化工原理下册部分题

1、1. 某双组分理想物系当温度 t=80时， PA° =106.7kPa， PB° =40kPa，液相摩尔组成 xA=0.4，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°)(PA° PB° ) ；0.4=(P 总 40)（ 106.7 40）P 总 =66.7kPa；yA=xA· PA° P 总 =0.4× 106.766.7=0.64（） =PA° PB° =106.7 40=2.675. 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

2、操作线方程分别为 y=0.723x+0.263和 y'=1.25x'-0.0188，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=0.723x+0.263(精馏段 )y =1.25x -0.0188(提馏段 ) R/(R+1)=0.723R=2.61 xD/ (R+1)=0.263x =3.61×0.263=0.9494D两操作线交点时 ,y=yx=x 0.723x+0.263=1.25x-0.0188xF =0.5347饱和液体进料q=1, x F = x =0.

3、5347提馏段操作线经过点 (x W， x W) y =x wW0.0188xW=0.0752=1.25x由全塔物料衡算F=D+WF x F = D x D + W x WD =(x F x W)/(x Dx W)F=(0.5347-0.0752)/(0.9494-0.0752)×75=39.42kmol/h饱和液体进料V=V=L+D=(R+1)D=3.61×39.42=142.3kmol/h6. 已知某精馏塔进料组成 xF=0.5，塔顶馏出液组成 xD=0.95，平衡关系 0.8 0.2，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 m

4、in = (x D y q)/(y q x q )(1) ；yq=0.8 x q + 0.2(2) ；y q = qx q/ (q 1)x f/ (q 1)(3) q=0, 由(3) yq=xf=0.5，由 (2) xq = (0.5-0.2)/0.8=0.375，R min =(0.95-0.5)/(0.5-0.375)=3.6 q=1, 由(3) xq =xf =0.5，由 (2) yq =0.8×0.5+0.2=0.6，R min = (0.95-0.6)/(0.6-0.5)=3.59. 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%

5、 ,塔顶产品组成 xD，产量D=50kmol/h，回流比min ，设全=95R=2R塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度=3。求： 1.Rmin(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 = 0.5,y q =3× 0.5/(1+2× 0.5)=1.5/2=0.75R min / (Rmin +1)=(0.95-0.75)/(0.95-0.5)=0.20/0.45=4/9Rmin=4/5=0.82.V=V=(R+1)D=(2×0

6、.8+1)×50=130kmol/h3.y=R/(R+1)x + x D / (R+1)=0.615x+0.36512.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=2.4。(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，FxFDWxW=Dx30=D+W ， 30×0.5 = D×0.95+W×0.10

7、 D=14.1kmol / hW=15.9kmol / h（ 2） xq F，=x = 0.5yq = xq1+ ( 1)xq =2.4× 0.5/ 1+ (2.4 1)×0.5 = 0.706 R min =(xDyq)(yq xq)=(0.950.706) / (0.706 0.5)=1.18， R =1.5 × R min =1.5× 1.18=1.77精馏段的操作线方程为：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

8、 y1( 1)=0.95 / (2.4 0.95× (2.41) = 0.888y2=0.639x1+0.343 = 0.910，x2= 0.910 / 2.40.910× (2.40-1) = 0.80818. 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 2.47。 进料为 150kmol h，组成为 0.4（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 0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为 0.95，求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液的组成； （ 2）精馏段及提馏段操作线方程；（ 3）回流比与最小回流比的

9、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 0.6，全凝器凝液组成为 0.98，求由塔顶第二块板上升的汽相组成。解： (1) D·XD = 0.97·F·x F ， W· (1x W) = F· (1x F ) × 0.95，D+W=F=150D·x D + W· x W = F·x F =150× 0.4 = 60W=87.3 kmol/hD=62.7 kmol/hx D=92.8%x W = 2.06%(2) 精馏段操作线方程y (n+1) = x n ·R /

10、(R+1)+xD/ (R+1) =0.8x n + 0.1856提馏段操作线方程为y(n+1)' = L'· x n' / V' W·x w / V'q=0， V' = (R+1)DF，L' = DR，y(n+1)'= x n'· R· D / (R+1)D FW·x w / (R+1)DF=1.534x n'0.011(3) q=0，ye = x F = 0.4，y = · x / 1+ 1)x x e = 0.02125R min = (x Dye)

11、/ (y ex e) = (0.928 0.4)/(0.4 0.2125)=2.816R / R min = 4/2.816 =1.42（ 4） E mv1= (y1 y2 ) / (y 1* y2 ) = 0.6y1*= × x1/ 1+ 1)x1全回流时 y2 = x1 ， y1 = x D = 0.98 y1*=2.47·y2 / (1+1.47y2) E mv1= (0.98 y2) / 2.47y 2 / (1+1.47y2)y2 = 0.6 y2=96.93% (mol%)y2 ' =78× 0.9693 / 78× 0.9693+9

12、2× (10.9693) = 96.4% (质量 %)改编：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2.47。 进料为 150kmol h，组成为 0.4（摩尔分率）的饱和蒸汽，已知塔顶馏出液的流量为62.7 kmol/h ，塔顶馏出液中苯的回收率为 0.97，回流比为最小回流比的 1.42 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) D·XD· ·xF ，D+W=F=150= 0.97FD·x D +

13、W· x W = F·x F =150× 0.4 = 60W=87.3 kmol/hx D=92.8%x W = 2.06%(2) W· (1x W) / F· (1 x F ) = 0.95，(3) q=0，ye = x F = 0.4，y = · x / 1+ 1)xR min = (x Dye) / (y ex e) = (0.928 0.4)/(0.4 0.2125)=2.816x e = 0.02125R / R min = 1.42R=4(4) 精馏段操作线方程 y (n+1) = x n·R / (R+1)+x

14、 D/ (R+1) =0.8x n + 0.1856 提馏段操作线方程为 y(n+1)' = L'· x n' / V' W·x w / V' q=0， V' = (R+1)DF，L' = DR，y(n+1)'= x n'· R· D / (R+1)D FW·x w / (R+1)DF=1.534x n'0.01114. 常压连续精馏塔分离二元理想溶液， 塔顶上升蒸汽组成y1=0.96（易挥发组分摩尔分率） ，在分凝器内冷凝蒸汽总量分凝器全凝器的 1/2（摩尔）作为

15、回流，余下的蒸汽在全凝器内全部冷凝y1LxD作塔顶产品，操作条件下，系统平均相对挥发度 =2.4，求： 1x1x0 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=0.96,V=1kmol/h,L=1/2 kmol/h,D=1/2kmol/h,R=1,=2.4, y0=× x0/1+( -1)x0=2.4x0/(1+1.4x 0)-(1)1×y1=y0/2+x0/2-(2)y0=2×0.96-x0代入 (1)2× 0.96-x0=2.4x0/(1+1.4x0),x0=0.944,xD=y0=2.4× 0.944/(1+1.

16、4×0.944)=0.976 x1=y1/ -( -1)y1=0.96/(2.4-1.4 ×0.96)=0.909,y2=Rx1 ×/(R+1)+xD/(R+1) =0.909/2+0.976/2=0.94320. 原料以饱和液体状态由塔顶加入， F=1kmol/s， xF=0.5 (摩尔分率，下同 ) ，塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求 xD=0.65， xw =0.03，相对挥发度 =2.7，试求： 操作线方程；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 xFDw××

17、=Dx +Wx0.5=D0.65+W 0.03 ,D=V =0.758 ,W=0.242 ,L=F=1 ,y= (L / )xW· x W/ =(1/0.758)x 0.242× 0.03/0.758 y =1.32x0.00958 设顶部平衡 xD FF××0.5)=0.73=y= x /(1(1)x )=2.7 0.5/(1+1.7DxD=0.553> F xF 不可能。设底部平衡 xw=0 DFx = F x/D=0.6621. 进料组成 x F=0.2(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=0.9

18、5，xW=0.11，相对挥发度 =2.7，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 , 设 F=1 ,1=D+W ,F xF =DxD+Wxw0.2=D× 0.95+W×0.11 , D=0.107 , W=0.893 , V=F=1 , L=W=0.893y = L /V· x + D xD / V = 0.893x0.1017设底部平衡 xw=xF/( ( 1)xF)=0.0847xD= (F xFWxw )/D=1.16不可能设顶部平衡xD=1 ,xw = (F xF D x D )

19、/W=0.10422. 某精馏塔分离组分和水的混合物（其中为易挥发组分） ， xD= 0.95， xW= 0.1， x F = 0.5 (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=1.5，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=0.5，在本题计算范围内，相平衡关系为=0.5 0.5。试求：从塔顶的第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=（R 1）D2.5D，全凝器： 1=D =0.95Emv=（ 1 2）（ 1* 2）=（0.95 2）（ 0.510.5 2）=0.5即：0.52 1 （）

20、=0.70.25由精馏段操作线方程：（R+1） 2=R1 D2.52=1.51 0.95 （）联解（）、（）式，得： 10.927y2 = 0.9365（） FV=DW，V=2.5D， F2.5D=DW即:F1.5D=W （）F F=DxDWxW （）式（）代入式（），消去 W：D/F=（xF xW）/ （xD 1.5xW）=（0.50.1）（ 0.951.5×0.1）=0.3641. 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；(D) P 减小一倍。解：体系服从亨利定律

21、， 则： y*=E/P·x ，现已知 P 增大一倍，即 P=2P， x 、E不变, 则 y* =y*/2，分压 AAP =P·y* =P ， 平衡气相浓度 y 减小一倍，分压不变，故选择(C)。2.在总压2、温度 t=27下使含 CO2（体积 ）的气体与含2P=500 KN/m3.0%CO370g/m 3 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=1.73× 105 KN/m 2。水溶液的密度可取 1000kg/m 3， CO2 的分子量为。44解：气相主体中 CO2 的分压为×2；

22、与溶液成平衡的 CO2 分P=500 0.03=15 KN/m压为 :P*=Ex；对于稀溶液 :C=1000/18=55.6 kmol/m 3 ， CO2 的 摩 尔 数 n=370/(1000 × 44)=0.00841； x n/c=0.00841/55.6=1.513× 10-4； P*=1.73× 105× 1.513×10-4=26.16KN/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 =11.16 KN/m23. 总压 100kPa，30时用水吸收氨，已知G-6kmol/ （m2·s·

23、; kPa），k =3.84× 10-4m/s ，且知 x=0.05时与之平衡的 p*=6.7kPa。求： k、k 、K 。（液k =1.83× 10Lyxy相总浓度 C 按纯水计）解： ky= PkG =100×3.84× 10-6 =3.84×10-4kmol/m 2·s ， kx=CkL=55.6×1.83× 10-4 = 1.02×10-2 kmol/m 2·s，m=E/P，E=p*/x ，m=p*/P · x=6.7/(100 ×0.05)=1.341/K y=1/

24、k y+m/k x=1/(3.84 ×10-4)+m/(1.02 ×10-2) =2604+131.4=2735.4 Ky=3.656×104 kmol/m 2· s( 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 0.051 mmHg。混合气体的处理量为1020kg/h ，其平均分子量为28.8, 操作条件下的平衡关系为y=0.755x。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=0.01316 y2=p2/P=

25、0.051/760=6.71×10-5 L/G=5(L/G)min =5(y1-y2)/(y 1/m)=5(0.01316-6.71*10 -5)/(0.01316/0.755)=3.756G=1020/28.8=35.42kmol/hL=3.756G=133kmol/h S=m/(L/G)=0.755/3.756=0.201NOG。=1/(1S)ln(1S)Y1/Y2+S=6.337. 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，

26、煤油的用量为最小用量的1.5倍，已知该系统的平衡关系Y=0.14X（摩尔比） ，已知气相体积传质系数Ya=0.035kmol/m 3.S，纯煤油的平均分子量Ms =170，塔径 0.6。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=0.05 ， Y1=y1/(1-y1)=0.05/(1-0.05)=0.05263 ；Y2=Y1(1- )=0.005266；G=940/22.4=41.96kmol/h ；GB =G(1-y1)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h；(Ls/GB)min=(Y1-

27、Y2)/(Y1/m)=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126；Ls=1.5Lsmin=1.5×0.126× 39.87=7.536kmol/h=7.536×170Kg/h=1281Kg/h；X1=(Y1-Y2)/（1.5(Ls/GB)min ）=(0.05263-0.00526)/(1.5×0.126)=0.251； x1=X1/(1+X1)=0.2006 ； OG=GB/( Y )=(39.87/3600)/(0.035 × 0.785 × 0.6)=1.12m； OG=(Y1-Y2)/ Ym；

28、 Y1=Y1-Y1*=0.05263-0.14× 0.251=0.01749Y2=Y2-Y2*=0.00526；Ym=(0.01749-0.00526)/ln(0.01749/0.00526)=0.01018 OG=(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65； = OG× OG =1.12×4.65=5.2 m8. 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 0.03，要求其收率 A 95。操作条件下 mV/ L 0.8（ 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* =0

29、.03。试计算 :（ 1）操作液气比为最小液气比的倍数； （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 = 0.03093，x2 = 0，Y2 =Y1 (1 A ) =0.03093× (1 0.95)=0.00155由最小溶剂用量公式(L / G) min = (Y1Y2) / (Y1/m x2) = m·(0.0310.00155)/0.031 = 0.95m已知mG / L = 0.8则L / G = (1 / 0.8 ) m = 1.25m (L/G) (L/G)min =1.25/0.95=1.316

30、 m = Y1/ X1* = 0.03093/0.03=1.031（）由物料衡算式得 :X1= (Y2Y1)/(L/G) = (0.03093-0.00155)/ (1.25×1.031) = 0.0228 （） OG =1/ (1-mG/L) ×ln(1-mG/L) ·(Y1 mX2)/(Y 2 mX2)+mG/L=1/ (1-0.8) × ln(1-0.8)· Y1/(0.05Y1)+0.8 = 7.8410. 用清水吸收氨空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度 y1=0.01（摩尔比） , 吸收率 90%，气液平衡关系 y=0.9x。试求

31、： (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=0.01， =90% ，y2=y1(1 )=0.01(10.9)=0.001 ，x2=0，x1*=y1 /0.9=0.01/0.9=0.0111，(L/V)min=(y1 y2)/(x 1* x2)=(0.01-0.001)/0.0111=0.811，L/V=2(L/V)min=2×0.811=1.62，x1=(y1y2)/(L/V)+x 2=(0.010.001)/1.62=0.00556，y2*=0，

32、y1*=0.9×0.00556=0.005，ym =(0.01 0.005) (0.001 0) ln(0.01 0.005)/0.001=0.0025NOG=(y1y2)/ym =(0.010.001)/0.0025 =3.6 ， =0.5×3.6=1.8 m。11. 在填料层高为 8m 的填料塔中，用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H2 S 2.8%（体积 %），要求回收率为 95% ，塔在1atm、 15下操作 ,此时平衡关系为y=2x，出塔溶液中含H2S为0.0126（摩尔分率），混合气体通过塔截面的摩尔流率为100kmol/

33、 （m2·h）。 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=0.028 ，y2=y1(1 )=0.028(10.95)=0.0014 ，L=(y1y2)/x 1× G=(0.0280.0014)/0.0126×100=211 kmol/m 2hx1max=x1*=y 1/m=0.028/2=0.014 ， x1 /x 1*=0.0126/0.014=90% y1 11 ×，2 2，=ymx =0.028 2 0.0126=0.0028y =y =0.0014ym=(0

34、.00280.0014)/ln （0.0028/0.0014)=0.00202N =(y y2)/y =13.2OG1m Z=G/K ×NOG××3h。yaKya=G/Z NOG=100/813.2=165 kmol/m13. 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/m 2.h ，其中含氨6%（体积 %），吸收率为99%, 清水的流率为 43kmol/m 2.h，平衡关系为 y=0.9x，气相体积总传质系数KGa与气相质量流率的0.8 次方成正比，而受液体质量流率的影响甚

35、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=4318=2.39 ，S=m/(L/G)=0.9/2.39=0.377 ，y1=0.06 ，y =y (1 )=0.06(1 0.99)=0.0006 ， NOG=1/(1 S)ln(1S)Y /Y+S=6.642 11 2H OG=h/N OG=3/6.64=0.451当 G一倍， G =2G=36kmol/m2=2S=0.754hSNOG =1/(1 12 ，HOG=(G /G)0.2×H OGS )ln(1S )Y /Y +S =13.1=0.518Z=13.1×

36、0.518=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/m 2·h，其中含氨 6%（体积 %），吸收率为99%，清水流率为86kmol/m 2·h，平衡关系为y=0.75x，气相总传质系数KGa 与气相质量流率的0.8 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 = 2.39，S = m/(L/G) = 0.75/2.39 = 0.314，

37、y1=0.06,y2 = y1(1 ) =0.06× (1 0.99) = 0.0006NOG =1/(1 S)·ln(1 S ) ·(y1y2*)/ (y 2 y2*) S = 6.17HOG = h / NOG = 3 / 6.17 = 0.486m当 L一倍 , L =2L ， s= m / (L/G) = s / 2 = 0.157NOG = 1 / (1S ) · ln (1 S ) ·(y1y2*)/ (y 2 y2*) S = 5.26 由于气相总传质系数受 L 的影响很小 , G 不变 , 所以 H OG H OGZ= N OG× H OG= 5.