=0.392

NOG??Y?mXln??1?S?b1?S?Ya?mX11aa??S??

?0.015??ln??1?0.392??0.392?1?0.3920.00225???2.45（3）Xb=(Yb-Ya)/(L/G)=(0.015-0.00225)/1.275=0.01?Yb=Yb-mXb=0.015-0.5?0.01=0.01?Ya=Ya-mXa=0.00225?Ym=(?yb-?ya)/ln(?yb/?ya)

=(0.01-0.00225)/ln(0.01/0.00225)=0.0052

（4）HOG=1mh=HOGNOG=2.45m

（5）部分循環(huán)，入口液量為（L＋L’），入塔濃度Xa’，在最大L’下，Xa’與Ya呈相平衡。吸收率不變，即Yb、Ya、Xb保持不變。Xa’=Ya/0.5=0.00225/0.5=0.0045∴((Ls+Ls’)/GB)max=(Yb-Ya)/(Xb-Xa’)=(0.015-0.00225)/(0.01-0.0045)=2.32

∴Ls’max=(((Ls+Ls’)/GB)max-(Ls/GB))*GB=(2.32-1.275)?100=104.5kmol/h

4、（20分）某逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收氨—空氣混合氣中的氨。已知混合氣進(jìn)塔時(shí)氨的濃度為y1=0.01（摩爾分率），吸收率為90%，氣液相平衡關(guān)系為y=0.9x。在此條件下，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(shí)，傳質(zhì)單元數(shù)為多少？（4）傳質(zhì)單元高度為0.5m時(shí)，填料層高為幾米？解：（1）y1=0.01η=0.90y2=y1(1-η)=0.01(1-0.9)=0.001x2=0x1'=y1/0.9=0.01/0.9=0.0111

（2）(L/V)min=(y1-y2)/(x1'-x2)=(0.01-0.001)/(0.0111-0)=0.811（3）L/V=2(L/V)min=2*0.811=1.62

x1=(y1-y2)/(L/V)+x2=(0.01-0.001)/1.62=0.00556

3

y2*=0y1*=0.9*0.00556=0.005

Δym=(Δy1-Δy2)/ln(Δy1/Δy2)=((0.01-0.005)-(0.001-0))/ln(0.01-0.005)/0.001=0.0025NOG=(y1-y2)/Δym=(0.01-0.001)/0.0025=3.6（4）h=HOGNOG=0.5*3.6=1.8m

5、（10分）試證明吸收塔填料層高度計(jì)算過程中所用到的液相總傳質(zhì)單元數(shù)解析式：

NOL???Y?mxaln??1?A?b?A?。1?A?Yb?mxb?1XbXz證明：NOL∴

???dXXe?XdX∵Xe=Y/m

?XbXa∵Y=L/V(X-Xb)+Yb

Ym?X??XbXadXLmV(X?Xb)?Yb∵A=L/mV

m?X??XbXadXA(X?Xb)?Yb

m?X

??A?11Xb(A?1)Xa(A?1)d[X(A?1)]A(X?Xb)?YbmY?b1A?1?A?1?Xbln?AX?AXb??YbmYbm

m?A??XYbmYbm?A?1?Xab?11?A?A?1?Xaln?AXb??AYbm

?A?1?Xbab?AXb∴

NOL??Y?mXln??1?A?b1?A?Yb?mX1??A??6、（20分）在一逆流填料吸收塔內(nèi)，用三乙醇胺水溶液吸收汽相中的H2S，進(jìn)塔氣相中H2S的含量為2.91%（體積%，下同），要求H2S的回收率不低于99%，操作溫度為27℃，壓力為1atm。進(jìn)塔為新鮮溶劑，出塔溶劑中H2S濃度為0.013kmol(H2S)/kmol(溶劑)，塔內(nèi)惰性氣流速為0.015kmol/(m2s)，體系的相平衡關(guān)系為：Y*=2X。

（1）試求最小液氣比和實(shí)際操作的液氣比。

（2）若Pall（鮑爾）環(huán)在該體系中的氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)為0.000395kmol/(m3.s.kpa),試求達(dá)到該生產(chǎn)要求所需要的填料高度。

（3）假使采用浮閥塔板，共需要25層才能夠達(dá)到該分開要求，試求浮閥塔板在該體系中的全塔效率。（4）試計(jì)算Pall環(huán)填料的等板高度HETP。解：（1）Yb?yb1?yb?0.02911?0.0291?0.03

∵H2S的回收率不低于99%

∴Ya=Yb(1-η)=0.03×(1-0.99)=0.0003

∵y=2x在低濃度下近似可表示為Y=2X并且Yb=0.03∴Xbe=Yb/m=0.03/2=0.015

4

∵進(jìn)塔為新鮮溶劑，即Xa=0∴

Yb?Ya0.03?0.0003?L????1.98???X0.015??minbea

Xb=0.013

LV?Yb?YaXb?Xa?0.03?0.00030.013?2.28

（2）S=mV/L=2/2.28=0.877

NOG??1?Y?mXln?(1?S)b1?S?Ya?mX1aa??S??0.03??ln(1?0.877)?0.877??1?0.8770.0003???20.96∵KYa=0.000395kmol/(m3.s.kpa)惰性氣體流速V=0.015kmol/(ms)

HOG?VKYa?0.0150.000395?101.33?0.3748m2

h0=HOGNOG=20.96×0.3748=7.86m（3）∵

NNOG?S?1lnS?S?1lnSNOG?0.877?1ln0.877?20.96?19.64

∴理論板數(shù)N