化工原理(下)

.第七章 传质与分离过程概论3. 在直径为0.012 m、长度为0.35 m的圆管中，CO气体通过N2进行稳态分子扩散。管内N2的温度为373 K，总压为101.3 kPa，管两端CO的分压分别为70.0 kPa和7.0 kPa，试计算CO的扩散通量。解：设 ACO； BN2 查附录一得 8. 有一厚度为8 mm、长度为800 mm的萘板。在萘板的上层表面上有大量的45 的常压空气沿水平方向吹过。在45 下，萘的饱和蒸汽压为73.9 Pa，固体萘的密度为1 152 kg/m3，由有关公式计算得空气与萘板间的对流传质系数为0.016 5 m/s。 试计算萘板厚度减薄5所需要的时间。解：由式（7-45）计算萘的传质通量，即 式中为空气主体中萘的浓度，因空气流量很大，故可认为；为萘板表面处气相中萘的饱和浓度，可通过萘的饱和蒸气压计算，即 kmol / m3 设萘板表面积为S，由于扩散所减薄的厚度为b，物料衡算可得第八章 气体吸收填空题试题工业生产中的吸收操作以流操作为主。标准答案：逆试题相平衡常数m值越大，气体的溶解度越。标准答案：小试题用水吸收SO2的过程通常被视为控制的吸收过程。标准答案：双膜试题填料塔顶部常称为端。标准答案：稀试题气体吸收的原理是根据混合气体中各组分在液体溶剂中的不同实现的。标准答案：溶解度试题气体的扩散系数与体系压力成比。标准答案：反试题对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而。标准答案：增大试题对于一定的溶质和溶剂，溶解度系数H值随温度升高而。标准答案：减小试题用水吸收氧气的过程通常被视为控制的吸收过程。标准答案：液膜试题吸收填料塔底部常称为端。标准答案：浓试题常用填料综合性能最好的是填料。标准答案：丝网波纹试题对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而。标准答案：减小试题难溶气体的亨利系数E值比易溶气体值。标准答案：大试题用水吸收氨、氯化氢的过程通常被视为控制的吸收过程。标准答案：气膜试题工业生产中，吸收操作主要采用塔为主。标准答案：填料简答题试题双膜模型要点：双膜模型又称为停滞膜模型，由惠特曼提出。（1分）在相互接触的气液两相间存在一个稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄的停滞膜气膜和液膜，（1分）溶质经过两膜层的传质方式为分子扩散。（1分）在气液相界面处，气液两相处于平衡状态，无传质阻力。（1分）在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由于流体强烈湍动，各处浓度均匀一致，无传质阻力。（1分）试题吸收剂的选择要点：吸收剂对溶质组分应具有较大的溶解度，传质推动力大，吸收速率快。（1分）对溶质组分有良好吸收的同时，对混合气体其它组分基本不吸收，较好的选择性。（1分）;操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，挥发度小，减少吸收剂的损失。（1分）操作温度下吸收剂的黏度要低，流动阻力小。（1分）无毒性、无腐蚀性，不易燃、不发泡，价廉易得，并具有化学稳性。（1分）试题填料塔结构及原理要点：填料塔塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆（或整砌）的方式放置在支承板上。（1分）液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，在填料表面形成均匀的液膜，并沿填料表面流下。（1分）气体从塔底送入，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙。（1分）填料塔属于连续接触式气液传质设备，气相为连续相，液相为分散相。（1分）填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。（1分）计算题2. 在温度为25 及总压为101.3 kPa的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m3的水溶液接触。试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。已知操作条件下，亨利系数kPa，水溶液的密度为997.8 kg/m3。解：水溶液中CO2的浓度为对于稀水溶液，总浓度为 kmol/m3水溶液中CO2的摩尔分数为 由 kPa气相中CO2的分压为 kPa 故CO2必由液相传递到气相，进行解吸。 以CO2的分压表示的总传质推动力为 kPa3. 在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为、。气膜吸收系数kG=5.210-6 kmol/(m2skPa)，液膜吸收系数kL=1.5510-4 m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H0.725 kmol/(m3kPa)。 （1）试计算以、表示的总推动力和相应的总吸收系数； （2）试分析该过程的控制因素。解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为 kPa 其对应的总吸收系数为 kmol/(m2skPa) 以液相组成差表示的总推动力为 其对应的总吸收系数为 （2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为6. 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0.056 2 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。解： 惰性气体的流量为水的用量为 求填料层高度 9. 某制药厂现有一直径为1.2 m，填料层高度为3 m的吸收塔，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。入塔混合气的流量为40 kmol/h，溶质的含量为0.06（摩尔分数）；要求溶质的回收率不低于95%；操作条件下气液平衡关系为Y = 2.2X ；溶剂用量为最小用量的1.5倍；气相总吸收系数为0.35 kmol/ (m2h)。填料的有效比表面积近似取为填料比表面积的90。试计算（1）出塔的液相组成；（2）所用填料的总比表面积和等板高度。解：（1） 惰性气体的流量为 （2） m由 填料的有效比表面积为填料的总比表面积为由 由 填料的等板高度为 10. 用清水在塔中逆流吸收混于空气中的二氧化硫。已知混合气中二氧化硫的体积分数为0.085，操作条件下物系的相平衡常数为26.7，载气的流量为250 kmol/h。若吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为92%。试求水的用量（kg/h）及所需理论级数。 解： 用清水吸收， 操作液气比为 水的用量为 用清水吸收， 由 第九章 蒸馏填空题试题一般填料公称直径与塔径的比值应小于。标准答案：1/8试题非理想溶液的平衡分压可用修正的定律表达。标准答案：拉乌尔试题随着q值加大，提馏段操作线的斜率和截距的绝对值变。标准答案：小试题漏液量达的气流速度为板式塔操作的下限气速。标准答案：10%试题简单蒸馏又称为蒸馏，是一种分批操作的单级蒸馏过程。标准答案：微分试题对于气液混合进料而言，q值即表示进料中分数。标准答案：液相试题按照塔内气液流动的方式，可将塔板分为式与逆流式。标准答案：错流试题对于热敏性物料，宜采用蒸馏。标准答案：真空试题精馏与普通精馏的本质区别是。标准答案：回流试题从减少雾膜夹带考虑，大多数塔都控制在状态下操作。标准答案：泡沫接触试题平衡蒸馏又称为蒸馏，是一种连续、稳态的单级蒸馏过程。标准答案：闪蒸试题原料液一次加入釜中的间隙精馏只有段。标准答案：精馏试题一般的蒸馏或精馏操作是以液体混合物中各组分的差异为依据的。标准答案：挥发度试题板式塔操作中，液面落差将导致气流分布不均，从而造成现象。标准答案：漏液试题最早使用的工业填料是。标准答案：拉西环试题为减少壁流现象，可间隔一定高度在填料层内设置装置。标准答案：液体再分布试题在相同的汽化率条件下，单级蒸馏过程中蒸馏可获得更好的分离效果。标准答案：简单（或微分）试题用以计算全回流下的Nmin称为方程。标准答案：芬斯克（Fenske）试题愈大，相图中平衡曲线偏离对角线愈远，愈易分离。标准答案：相对挥发度试题为了保证填料层的充分润湿，液体喷淋极限称为密度。标准答案：最小喷淋试题精馏过程是在精馏塔内将部分汽化和部分有机耦合的过程。标准答案：冷凝试题精馏段和提馏段两操作线交点轨迹的方程又称为q线方程或方程。标准答案：进料试题对于真空精馏，塔板成为主要性能指标。标准答案：压力降简答题试题精馏过程的控制和调节要点：由相平衡关系可知，在一定的总压下，混合物系的泡点和露点均取决于混合物的组成，因此可以用容易测量的温度来预测塔内组成的变化。（1分）可用塔顶、塔底温度分别反映馏出液和釜液组成。（1分）高纯度分离，一般不能用简单的测量塔顶温度来控制馏出液组成。（1分）塔内存在某层塔板温度变化最显著，即灵敏板。（1分）可以测量和控制灵敏板的温度来保证产品质量，灵敏板通常靠近进料口。（1分）试题板式塔构造及原理要点：板式塔由圆柱形壳体、塔板、溢流堰、降液管及受液盘等部件组成。（1分）操作时，塔内液体依靠重力作用，由上层塔板的降液管流到下层塔板的受液盘，然后横向流过塔板，从另一侧的降液管流至下一层塔板。（1分）气体在压力差的推动下，自下而上穿过塔板，鼓泡通过塔板的液层。（1分）在塔板上，气液两相密切接触，进行热量和质量的交换。（1分）两相组成沿塔高呈阶梯式变化，液相为连续相，气相为分散相。（1分）试题恒摩尔流假定要点：恒摩尔气流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板上升的气体摩尔流量各自相等，但两段上升的气相摩尔流量不一定相等。（1分）恒摩尔液流是指在精馏塔内，从精馏段或提馏段每层塔板下降的液相摩尔流量各自相等，但两段下降的液相摩尔流量不一定相等。（1分）假设成立的主要条件是混合物中各组分的摩尔汽化热相等。（1分）气液接触时因温度不同交换的显热可忽略。（1分）塔身保温良好，可忽略热损失。（1分）试题泡点、露点的区别要点：在温度组成图中，冷液温度升到饱和液体线时，产生第一个气泡的温度称为泡点，其对应主体为饱和液体。（2分）过热蒸气温度降到饱和蒸气线时，凝结出第一个液滴的温度称为露点，其对应主体为饱和蒸汽。（2分）若气、液两相组成相同，则气相露点温度总是大于液相泡点温度。（1分）试题萃取精馏与恒沸精馏的比较要点：萃取剂比夹带剂易于选择（1分）。 萃取精馏的能耗低（1分）。萃取剂加入量变动范围较大，操作灵活易控制（1分）。萃取精馏不易采用间歇操作（1分）。恒沸精馏操作温度较萃取精馏要低（1分）。计算题2试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯甲苯混合液在总压100 kPa和10 kPa的相对挥发度和平衡的气相组成。苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压和温度的关系为式中p的单位为kPa，t的单位为。苯甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100 kPa和10 kPa对应的泡点分别取94.6 和31.5 ）解：本题需试差计算（1）总压p总100 kPa初设泡点为94.6，则 得 kPa同理 kPa或 则 （2）总压为p总10 kPa通过试差，泡点为31.5，=17.02kPa，5.313kPa随压力降低，增大，气相组成提高。4在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（苯的摩尔分数，下同）苯甲苯混合液，其流量为100 kmol/h。已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。解：（1）馏出液的流量和苯的收率 （2）馏出液的最大可能流量当A=100%时，获得最大可能流量，即 5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）提馏段的液相负荷。解：（1）馏出液的流量和组成由全塔物料衡算，可得 kmol/h=54.55 kmol/hkmol/h=45.45 kmol/h（2）精馏段操作线方程（3）提馏段的液相负荷7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。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 = 0.9522）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： kmol/h = 25.32 kmol/hkmol/h =111.54 kmol/hkmol/h = 86.22 kmol/h则 9在板式精馏塔中分离相对挥发度为2的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为0.95（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05，原料液组成为0.6。已测得从塔釜上升的蒸气量为93 kmol/h，从塔顶回流的液体量为58.5 kmol/h，泡点回流。试求（1）原料液的处理量；（2）操作回流比为最小回流比的倍数。解：（1）原料液的处理量 由全塔的物料衡算求解。对于泡点进料，q = 1kmol/h=34.5 kmol/h则 解得 kmol/h（2）R为Rmin的倍数R = 1.70对于泡点进料，Rmin的计算式为 于是 14在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分的摩尔分数，下同），饱和蒸气加料。已知精馏段操作线方程为y = 0.75x+0.20，试求（1）操作回流比与最小回流比的比值；（2）若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，该板的气相默弗里效率EMV1。解：（1）R与Rmin的比值 先由精馏段操作线方程求得R和xD，再计算Rmin。由题给条件，可知解得 对饱和蒸气进料，q = 0，yq = 0.35则 （2）气相默弗里效率 气相默弗里效率的定义式为 （1）式中 将有关数据代入式（1），得第十一章 固体物料的干燥习题解答填空题试题无孔吸水性物料的临界含水量比多孔物料。标准答案：大试题对流干燥过程中，干燥介质既是载热体又是载。标准答案：湿体试题物料中细胞壁内的水分及小毛细管内的水分属于。标准答案：结合水试题传质分离过程可分为平衡分离和分离两大类。标准答案：速率试题一定干燥条件下不能被除去的那部分水称为。标准答案：平衡含水量试题降速阶段的干燥速率称为物料内部控制阶段。标准答案：迁移简答题试题简述干球和湿球温度要点：干球温度是空气的真实温度，即用普通温度计测出的湿空气的温度，简称温度，用t表示。（1分）用湿纱布包扎温度计水银球感温部分，保持棉布湿润，这种温度计称为湿球温度计。（1分）水分气化所需的汽化热由水分本身温度下降放出显热而供给。（1分）水分温度会不断下降，直至空气传给水分的显热恰好等于水分汽化所需的潜热，湿球温度计上的温度不再变化，此时温度称为该湿空气的湿球温度（2分）。计算题1. 已知湿空气的总压力为100 kPa，温度为50 ，相对湿度为40%，试求（1）湿空气中的水汽分压；（2）湿度；（3）湿空气的密度。 解：（1）湿空气的水汽分压 由附录查得50 时水的饱和蒸气压，故 （2）湿度 （3）密度 m3湿空气/kg绝干气 密度 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，物料离开干燥器时温度升至60 ，湿物料的平均比热容为3.28 kJ(kg绝干料)。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，干燥器的热损失可按预热器供热量的10计。试求（1）计算新鲜空气的消耗量；（2）预热器的加热量Qp；（3）计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数；（4）干燥系统的热效率。 解：（）新鲜空气消耗量，即 绝干物料 所以 20 时空气的饱和蒸汽压为 （2）预热器的加热量p，用式 11-31计算p，即 （3）加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数 加热物料耗热总耗热量加热物