化工原理下册部分题.docx

1、化工原理下册部分题1. 某双组分理想物系当温度t=80时，PA=，PB=40kPa，液相摩尔组成xA=，试求： 与此液相组成相平衡的汽相组成y； 相对挥发度。解：（1）xA=(P总PB)(PAPB) ； =(P总40)（40） P总=； yA=xAPAP总=（）=PAPB=40= 5. 某精馏塔在常压下分离苯甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=+和y=，每小时送入塔内75kmol的混合液，进料为泡点下的饱和液体，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少（kmol/h）。解:已知两操作线方程: y=+(精馏段) y=(提馏段) R/(R+1)= R= x D / (R+1)= x

2、 D= ！两操作线交点时, y=y x=x += xF = 饱和液体进料q=1, x F = x = 提馏段操作线经过点(x W，x W) y=x w = x W=由全塔物料衡算 F=D+W F x F = D x D + W x WD =(x Fx W)/(x Dx W)F= 饱和液体进料 V=V=L+D=(R+1)D=h-6. 已知某精馏塔进料组成xF=，塔顶馏出液组成xD=，平衡关系，试求下列二种情况下的最小回流比Rmin。 饱和蒸汽加料； 饱和液体加料。解：R min = (x Dy q)/(y q x q ) (1) ； yq= x q + (2) ； y q= qx q/ (q1)

3、x f / (q1) (3) q=0, 由(3) yq=xf=，由(2) xq = ，R min = 由(3) xq =xf =，由(2) yq =+=，R min= 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h，加料组成为50% ,塔顶产品组成xD=95，产量 D=50kmol/h，回流比R=2Rmin，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度=3。求：(最小回流比) 2.精馏段和提馏段上升蒸汽量。3.列出该情况下的精馏段操作线方程。解：1. y=x/1+(1)x=3x/(1+2x) 泡点进料q=1, xq = x F = , y q =3(1+2=2=R

4、min / (Rmin+1)= ：Rmin=4/5= 2. V=V=(R+1)D=(2+1)50=130kmol/h 3. y=R/(R+1)x + x D / (R+1)=+12. 某精馏塔用于分离苯甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为 ，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采用回流比为最小回流比的倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度=。(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。解：（1）F=D+W ，FxF=DxDWxW 30=D+W ，30 = D+W D= / h W= / h （2）xq=xF=

5、 ，yq =xq1+ (1)xq = 1+ 1) = R min =(xDyq)(yqxq)= / =，？R = R min = 精馏段的操作线方程为：y = R / (R+1)x +xD（R+1) = +1)x / +1) = + y1=xD=，x1=y1y1(1)= / 1) = y2=+ = ， x2= / = 18. 用板式精馏塔在常压下分离苯甲苯溶液，塔顶采用全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，平均相对挥发度为。 进料为150kmolh，组成为（摩尔分率）的饱和蒸汽，回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为，塔釜采出液中甲苯的回收率为，求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液的组成；（2）精馏段及提馏

6、段操作线方程；（3）回流比与最小回流比的比值。 （4）全回流操作时，塔顶第一块板的气相莫弗里板效率为，全凝器凝液组成为，求由塔顶第二块板上升的汽相组成。 :解：(1) DXD = Fx F ， W(1x W) = F(1x F ) ， D+W = F = 150 Dx D + Wx W = Fx F =150 = 60 W= kmol/h D= kmol/h x D=% x W = % (2) 精馏段操作线方程 y (n+1) = x nR / (R+1)+x D/ (R+1) = n + 提馏段操作线方程为y(n+1) = Lx n / VWx w / V q=0，V = (R+1)DF，L

7、 = DR， y(n+1)= x nRD / (R+1)DFWx w / (R+1)DF= n (3) q=0， ye = x F = ， y = x / 1+1)x x e = R min = (x Dye) / (yex e) = /=R / R min= 4/ = （4）E mv1= (y1y2 ) / (y1*y2 ) = y1*=x1/ 1+1)x1 全回流时y2 = x1 ，y1 = x D = y1*=y2 / (1+ E mv1= y2) / / (1+y2 = y2=% (mol%)# y2 =78 / 78+92(1 = % (质量%) 改编：用板式精馏塔在常压下分离苯甲苯

8、溶液，塔顶采用全凝器，塔釜用间接蒸汽加热，平均相对挥发度为。 进料为150kmolh，组成为（摩尔分率）的饱和蒸汽，已知塔顶馏出液的流量为 kmol/h，塔顶馏出液中苯的回收率为，回流比为最小回流比的倍，求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液的组成；（2）塔釜采出液中甲苯的回收率（3）回流比（4）精馏段及提馏段操作线方程；解：(1) DXD = Fx F ， D+W = F = 150 Dx D + Wx W = Fx F =150 = 60 W= kmol/h x D=% x W = % (2) W(1x W) / F(1x F ) = ，(3) q=0， ye = x F = ， y = x

9、/ 1+1)x x e = R min = (x Dye) / (yex e) = /=R / R min= R=4(4) 精馏段操作线方程 y (n+1) = x nR / (R+1)+x D/ (R+1) = n + 提馏段操作线方程为y(n+1) = Lx n / VWx w / V q=0，V = (R+1)DF，L = DR， y(n+1)= x nRD / (R+1)DFWx w / (R+1)DF= n 14. 常压连续精馏塔分离二元理想溶液，塔顶上升蒸汽组成y1=（易挥发组分摩尔分率），在分凝器内冷凝蒸汽总量的1/2（摩尔）作为回流，余下的蒸汽在全凝器内全部冷凝作塔顶产品，操作

10、条件下，系统平均相对挥发度=，求： 塔顶产品及回流液的组成； 由塔顶第二层理论板上升的蒸汽组成。解：y1=, V=1kmol/h, L=1/2 kmol/h, D=1/2kmol/h, R=1, =,y0=x0/1+(-1)x0=(1+ -(1) 1y1=y0/2+x0/2 -(2) y0=2 代入(1) 2=(1+, &x0=,xD=y0=(1+= x1=y1/-(-1)y1= y2=Rx1/(R+1)+xD/(R+1) =2+2=20. 原料以饱和液体状态由塔顶加入，F=1kmol/s，xF= (摩尔分率，下同) ，塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求xD=，xw=，相对挥发度=，试求： 操

11、作线方程； 设计时若理论板数可增至无穷，F、xF和D不变，xD的最大值是多少解：F=D+W , 1=D+W , F xF =DxD+Wxw =D+W ,D=V= , W= , L=F=1 , y= (L/)xWx W/=(1/x y= 设顶部平衡 xD=y=xF/(1(1)xF)=(1+=，DxD= F xF 不可能。设底部平衡xw=0 xD= F xF/D= 21. 进料组成x F=(摩尔组成，下同)，以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入，塔底不再设再沸器，要求xD=，xW=，相对挥发度=，试求： 操作线方程; 设计时若理论板数可增至无穷，且D/F不变，则塔底产品浓度的最低值为多少解：F=D+W

12、, 设F=1 , 1=D+W , F xF =DxD+Wxw =D+W , D= , W= , V=F=1 , L=W= y = L /Vx + D x D / V = 设底部平衡xw=xF/(1)xF)=xD= (F xFWxw )/D= 不可能设顶部平衡 xD=1 , xw= (F xFD x D )/W= (22. 某精馏塔分离组分和水的混合物（其中为易挥发组分），xD= ，xW= ， x F = (均为摩尔分率)，原料在泡点下进入塔的中部。塔顶采用全凝器，泡点回流，回流比R=，塔底用饱和水蒸汽直接加热，每层塔板气相默夫里板效率mv=，在本题计算范围内，相平衡关系为=。试求： 从塔顶的第

13、一块实际板下降的液体浓度； 塔顶的采出率D/F。 解：（）q=，饱和水蒸汽用量V=V=（R1）D， 全凝器： 1=D = Emv=（12）（1*2）=（2）（12）=即： 2=1 （）由精馏段操作线方程：（R+1）2 =R1 D 2=1 （） 联解（）、（）式，得： 1 y2 = （）FV=DW， V=， F=DW 、 即: F=W （） FF=DxDWxW （） 式（）代入式（），消去W： D/F=（xFxW）/（xD）=（）（）=1. 当系统服从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，如果总压增大一倍，则与之平衡的气相浓度（或分压）(A) y增大一倍； (B) P增大一倍； (C) y减小一倍；

14、 (D) P减小一倍。 解：体系服从亨利定律，则： y*=E/Px ，现已知P增大一倍，即P=2P， x 、E不变, 则y*=y*/2 ，分压PA=Py*=PA， 平衡气相浓度y减小一倍，分压不变，故选择 (C)。 2. 在总压P=500 KN/m2、温度t=27下使含CO2 %（体积%）的气体与含CO2 370g/m3的水相接触，试判断是发生吸收还是解吸并计算以CO2的分压差表示的传质总推动力。已知：在操作条件下，亨利系数E=105 KN/m2。水溶液的密度可取1000kg/m3，CO2的分子量为44。 解：气相主体中CO2的分压为P=500=15 KN/m2；与溶液成平衡的CO2分压为:

15、P*=Ex；对于稀溶液: C=1000/18= kmol/m3，CO2的摩尔数n=370/(100044)=；xn/c=10-4； P*=10510-4=m2；P*P；于是发生脱吸作用。以分压差表示的传质推动力为P=P*-P = KN/m2 3. 总压100kPa，30时用水吸收氨，已知kG=10-6kmol/（m2skPa），kL=10-4m/s，且知x=时与之平衡的p*= kPa。求：ky、kx、Ky。（液相总浓度C 按纯水计） 解：ky= PkG =10010-6 =10-4kmol/m2s ，kx=CkL=10-4 = 10-2 kmol/m2s，m=E/P，E=p*/x，m=p*/P

16、x=(100=1/Ky=1/ky+m/kx=1/10-4)+m/10-2) =2604+= Ky=104 kmol/m2s(y);5. 在20和760mmHg，用清水逆流吸收空气混合气中的氨。混合气中氨的分压为10mmHg，经吸收后氨的分压下降到 mmHg。混合气体的处理量为1020kg/h，其平均分子量为, 操作条件下的平衡关系为y=。若吸收剂用量是最小用量的5 倍，求吸收剂的用量和气相总传质单元数。解：y1=p1/P=10/760= y2=p2/P=760=10-5-L/G=5(L/G)min=5(y1-y2)/(y1/m)=5 G=1020/=h L=3.756G=133kmol/h S

17、=m/(L/G)= NOG=1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S=。 7. 用填料塔从混合气体中吸收所含的苯。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），25，常压操作，入塔混合气体为每小时940标准3，入塔吸收剂为纯煤油，煤油的用量为最小用量的 倍，已知该系统的平衡关系Y=（摩尔比），已知气相体积传质系数Ya=kmol/，纯煤油的平均分子量Ms =170，塔径。试求：（）吸收剂的耗用量为多少Kg/h（）溶液出塔浓度X1 为多少（）填料层高度Z为多少解：=90%，y1=，Y1=y1/(1-y1)=； Y2=Y1(1-)=；G=940/=h；GB =G(1

18、-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)= ；OG=GB/(Y)=3600)/=1.12m；OG=(Y1-Y2)/Ym；Y1=Y1-Y1*=；Ym= OG=；=OGOG = m !8. 在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂吸收混合气体中的可溶组分。入塔气体中的摩尔分率y1 ，要求其收率A 95。操作条件下mV/ L（m可取作常数），平衡关系为Y = mX，与入塔气体成平衡的液相浓度X1*=。试计算: （1）操作液气比为最小液气比的倍数；

19、（2）吸收液的浓度x1； （3）完成上述分离任务所需的气相总传质单元数OG。 解：（1）Y1= 3/97 = ，x2= 0，Y2 =Y1 (1A ) =(1=由最小溶剂用量公式 (L / G) min = (Y1Y2) / (Y1/mx2) = m/ = 0.95m已知 mG / L = 则 L / G = (1 / ) m = (L/G)(L/G)min = m = Y1/ X1* = =（）由物料衡算式得: X1= (Y2Y1)/(L/G) = = （）OG =1/ (1-mG/L)ln(1-mG/L)(Y1mX2)/(Y2mX2)+mG/L、 =1/ lnY1/+ = 10. 用清水吸收

20、氨空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度y1=（摩尔比）, 吸收率90%，气液平衡关系y=。试求：(1)溶液最大出口浓度；(2)最小液气比； (3)取吸收剂用量为最小吸收剂用量的2倍时，传质单元数为多少(4)传质单元高度为0.5m时，填料层高为几米解：已知y1=，=90% ， y2=y1(1)=(1= ，x2=0， x1*=y1/=，(L/V)min=(y1y2)/(x1*x2)=，L/V=2(L/V)min=2= ，x1=(y1y2)/(L/V)+x2=/=， y2*=0，y1*=，ym =(0)ln/=NOG=(y1y2)/ym =/ = ， = m。11. 在填料层高为8m的填料塔中，用

21、纯溶剂逆流吸收空气H2S混合气中的H2S以净化空气。已知入塔气中含H2S %（体积%），要求回收率为95% ，塔在 1 atm、15下操作, 此时平衡关系为y=2x，出塔溶液中含H2S为（摩尔分率），混合气体通过塔截面的摩尔流率为100kmol/（m2h）。 试求：单位塔截面上吸收剂用量和出塔溶液的饱和度；气相总传质单元数；气相体积总传质系数。注：计算中可用摩尔分率代替摩尔比。 解 y1= ，y2=y1(1)=(1= ，L=(y1y2)/x1G=/100=211 kmol/m2h x1max=x1*=y1/m=2= ，x1/x1*=90%y1=y1mx1=2= ，y2=y2= ，ym=/ln（

22、= NOG=(y1y2)/ym=Z=G/KyaNOG Kya=G/ZNOG=100/8=165 kmol/m3h。13. 有一填料层高度为3m的逆流操作的吸收塔，操作压强为 1 atm，温度为23，用清水吸收空气中的氨气，混合气体流率为 18kmol/ ，其中含氨 6%（体积%），吸收率为 99%, 清水的流率为43kmol/，平衡关系为y=，气相体积总传质系数KGa与气相质量流率的次方成正比，而受液体质量流率的影响甚小。试估算在塔径、回收率及其他操作条件不变，而气体流率增加一倍时，所需填料层高度有何变化解：L/G=43/18= ，S=m/(L/G)= ，y1= ，y2=y1(1)=(1= ，

23、 N OG =1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S= H OG=h/N OG=3/= :当G一倍，G=2G=36kmol/m2h S=2S= N OG =1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S= ，H OG =(G/G)H OG= Z=6.79 m 填料层高度应增加3.79米。14. 有一填料层为3m的逆流吸收塔，操作压强为1atm，温度为20，用清水吸收空气中的氨, 混合气体流率为36kmol/m2h，其中含氨6%（体积%），吸收率为99%，清水流率为86kmol/m2h，平衡关系为y=，气相总传质系数KGa与气相质量流率的次方成正比， 而受液相质量流率的影响甚小。试估算在塔径、回收率及其

24、他操作条件不变，液体流率增加一倍时，所需填料层高度有何变化解： L/G = 86/36 = ， S = m/(L/G) = = ，y1=, y2 = y1(1) =(1 = NOG =1/(1S)ln(1S ) (y1y2*)/ (y2y2*)S = HOG = h / NOG = 3 / = 0.486m 当L一倍, L=2L ， s= m / (L/G) = s / 2 = ;NOG= 1 / (1S) ln (1S) (y1y2*)/ (y2y2*)S = 由于气相总传质系数受L 的影响很小, G 不变, 所以H OGH OG Z= N OGH OG= = 2.56 m 即所需填料层高度

25、可以降低。 15. 在一逆流操作的填料塔中，用含A组分%的矿物油吸收混合气中的A组分。已知进口混合气中A组分的含量为y1=%（以上均为mol%），操作压力为1atm。系统平衡关系服从拉乌尔定律。操作温度下A组分的饱和蒸汽压为380mmHg。试求 （1）出口矿物油中组分的最大浓度。（2）若组分的回收率为85%，求最小液气比。（3）当吸收剂用量为最小用量的3倍时，气相总传质单元高度H OG=,求填料层高度。（此时回收率不变）解：（1） PA=yAP=XAPA，yA=PA/PXA=380/760XA=，X1*=y1/=，（2）y2=(1-)y1=（3） (L/G)min =(y1-y2)/(x1*-

26、x2) = N OGH OG ，N OG=1/(1-1/A)ln(1-1/A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+1/A L=3Lmin ， S =m/(L/G)=(3= NOG=1/ln Z=3.805m17. 已知某填料吸收塔直径为1m，填料层高度4m。用清水逆流吸收空气混合物中某可溶组分，该组分进口浓度为8%，出口为1 %（均为 mol%），混合气流率为30kmol/h，操作液气比为2，相平衡关系y=2x。试求：操作液气比为最小液气比的多少倍气相总传质系数Kya。塔高为2 米处气相浓度。若塔高不受限制，最大吸收率为多少解：因为x2=0，所以（L/G）min=(y1-y2)/(y1/m)=2（）/=；（L/G）/（L/G）min=2/=倍；1因为 L/G=m=2，操作线与平衡线平行，且x2=0，ym=y2; 所以NOG=（y1-y2）/ym=（）/=7, HOG=Z/NOG=4/7m, Kya=G/（HOG）=30/（4/71）= kmol/m3h2NOG=Z/HOG=2/（4/7）= =（y1-y2）/y2=（）/y=,max=（y1-y2）/y1=1，因为y2=0，挟点同时出现在塔顶，塔底。