化工原理下考试大题.docx
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化工原理下考试大题
1、今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。
已知处理惰性气体
量为1000m3hJ（操作状态），原料中每立方米惰性气体含甲醇100g，吸收后水中含甲
醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的67%。
设在常压、25C下操作，吸收的平衡关系取
为Y=1.15X，甲醇回收率要求为98%，塔径为0.84mKYa=100kmolm^hJ。
试求：
（1）水的用量为多少kgh二?
（2）传质单元高度Hog；（3）传质单元数NOG；（4）填料层高度。
1、解：
（1）Vb=100°27340.9kmolh_1（1分）
22.4（273+25）
=0.0764
（1分）
10010’32
1273
x
22.427325
丫2=Y1-1=0.07641-0.98]=0.00153（1分）
X1"67丫1"67晋"0445（2分）
（3）
丫=0.0764,%=0.00153,X1
.Y*=1.15X1=0.0512，丫；二0
10.0764
ln1-0.6840.684=8.86
1-0.684|L0.00153
（4）z=
-NOGHOG=8.860.7384=6.54m（2分）
2、用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中
含轻组分0.5（摩尔分数，下同），操作回流比取最小回流比的1.4倍，所得塔顶产品组成为
0.95，釜液组成为0.05，料液的处理量为100kmol/h，料液的平均相对挥发度为3,若进
料时蒸气量占一半，试求：
（1）提馏段上升蒸气量；
（2）自塔顶第2层板上升的蒸气组成。
及进料方程y=—qx-—XF0.5x0.5x1（1分）
q—1q—10.5—10.5—1
一2±丫4+8
x=
4
则yq奘0.633（1分）
12Xq
R=1.4Rmin=1.722（1分）
再由物料衡算方程F=D-W及Fxf=DxwWXW
解得D=50kmol/hW=F-D=50kmol/h
V=（R1）D=（1.7221）50=136.1kmol/h分）
V'二V-（1-q）F二V-0.5F=136.1-50=86.1kmol/h
（2）已知％=xD=0.95（i分）
--G-1）y1
再由精馏段操作线方程解得
RXd1.722ccc
y2x1-0.86
R1R11.7221
3某精馏塔用于分离苯-甲苯混合液，泡点进料，
0.95
0.88（2分）
1.7221
进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分
（1）求塔顶、底的产品量;
（2）若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。
答文
解：
F=D+WFxF=Dxd+Wxw
30=D+W30x0.5=Dx0.95+WX0.10D=14.1kmol/hW=15.9kmol/h
Xe=XF=0.5,ye=axe/[1+（a-1）xe]=2.40x0.5/[1+（2.40-1）x0.5]=0.706
Rmin=（xD-ye）/（ye-xe）=（0.95-0.706）/（0.706-0.5）=1.18
R=1.5x1.18=1.77
y=[R/（R+1）]x+xD/（R+1）=[1.77/（1.77+1）]x+0.95/（1.77+1）=0.639x+0.343
y1=xD=0.95
x1=y1/[a—y1（a-1）]=0.95/[（2.40-0.95（2.40-1）]=0.888
y2=0.639x1+0.343=0.639x0.888+0.343=0.910
x2=0.910/[2.40-0.910（2.40-1）]=0.808
4采用常压干燥器干燥湿物料。
每小时处理湿物料1000kg，干燥操作使物料的
湿基含量由40%减至5%,干燥介质是湿空气，初温为20C，湿度H0=0.009
kg水/kg绝干空气，经预热器加热至120C后进入干燥器中，离开干燥器时废气
温度为40C,若在干燥器中空气状态沿等I线变化。
试求：
（1）水分蒸发量Wkg/s;
（2）绝干空气消耗量Lkg绝干气/s;
（3）干燥收率为95%时产品量kg/s;
（4）如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为多少m3/s?
（1）W=Gc（xi—x2）
X1=O.4/（1—O.4）=O.667
x2=0.05/（1—0.05）=0.0526
GC=1000（1—0.4）=600kg绝干料/h
•••W=600（0.667—0.0526）
=368.64kg/h=0.1024kg/s
（2）L=W（H2—H1）
H1=Ho=0.009kg水/kg绝干气ti=120C,t2=20C
H2未知，可通过I1=12求算
I1=（1.01+1.88Hi）t1+2490H1=1.01ti+（1.88ti+2490）H1
I2=（1.01+1.88H2）t2+2490H2=1.01t2+（1.88t2+2490）H2
•H2=（1.01X120+（1.88X120+2490）X0.009-1.01X40）/（1.88X40+2490）
=0.041kg水/kg绝干气
•L=0.1024/（0.041-0.009）=3.1974kg绝干气/s
（3）G2'=0.95G2
•G2'=0.95XGc（1+x2）
=0.95X600/3600X（1+0.0526）
=0.167kg/s
（4）V=L・vH
=3.1974[（0.772+1.244Ho）（t0+273）/273]
=3.1974[（0.772+1.244X0.009）X（20+273）/273]
=2.69m3/s
5用填料塔从一混合气体中逆流吸收所含的苯。
混合气体中含苯5%（体积％），其余为
空气，要求苯的回收率为90%（以摩尔比表示），吸收塔为常压操作，温度为25C,入塔混
合气体为每小时940[标准m3]，入塔吸收剂为纯煤油，煤油的耗用量为最小耗用量的1.
5倍，已知该系统的平衡关系Y=0.14X（其中Y、X为摩尔比），已知气相体积传
质系数KYa=0.035[Kmol/m.s],纯煤油的平均分子量Ms=170,塔径D=0.6[m]。
试求：
（1）吸收剂的耗用量为多少[Kg/h]?
（2）溶液出塔浓度X1为多少？
（3）填料层高度Z为多少[m]?
解：
（1）n=90%,yb=0.05,
进口：
Yb=yb心-yb）=0.05心-0.05）=0.05263（mol苯/mol气体）
出口Ya=Yb（1-n）=0.005266
（气体+苯流量）
V=940/22.4=41.96kmol/h
（气体流量）Vb=V（1-yb）=41.96（1-0.05）=39.87kmol/h
（Ls/Vb）min=（Yb-Ya）/（Yb/m）
=（0.05263-0.00526）/（0.05263/0.14）=0.126
Ls=1.5Lsmin=1.5x0.126x39.87=7.536kmol/h
=7.536x170Kg/h=1281Kg/h
（2）
X0.126）=0.251
2
X0.785X0.6）=1.12m
X=（Yb-Ya）/（1.5（Ls/Vb）min）
=（0.05263-0.00526）/（1.5
xb=^/（1+Xb）=0.2006
（3）Hog=Vb/（KyaQ）
=（39.87/3600）/（0.035
Nog=（Yb-Ya）/△Ym
△Yb=Yb-Yb*=0.05263-0.14X0.251=0.01749
△Ya=Ya-Ya*=0.00526—0=0.00526
△Y=（0.01749-0.00526）/ln（0.01749/0.00526）=0.01018
NOG=（0.05263-0.00526）/0.01018=4.65
Z=HogXNog=1.12X4.65=5.2m
6在B-S部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质A与稀释剂B的质量比为4060。
采用纯
溶剂S=200kg，溶剂比S/F为1,脱出溶剂后萃余液R'浓度xA'=0.3（质量分率），选择性系数一：
=8。
试求：
萃取液量E'为多少kg?
yAXa=yA'Xa'=yA'Xa'yBXbyB'Xb'（1-yA‘”（1"'）
F=S=200kg,XF=40/（4060）=0.4
即2000^E'0.774R'0.3
200=E'R'
7在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为I000kg/h，温度为20C,含水量为
4%（湿基，下同），要求干燥后产品的含水量不超过0.5%。
空气的初始温度为20C,相对湿度为50%，将空气预热至100C进干燥器，出干燥器的温度为50C,湿度为0.06kg/kg绝干气。
20C时空气的饱和蒸气压为2.3346kPa
试求
（1）新鲜空气的消耗量；
（2）预热器的加热量QP
1•解：
（1）（6分）新鲜空气消耗量，即
H2-比
绝干物料GmG,1-w,[=10001-0.04kg绝干料.h=960kg绝干料..h
4
X,kgkg绝干料=0.04167kgkg绝干料
96
X2kg绝干料=0.00503kgkg绝干料
99.5
所以W=G（Xi-X2）=960（0.04167-0.00503）kg/h=35.17kg/h
20C时空气的饱和蒸气压为ps=2.3346kPa
0.622「°Ps
101.33-；Ps
kgkg绝干气=0.00725kgkg绝干气
_0.6220.52.3346
一101.33-0.52.3346
L。
=L1Ho1=666.710.00725kg新鲜空气.h=671.6kg新鲜空气.■h
（2）预热器的加热量Qp,用式11-31计算Qp,即（4分）
Qp=L（1.011.88H0）（ti—t。
）
=666.71.011.880.00725100—20kJh
=54596kJh=15.17kW
8在连续精馏塔中分离A、B两组分溶液。
原料液的处理量为100kmol/h，其组成为0.45（易
挥发组分A的摩尔分数，下同），饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96%，
釜液的组成为0.033。
试求
（1）馏出液的流量和组成；
（2）若操作回流比为2.65，写出精馏段的操作线方程；（3）提馏段的气、液相负荷。
（4）提馏段的操作线方程
8解：
（1）馏出液的流量和组成（6分）
由全塔物料衡算，可得
qn,DXD=0.96qn,FXF=0.96x100x0.45kmol/h=43.2kmol/hqn,wXw=（1—0.96^100汇0.45kmol/h=1.8kmol/h
qn,WXW
1.8
kmol/h=54.55kmol/h
0.033
qn,D=qn,F—qn,W=（100—54.55）kmol/h=45.45kmol/h
432
xD0.9505
45.45
（2）精馏段操作线方程（2分）
XD2.65、…09505=0.726x0.2604
3.65
+qn,F=（2.65域45.45+100）=220.4kmol/h
qn,V/=qnV-qn,F（1一q）=qn,V=qn,D（1R）二165.9kmol/h
qn,L"卜qn,W
2.（4）y——x——xW=1.32x7.0108
（2分）
（4丿qn,厂qn,V-
9在101.3kPa及25C的条件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。
已知混合气进塔和出塔的组成分别为丫1=0.0417、丫2=0.002。
假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，
亨利系数为4.13X103kPa,吸收剂用量为最小用量的1.45倍。
求：
（1）试计算吸收液的组
成；
E413疋103
9
（1）m40.77（6分）
pt101.3
吸收剂为清水，所以X2=0
0.0417—0.002
Ym_X2=0.041740.77_0=38.81
所以操作时的液气比为
=1.4538.81=56.27
qn,v
匹=1.45
qn,v
iin
吸收液的组成为
X1
"丫2Xq
10.04170.0020=7.05510r
5627
3
（2）m亠413竺
Pt
1013心77
（4分）
qn,L
qn，Vymin
qn,L
曰,V
0.0417—0.002
Ym—X20.041740.77—0一3.881
=1.45
^1.453.881=5.627
qn,v
iin
10一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A。
已知操作条件下气相总传质单元高度
为1.5m，进塔混合气组成为0.04（A的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X。
试求：
（1）液气比为最小液气比的多少倍？
（2）所需填料层高度？
（3）若气液流量和初始组成不变，要求尾气浓度降至0.0033,求此时填料层高度为若干米？
10［解］
0,04
I-O.G4
=U.U417
I0.005J
1-0,00128
=0.01297
Y-Y
L/V=1-=
=0.011?
-0.00533=?
}{04
0.01297-0
0.0417
0,0417/2.5_
"0417-U
1）1X）533-0
I-0.S92
■_0磁）
+U.S92J
如Z=罠心沁怦=I5x5.ll=7.67/h
（3）此条件下的填料层高區"
（J1XB3
1-QJ0033
=0,00331
ln[（[S）
r,-trtX.
1
（MMJ7-0
=lull-
1-U.892
=752
7/-H|JkjXN；*-L5x7,52=LI+28n）
11.在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。
已知原料液组成为液组成为0.9，釜残液组成为0.02。
泡点进料。
（1）求每获得量F;
（2）若回流比为1.5,它相当于最小回流比的多少倍？
（后，该板的液相组成仍为0.6,求上升到加料板上的气相组成。
11解：
（1）求当D=1kmol/h时F为多少？
已知xF=0.6,xD=0.9,xW=0.02,
D=1kmol/h，由全塔物料衡算可得：
F=D•W=1•W
FXf=DXd'WXw（2分）代入已知量可得:
0.61W=10.90.02W可求出0.6-0.02W=0.9-0.6=0.3,
解出w=0.52kmol/h,F=1.52kmol/h。
（2分）
（2）求R/Rmin，已知一m一3①泡点进料q=1，则xq=xF=0.6（1分），②由气液平衡方程:
1亠Zm-^1Xq
30.6
120.6
=0.818
（2分）
③求Rmin,
XD-yqyq_Xq
0.9-0.818
0.818-0.6
二0.376
（2分）
y2'
（3）求上升到加料板上的气相组成。
因加料板是提馏段第一层板，故所求量为
1L=RD=・5kmol/h（1分）泡点进料q=1，已知F=1.52kmol/h,W=
0.52kmol/h,xW=0.02,x1'=0.6
.L+qF.W
ym1'xm'xW
2提馏段操作线方程为：
LqF~WLqF~W，代入已知量：
ym1
1.51.52
1.51.52—0.52
0.520.02
1.51.52-0.52
即ym~1.208Xm'-0.00416
（3分）
（1分）
Gc（X0-X）|n3
Au0X2-X
（1分）
GcX1-X。
-259.3
GcX°-X2=818
2kg水/h（1分）
13在常压下逆流操作的填料吸收塔中，用纯溶剂吸收混合气体中的溶质组分。
入塔气体流
量为1120m3/h（标准状况），入塔气体中溶质的浓度为5%（体积），吸收率为90%，操作条件下的气液平衡关系为Y*=1.5X，液气比L/V=3，体积传质系数KYa=100
2
kmol/mh（.：
Y），塔径为0.8m。
试求
（1）出塔液体浓度X1；
（2）所需填料层高度Z。
解：
（1）进塔惰性气体量
0.05
第0.0526
1-0.05
1120
1-0.05=47.5kmol/h
22.4
丫2二丫11-二0.05260.1二0.00526
ln。
.0526-。
.02367
0.00526
（1）塔顶产品量D;塔底残液量W及组成xw；
（2）回流比R及精馏段操作线方程;
（3）由第二块理论板（从上往下数）上升蒸汽的组成。
D=400kmol/hW=600kmol/h
解：
（1）—=90%
1000汉0.4
平衡线方程:
二=2.5
LX
y-
2.5x
y-
311x
3~11.5x
联立求得：
Xd=0.4
yd=0.625
Rmin
xd-yd
0.9-0.625
AOOO
R=1.5Rmin=1.8333
yd_Xd
1.222
0.625-0.4
精馏段操作线：
y—x^D0.647x0.317
R+1R+1
25x
（3）%=xD=0.9由平衡线方程可得：
0.91x,=0.7826
1+1.5x.
由精馏段操作线：
y2=0.647x「0.317=0.8234
15（12分）干球温度为20C、湿度为0.009kg水/kg绝干气的湿空气通过预热器加热到
80C后，再送至常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为35C，若空气在干燥器中
经历等焓干燥过程，
试求
（1）1m3原湿空气在预热过程中焓的变化；
（2）1m3原湿空气在干燥器中
获得的水分量。
（3）2m3原湿空气在预热器中的加热量。
273+t0
:
h=[0.7721.244H0
1.解：
（解：
（1）1m3原湿空气在预热器中焓的变化
当to=20C、Ho=0.009kg/kg绝干气时，计算I。
=43kJ/kg绝干气。
当1=80C、比=0.009kg/kg绝干气时，计算1^104kJ/kg绝干气。
故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为
I-1。
=104-43kJkg绝干气=61kJkg绝干气
原湿空气的比体积
5
■H=[0.7721.244H'爲上。
1.01；10
273+20
二0.7721.2440.009—^―m3湿空气kg绝干气
-0.84m3湿空气kg绝干气
故1m3原湿空气焓的变化为
（2）1m3原湿空气在干燥器中获得的水分
由t2=35C、l2rh=：
104kg/kg绝干气求出空气离开干燥器时的湿度H2=0.027kg/kg
绝干气。
故1m3原空气获得的水分量为
（3）
Qp=L（11-1。
）=72.62=145.2KJ
16在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。
原料液流量为50kmol/h，要求馏出液中易
挥发组分的收率为94%。
已知精馏段操作线方程为y=0.75X+0.238;q线方程为y=2-3x。
试求
（1）操作回流比及馏出液组成；
（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线
交点的坐标值xq及yq;（4）提馏段操作线方程
2.解：
（1）解：
（1）操作回流比及馏出液组成由题给条件，得
x
=0.75及D0.238
R+1
3及=2q-11-q
解得q=0.75（气液混合进料），Xf=0.5
（3）两操作线交点的坐标值Xq及yq联立操作线及q线两方程，即
y=0.75x0.238
y=2-3x
解得xq=0.4699及yq=0.5903
（4）提馏段操作线方程其一般表达式为
»qn,L*»qn,W
yx—xw
qn,『qn,V-
式中有关参数计算如下
qn,W=qn,F—qn,D=（50-24.68kmol/h=25.32kmol/h
qn,L'=Rqn,D+qqn,F=（3汉24.68+0.75X50kmol/h=111.54kmol/hqn,V"=qn,「—qn,W=（111.54—25.32kmol/h=86.22kmol/h
则y,,J11.54x^5320.0592=1.294x—0.01739
86.2286.22
17在一直径为0.8m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。
已知混合气
的流量为45kmol/h,二氧化硫的体积分数为0.032。
操作条件下气液平衡关系为丫二34.5X，气相总体积吸收系数为0.0562kmol/（m3•s）。
若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的
76%，要求回收率为98%。
求水的用量（kg/h）及所需的填料层高度。
匕二丫1—a=0.03311-0.98=0.000662
X1*=上丿0331=9.59410m34.5
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