化工原理下 考试大题.doc

精品文档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（操作状态），原料中每立方米惰性气体含甲醇，吸收后水中含甲醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的。设在常压、下操作，吸收的平衡关系取为，甲醇回收率要求为，塔径为0.84 m 。试求：（1）水的用量为多少？（2）传质单元高度；（3）传质单元数；（4）填料层高度。1、解：（1） （1分） （1分） （1分）（2分） （2分）（2） (2分)（3） （4分）或用解析法求 （4） （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100，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。2、解：（）由相平衡方程 （1分）及进料方程 （1分）联立解得-0 取 （2分） 则 （1分） （2分） R= （1分）再由物料衡算方程 及 解得 （3分） （2）已知 （1分）由相平衡关系 （1分）再由精馏段操作线方程解得 （2分）3 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 0.5，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为0.95和0.10，采用回流比为最小回流比的1.5倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度=2.40。 (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+W FFDw 30=D+W 300.5=D0.95+W0.10 D=14.1kmol/h W=15.9kmol/h xe=xF=0.5, e=e1+(-1)e=2.400.5/1+(2.40-1)0.5=0.706 Rmin=（De）（ee）(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18 R=1.51.18=1.77 y=R/(R+1)x+D（R+1)=1.77/(1.77+1)x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343 1D0.95 11y1(1）=0.95/(2.40-0.95(2.40-1)=0.888 20.639x1+0.343=0.6390.888+0.343=0.910 20.910/2.40-0.910(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，干燥操作使物料的 湿基含量由减至，干燥介质是湿空气，初温为，湿度o水绝干空气，经预热器加热至后进入干燥器中，离开干燥器时废气 温度为，若在干燥器中空气状态沿等线变化。试求： （）水分蒸发量 ； （）绝干空气消耗量 绝干气； （）干燥收率为时产品量 ； （）如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为多少3？ 答文（）c（12） 1（） 2（） c（） 绝干料 （） （）（21） 1o 水绝干气 1，2 2未知，可通过12求算 1(1.01+1.881)1+249011.011+(1.881+2490)1 2(1.01+1.882)2+249021.012+(1.882+2490)2 2（1.01120+(1.88120+2490)0.009-1.0140）（1.8840+2490） 水绝干气 0.1024/(0.041-0.009) 绝干气 （）22 2c（2） （） （）H 3.1974(0.772+1.244o)(o+273)/273 3.1974(0.772+1.2440.009)(20+273)/273 3 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（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25，入塔混合气体为每小时标准3，入塔吸收剂为纯煤油，煤油的耗用量为最小耗用量的.倍，已知该系统的平衡关系Y=.X（其中Y、X为摩尔比），已知气相体积传 质系数Y a.035Kmol/m3.s，纯煤油的平均分子量s ，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？ 答文解：（1） =90%, yb=0.05,进口： Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.05263 （mol苯/mol气体） 出口 Ya=Yb(1-)=0.005266 （气体苯流量） V=940/22.4=41.96 kmol/h （气体流量） VB =V(1-yb)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h (Ls /VB )min =(Yb-Ya)/(Yb/m) =(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126 Ls =1.5Ls min =1.50.12639.87=7.536 kmol/h =7.536170 Kg/h=1281Kg/h （2）Xb =(Yb-Ya)/（1.5(Ls /VB )min ） =(0.05263-0.00526)/(1.50.126)=0.251 xb=Xb/(1+Xb)=0.2006 （3）OG =VB /(Y ) =(39.87/3600)/(0.0350.7852)=1.12 m OG =(Yb-Ya)/Ym Yb=Yb-Yb*=0.05263-0.140.251=0.01749 Ya =Ya-Ya*=0.005260=0.00526 Ym =(0.01749-0.00526)/ln(0.01749/0.00526)=0.01018 OG =(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65 OGOG =1.124.65=5.2 m 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40:60。采用纯溶剂S=200kg，溶剂比S / F为1，脱出溶剂后萃余液浓度=0.3（质量分率），选择性系数b = 8。试求：萃取液量为多少kg？解： 7在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为l 000kg/h，温度为20 ，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20 ，相对湿度为50%，将空气预热至100 进干燥器，出干燥器的温度为50 ，湿度为0.06 kg/kg绝干气。20 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QP1.解：（）（6分）新鲜空气消耗量，即 绝干物料 所以 20 时空气的饱和蒸气压为 （2）预热器的加热量p，用式 11-31计算p，即 （4分） 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100 kmol/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 （2）精馏段操作线方程 （2分）（3）提馏段的液、气相负荷 （4分）2. （4） （2分）9在101.3 kPa及25 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Y1=0.0417、Y2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨利系数为4.13103 kPa，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；9（1） （6分）吸收剂为清水，所以 所以操作时的液气比为 吸收液的组成为 （2） （4分） 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0.6（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.02。泡点进料。（1）求每获得1kmol/h馏出液时的原料液用量F；（2）若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？（3）假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6，求上升到加料板上的气相组成。（物系的平均相对挥发度为3）11解：（1）求当D1kmol/h时F为多少？已知xF=0.6，xD0.9，xW0.02，D1kmol/h，由全塔物料衡算可得： （2分）代入已知量可得：可求出，解出W0.52kmol/h，F1.52kmol/h。（2分）（2）求R/Rmin，已知泡点进料q1，则xqxF0.6（1分），由气液平衡方程：（2分）求Rmin，（2分）求R/Rmin，（倍）（1分）（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y2kmol/h（1分）泡点进料q1，已知F1.52kmol/h，W0.52kmol/h，xW0.02，x10.6提馏段操作线方程为：，代入已知量：，即（3分）所求（1分）12在恒定干燥条件下的箱式干燥器内，将湿染料由湿基含水量45%干燥到3%，湿物料的处理量为8000湿染料，实验测得：临界湿含量为30%，平衡湿含量为1%，总干燥时间为28h。试计算在恒速阶段和降速阶段平均每小时所蒸发的水分量。12解：w1 = 0.45 kg水/kg干料 w2 = 0.03 kg水/kg干料 同理 X0 = 0.429 kg水/kg干料 X* = 0.01 kg水/kg干料 （4分） （1分） （1分）1 = 0.312（2分） 又 + = = 28h （1分） 1 = 6.6h 2 = 21.4h（2分）Gc = 8000(10.45) = 4400 kg干料（2分） kg水/h（1分） kg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 kmol/m2h(DY)，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 kmol/h（2） m m14有苯和甲苯混合物，含苯0.4，流量1000 kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍，已知相对挥发度a = 2.5。试求（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。解：（1） （2） q线方程： 平衡线方程：联立求得： 精馏段操作线：（3） 由平衡线方程可得：由精馏段操作线：15（12分） 干球温度为20 、湿度为0.009 kg水kg绝干气的湿空气通过预热器加热到80 后，再送至常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为35，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求（1）1 m3原湿空气在预热过程中焓的变化；（2）1 m3原湿空气在干燥器中获得的水分量。（3）2 m3原湿空气在预热器中的加热量。1. 解：（解：（1）1 m3原湿空气在预热器中焓的变化 当、kg/kg绝干气时，计算kJ/kg绝干气。 当、kg/kg绝干气时，计算kJ/kg绝干气。 故1 kg绝干空气在预热器中焓的变化为 原湿空气的比体积 故1 m3原湿空气焓的变化为 （2）1 m3原湿空气在干燥器中获得的水分 由、kg/kg绝干气求出空气离开干燥器时的湿度kg/kg绝干气。故1 m3原空气获得的水分量为 （3） 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50 kmol/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，得及解得 R = 3，xD = 0.952（2）进料热状况参数及原料液组成 由于及解得 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 其一般表达式为式中有关参数计算如下 则 17在一直径为0.8 m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45 kmol/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，气相总体积吸收系数为0.0562 kmol/(m3s)。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。3. 解： 惰性气体的流量为水的用量为 求填料层高度 2在一连续精馏中分离苯、甲苯的混合，进料量为100kmol/h，原料液中苯0.4，塔顶馏出液中苯的回收率为83.3%，塔底馏出液中含苯0.1（以上均为摩尔分数），原料液为饱和液体进料，笨甲苯的相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的3倍，塔底为主凝器，。（1）馏出液及釜残夜量（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。（3）离开塔顶第一层理论板的液相组成解：（1）馏出液及釜残夜量（2）塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体量。当原料液位饱和液体进料时q=1 =0.952/0.4-2.5*(1-0.952)/(1-0.4)/(2.5-1)=1.453 （3）离开塔顶第一层理论板的液相组成=0.952 =2.50.952=2.5 =0.8883.一连续干燥器中，每小时处理湿物料1000kg经干燥后物料含水量有8%降至2%（均为湿基）湿度为0.009kg水/kg，绝干气的新鲜空气经预热器预热后进入干燥器后空气湿度为0.022kg水/kg绝干气。（1）水分蒸发量（2）新鲜空气的消耗量。解：（1）水分蒸发量=1000*(1-0.08)=920kg/h第一种解方法： =1000-938.8=61.2kg/h=0.017kg/s 第二种解方法： 代入数据解得W=61.2kg/h（2）新鲜空气的消耗量。新鲜空气消耗量：4每小时将15000kg含苯40%（质量分数下同）和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残夜中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%.（p17 1-4）（1）求出馏出液和釜残液的流量及组成以及摩尔流量及摩尔分数表示。解：苯的摩尔质量为78，甲苯的摩尔质量为92进料组成釜残液组成原料液的平均摩尔质量依题意知所以全塔物料衡算 或 联立式a、式b、式c，解得， 5在一单壳程、四管程管壳式换热器中，用水冷却热油，冷水在管内流动，进口温度为15，出口温度为32，。热油在壳方流动，进口温度为20，出口温度为40，热油流量为1.25kg/s，平均比热容为1.9KJ/（kg*）。若传热的总传热系数为470W/（*），试求换热器的传热面积。(p236 4-8)解：换热器传热面积可根据总传热速率方程求得，即，换热器的传热量为=1.25*1.9*10(120-40)=190kW1-4型管壳式换热器的对数平均温度差先按逆流计算，即温度差校正系数为： 由图4-17（a）中查得：，所以故6.在单效蒸发器中将每小时5400kg、20%NaOH水溶液浓缩至50%。原料液温度为60，平均比热容为3.4 KJ/（kg*），加热蒸汽与二次蒸汽的绝对压强分别为400KPa及50KPa，操作条件下溶液的沸点为126 ，总传热系数为K=1560W/（KJ/（*）。加热蒸汽的冷凝饱和水在饱和温度下排除。热损失忽略不计。试求（1）考虑浓缩热时 加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量传热面积（2）忽略浓缩热时 加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量若原料液的温度改为30及126，分别求一项。(p310 5-3)解：从附录分别查出加热蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有关参数如下400kPa:蒸汽的焓H=2742.1kJ/kg,汽化热r=2138.5kJ/kg 冷凝水的焓 kJ/kg,温度T=143.450kPa:蒸汽的焓H=2644.3kJ/kg,汽化热r=2304.5,温度T=81.2（1）考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗量蒸发量 kJ/kg由图5-14查出60时20%NaOH水溶液的焓、126时50