化工课堂例题

1、2020/8/8,1,例5-1：在常压及20下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa，在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数E，溶解度系数H，及相平衡系数m。(氨水密度可取为1000kg/m3),2020/8/8,2,例5-2：某系统温度为10，总压为l01.3kPa，试求在此条件下与空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克氧气?(此条件下亨利系数E=3.31*106kpa),因为,所以,故,解：空气按理想气体处理，由道尔顿分压定律可知：氧气在气相中的分压为,2020/8/8,3,例5-3：已知服从亨利定律的某一低

2、浓度气体的吸收，其气膜传质分系数kg=0.27 kmolm-2h-1atm-1和液膜传质分系数kl =0.42 mh-1, 试求气相传质总系数（KG）和液相传质总系数（KL）。已知其平衡关系y*=102x，吸收剂（H2O）从塔顶喷淋，塔内操作压力为786mmHg。,2020/8/8,4,例5-4 含氨极少的空气于101.33kPa、20下被水吸收。已知气膜传质系数kG=3.1510-6kmol/(m2skPa)，液膜传质系数kL=1.8110-4kmol/(m2skmol/m3)，溶解度系数H=0.72kmol/(m3kPa)。气液相平衡关系服从亨利定律。求：气相总传质系数及液相总传质系数。

3、【解】因为物系服从亨利定律故有：,气膜阻力占总阻力的百分数为：,属气膜控制,2020/8/8,5,例5-5：用20的清水逆流吸收氨空气混合气中的氨，已知混合气体温度为20，总压为101.3 kPa，其中氨的分压为1.0133 kPa，要求混合气体处理量为773m3/h，水吸收混合气中氨的吸收率为99。在操作条件下物系的平衡关系为： 若吸收剂用量为最小用量的2倍，试求(1)塔内每小时所需清水的量为多少kg？(2)塔底液相浓度（用摩尔分数表示）。,2020/8/8,6,实际吸收剂用量L=2Lmin=223.8=47.6kmol/h 856.8 kg/h (2)X1=X2+V(Y1-Y2)/L=0+

4、,2020/8/8,7,例5-6：某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m，进料混合气组成为0.04(组分的Amol分率，下同)，出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y*=2.5X (X、Y*均为摩尔比)，试求： 1）L/V为(L/V)min的多少倍？ 2）所需填料层高度。 3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？,2020/8/8,8,解：,1）L/V为(L/V)min的倍数,2020/8/8,9,对数平均推动力法,2）所需填

5、料层高度,2020/8/8,10,3）尾气浓度下降后所需的填料层高度,尾气浓度,2020/8/8,11,例5-7：用SO2含量为1.110-3(摩尔分数)的水溶液吸收含SO2为0.09（摩尔分数）的混合气中的SO2。已知进塔吸收剂流量为 37800kg/h，混合气流量为100kmol/h，要求SO2的吸收率为80%。在吸收操作条件下，系统的平衡关系为Y*=17.8X，求气相总传质单元数。,2020/8/8,12,例6-1：质量分数与摩尔分数的相互换算: (1)甲醇-水溶液中，甲醇(CH3OH)的摩尔分数为0.45，试求其质量分数。(2)苯-甲苯混合液中，苯的质量分数为0.21，试求其摩尔分数。

6、,解：x与w之间的换算关系为：,(2),所以: (1),例6-2：用一连续精馏装置在常压下，分离含苯41%（质量%，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时处理的原料量为8570kg。操作回流比为3，试计算： （1）塔顶及塔底的产品量； （2）精馏段上升蒸汽量及回流液量；,分析：,求W、D,全塔物料衡算,求V、L,已知R,解：,（1）产品量,(2)上升蒸汽量及回流量,精馏段：,例6-3：在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量为14000kg/h，组成wF为0.3（二硫化碳的质量分数，下同）。若要求釜液组成w

7、W不大于0.05，馏出液回收率为90。试求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔分数表示。 解： 原料液平均摩尔质量 MF=0.46576+(1-0.465)154=117.7kg/kmol 所以 F=14000 / 117.7=118.95 kmol/h,馏出液回收率 DxD / FxF =90% DxD=0.9118.950.465=49.78 由全塔物料衡算 F=D+W 118.95=D+W FxF=DxD+WxW 118.950.465=0.9118.950.465+0.096W 解之 D=61.33kmol/h 故 xD=49.78 / 61.33=0.81,例6-4：在一连续精馏

8、塔中分离苯-甲苯混合液，要求馏出液中苯的含量为0.97（摩尔分数），馏出液量6000kg/h，塔顶为全凝器，平均相对挥发度为2.46，回流比为2.5，试求：（1）第一块塔板下降的液体组成x1；（2）精馏段各板上升的蒸汽量及下降液体量。 解：（1）因塔顶为全凝器，所以 y1=xD=0.97 （2） L=RD=2.576.51=191.3kmol/h V=(R+1)D=(2.5+1)76.51=267.8kmol/h,例6-5：某理想混合液用常压精馏塔进行分离。进料组成含A81.5，含B18.5（摩尔百分数，下同），饱和液体进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸气加热。要求塔顶产品为含A95，塔釜为含B

9、95，此物系的相对挥发度为2.0，回流比为4.0。试用（1）逐板计算法，（2）图解法分别求出所需的理论板层数及进料板位置。 解：（1）逐板计算法 由于塔顶为全凝器，所以 y1=xD=0.95 由相平衡方程式及精馏段操作线方程式： 由上两式交替计算至 x3=0.759 xF,由相平衡方程式与上述提馏段操作线方程式交替计算至 x10=0.036 xW 所以理论板层数NT=10-1=9层（不包括塔釜）。,例7-1：有一液相反应A+B=R，已知反应为二级反应，速率方程为rA=kcAcB，反应速率常数k=0.2Lmol-1min-1，现在一容积为1L的间歇反应装置中进行。反应开始时，反应器中cA0=2.

10、40molL-1， cB0=1.60molL-1。求档反应物B的转化率达到75%时，需要多少时间？,例8-1：在等温间歇反应器中进行乙酸乙酯皂化反应：,该反应对乙酸乙酯及氢氧化钠均为一级。反应开始时乙酸乙酯及氢氧化钠的浓度均为0.02 mol/L，反应速率常数等于4.6L/(molmin)。试求乙酸乙酯转化率分别达到 80、90和 95时的反应时间。,得： XA=80%，t = 43.5min； XA=90%，t = 97.8min； XA=95%，t = 206.5min,解：,例8-2：在间歇釜式反应器中,己二酸与己二醇以等物质的量比,在343K时进行缩聚反应生产醇酸树脂，以硫酸为催化剂，

11、其反应速率方程式为rA=kcAcB，cA=cB。在343K时，k=1.97Lkmol-1min-1。己二酸的起始浓度cA0= 0.004 kmol.L-1。若每天处理2400kg己二酸，己二酸的转化率为80%，每批操作的辅助时间为1h，试计算反应器的总容积。装料系数取0.75。,解： rA =kcAcB=kcA2,平均每小时要处理的物料体积为：,则间歇反应器的反应体积为：,间歇反应器的实际容积为：,间歇反应器的总容积为2.16m3。,例8-3：己二酸(A)与己二醇(B)以等物质的量比，在343K时进行缩聚反应生产醇酸树脂。由实验测得其反应速率方程式为rA=kcAcB，cA=cB，在343K时，

12、k=0.1182m3kmol-1h-1。A的分子量为146， A的起始浓度cA0=4 kmol.m-3。若每天处理2400kg己二酸，己二酸的转化率为80%和90%时，试计算使用理想管式反应器所需的容积。并与间歇釜式反应器进行比较。,解：根据平推流反应器中二级反应的公式：,t VR VT,转化率80%,间歇反应釜 9.46 1.62 2.16 理 想 管 式 8.46 1.45 1.45,转化率90%,间歇反应釜 20.04 3.43 4.57 理 想 管 式 19.04 3.25 3.25,两类反应器所需容积：VR间VR平。,间歇反应器有辅助时间和装料系数的影响。,例8-4：己二酸(A)与己

13、二醇(B)以等物质的量比，在343K时进行缩聚反应生产醇酸树脂。由实验测得其反应速率方程式为rA=kcAcB，cA=cB，在343K时，k=0.1182m3kmol-1h-1。A的分子量为146， A的起始浓度cA0=4 kmol.m-3。若每天处理2400kg己二酸，己二酸的转化率为80%，试计算使用全混流反应器所需的容积。,解：根据全混流反应器中二级反应的公式：,比前面几类反应器所需容积都大。,生产苯酚和丙酮。该反应为一级反应，反应温度下反应速率常数等于0.08s-1，最终转化率达98.9，试计算苯酚的产量。（1）如果这个反应器是间歇操作反应器，并设辅助操作时间为15min；（2）如果是全

14、混反应器；（3）试比较上述两问的计算结果；（4）若过氧化氢异丙苯浓度增加一倍，其他条件不变，结果怎样？,例8-5：在一个体积为300L的反应器中，86等温下将浓度为3.2mol/L的过氧化氢异丙苯溶液分解：,t=ln1/(1-xA)/k=56.37s=0.94min Vr= Q0(t+t0)=300L Q0=300/15.94=18.82L/min 苯酚浓度C苯酚= CA0 xA=3.20.989=3.165 mol/L 苯酚产量Q0C苯酚=18.823.165=59.56mol/min=335.9kg/h (2) 全混流反应器 Vr= Q0 CA0 xAj/k CA0(1xAj)= Q0 XAj/k(1xAj) Q