化工原理试卷打印

1.每小时将2×104kg、45℃氯苯用泵从反应器A输送到高位槽B管出口处距反应器液面的垂直高度为15m，反应器液面上方维持26.7kPa的绝压，高位槽液面上方为大气压，管子为?76mm×4mm、长26.6m的不锈钢管，管壁绝对粗糙度为0.3mm。管线上有两个全开的闸阀、5个90°标准弯头。45℃氯苯的密度为1075 kg?m-3，粘度为6.5×10-4 Pa·s。泵的效率为70%，求泵的轴功率。 解：如图，取1-1、2-2界面，以1-1截面为基准面

2p1u12p2u2?z1??He??z2???g2g?g2g?hf,1?2 p1 = 26.7kPa（绝压），z1 = 0, u1 ? 0

2?104qV??5.168?10?3m3?s?11075?3600p2 = 101.3kPa（绝压）z2 = 15m

5.168?10?3u2??1.42m?s?10.068?1.42?1075?Re??1.6?105?0.0682?46.5?104

2p?p1uHe?2?z2?2?hf,1?2hf,1?2?hf,直?hf,直?hf,进?2hf,闸?5hf,弯?g2g

22lu26.61.420.3680.23h????0.0293????0.1?(?)?0.0293f,直d2g0.0682?9.81=1.178 681.6?105??hf,局1.422?(0.5?2?0.17?5?0.75)?2?9.81=0.4717m

(101.3?26.7)?1031.422He??15??1.178?0.47171075?9.812?9.81=23.83m

Ne = HeqV?g = 23.83 ? 5.168 ? 10-3 ? 1075 ? 9.81 = 1.30 ? 103W

1.30?103??1.86?103W?1.86kW0.7Na = ?

Ne

2.质量流量为7000kg·h-1的常压空气，要求将其由20℃加热到85℃，选用108℃的饱和蒸汽作加

热介质。若水蒸气的对流传热系数为1×10 4W·(m2·K)-1，空气在平均温度下的物性数据如下：比热容为1kJ·(kg·K)-1，导热系数为2.85×10 -2W(m·K)-1粘度为1.98×10-5Pa·s，普兰特准数为0.7 。现有一单程列管式换热器，装有?25mm×2.5mm钢管200根，长2m，此换热器能否完成上述传热任务？

7000?1000?(85?20)?126389W3600解： (108?20)?(108?85)7000?Tm?u???30.95kg?m2?s?1108?20?ln3600??0.022?200108?854= 48.44

du?0.02?30.95Re???31263?1.98?10?5

??

3.某一常压连续精馏塔内对苯-甲苯的混合液进行分离。原料液组成为0.35（mol%,下同），该物

qn,D系的平均相对挥发度为2.5,饱和蒸汽进料。塔顶采出率为

qn,F?40%，精馏段操作线方程为

，求： ⑴ 提馏段操作线方程式；⑵ 若塔顶第一块板下降的液相组成为0.7，该板的气相默夫里效率EmV,1

yn?1?0.75xn?0.20qn,F?100kmol?h?1xxR0.2?d?dR?13?1 xd = 0.8 R?1 R = 3 解：（1）

qn,Dxf?xw0.35?xw???0.4qn,Fxd?xw0.8?xw0.75? xw = 0.05

qn,Dqn,F?40% ? ? qn,D = 0.4 ? 100 = 40kmol?h-1

qn,W = qn,F - qn,D = 100 – 40 = 60 kmol?h-1 qn,V = ( R + 1) qn,D = (3 + 1 ) ? 40 = 160 kmol?h-1 ? = 0 qn,V/ = qn,V - qn,F = 160 – 100 = 60 kmol?h-1 qn,L/ = qn,L = qn,V - qn,D = 160 – 40 = 120 kmol?h-1 提馏段操作线方程：

ym?1?

*y1?qn,Lqn,V//xm?qn,Wqn,V/xW = 2xm – 0.05

(2)

y2 = 0.75 ? 0.7 + 0.2 = 0.725 y1 = 0.8

2.5x12.5?0.7??0.85731?(2.5?1)x1 1?(2.5?1)?0.7

Em,V,1?

4.用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为200 kmol/h，露点进料，进料浓度为0.5，塔顶馏出液浓度为0.96，釜液浓度为0.1(以上均为易挥发组分的摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为3，塔顶采用全凝器，泡点回流。塔釜间接蒸汽加热，且塔釜汽化量为最小气化量的1.5倍。试求：

（1）塔釜的气化量；（2）离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。\\

解：（1）先作全塔物料衡算求出D：

F=D+W FxF=DxD+WxW

即 解出

200= D+W 200×0.5=0.96 D+0.1 W D=93.0 kmol/h, W=107 kmol/h

yq?y1?y20.8?0.725??0.5669*y1?y20.8573?0.725

?xxq1?(??1)xq?3xq1?2xq?0.5因是露点进料，q=0及yq=xF=0.5,故 解出 xq=0.225

Rmin?xD?yqyq?xq?0.96?0.5?1.670.5?0.225解：（2）求空气用量 蒸发水分量

因水分在干燥器进出口处焓值相等，所以I1=I2，即

（1.01+1.88H1)t2+2500 H1=(1.01+1.88H2) t2+2500 H2 因H1=H0=0.01 kg/kg, t1=70℃, t2=45℃, 故有

W?G2w1?w20.12?0.03?1000??10.23 kg/h1?w11?0.12

（1.01+1.88×0.01) ×70+2500×0.01=(1.01+1.88H2) ×45+2500H2

解得H2=0.107 kg/kg 干空气用量 L=W/(H2-H1)=102.3/(0.107-0.01)=1054.6 kg/h 湿空气质量流量 L’=L(1+H1)=1054.6(1+0.01)=1065.1 kg/h 湿空气的平均分子量 M=1.01/(1/29+0.01/18)=28.8 初始状态下的湿空气的体积流量

1065.1?103?8.314?(273?25)nRT28.8V???904.3 m3/h?0.251 m3/s2P101.325?10

7. 一连续操作的常压精馏塔用来分离苯–甲苯混合液，原料液流量为500 kmol/h，泡点进料，

进料浓度为0.5，欲使塔顶含苯0.95 ，塔底含苯0.05 (以上均为摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为2.5，R=1.5Rmin, 塔顶蒸汽先进入分凝器，所得冷凝液全作回流，未冷凝的蒸汽进入全凝器，得最后产品。试求：

（1）塔顶和塔底产品量；（2）塔顶第一层理论板上升的蒸汽组成。

解：（1）塔顶和塔底产品量根据总的物料衡算和苯的物料衡算得知： F = D+Wn F xF =D xD+W xW 即500 = D + W 500×0.5=0.95 D+0.05 W 解出

D=250 kmol/h, W=250 kmol/h

（2）求塔顶第一块理论板上升气相组成

因分凝器也起到一块理论板的作用，所以从分凝器出来的汽相组成y1与回流液组成x0成平衡关

? x02.5 x0y0?xD?0.95??1?(? -1)x01?1.5?x0系，即 ：解得：x=0.884

0

因系泡点进料, q=1, 所以q线与平衡线的交点坐标xq=0.5，yq可用平衡关系式求得，即：

? Rmin?xD?yqy?x?qqyq=2.5×0.5/(1+1.5×0.5)=0.714 即 R=1.5 Rmin=1.5×1.103=1.655

因y1与x0成操作关系，故根据精馏段操作线方程式可得塔顶第一块塔板上升的蒸汽组成，即

xR1.6550.95y1?x0?D??0.884??0.909R?1R?11.655?12.655

0.95?0.714?1.1030.714?0.5

8.拟在直径为1 m的填料吸收塔中，用清水逆流吸收空气混合物中的可溶组分，混合气的处理量为30 kmol/h,气液相平衡关系为y=2x。已知该可溶组分的进口浓度为8%（摩尔分数，下同）。现要求其出口浓度不大于1%，取操作液气比为L/G=2，此时气相总体积传质系数Kya=0.0186

选择：1. 水以2m·s-1的流速在?35mm×2.5mm钢管中流动，水的粘度为1×10-3Pa·s，密度为1000kg·m-3,其流动类型为（湍流）。

2. 离心泵原来输送水时的流量为qV，现改用输送密度为水的1.2倍的水溶液，其它物理性质可视为与水相同，管路状况不变，流量（不变）。

7. 饱和空气在恒压下冷却，温度由t1降至t2，其相对湿度?（不变），绝对湿度H（减小），露点td（不变）。

8. 已知物料的临界含水量为0.2kg水/kg绝干物料，空气的干球温度为t，湿球温度为tw，露点为td 。现将该物料自含水量X1=0.45 kg水/kg绝干物料，干燥至X2= 0.1kg水/kg绝干物料,，则干燥物料表面温度?（?﹥tw） 。

1.一操作中精馏塔，若保持F，xF，q，V’(塔釜上升蒸汽量）不变，减小D，则塔顶易挥发组分回收率不变 。 1.低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=2×10-5 kmol/m3.s,, 则此体系属 液膜 控制。

1.对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其溶解度系数H将 不变 ，亨利系数E将 不变 。

填空：1. 某圆形管道外有两层厚度相等的保温材料A和B，温度分布线如右上图（b）中所示，则λA﹤λ

B (填“﹥”或

“﹤”)，将A层材料放在里层时保温效果更好。

2. 化工生产中最常用的载热体（加热剂）为氧，常用的冷却剂为饱和蒸汽和水 3. 采用饱和蒸汽加热某一种冷流体，若保持冷流体的进口温度T1/、加热蒸汽压力P不变，现冷体流量增加，则冷流体出口温度T2/_降低，传热速率?_增大总传热系数K增大 ,传热平均温度差△Tm增大。

4. 用纯水逆流吸收有害气体，平衡关系为YA*=1.5XA，若进塔气体浓度为YA,1=0.1，要求尾气浓度为YA,2=0.01，拟用液气比qn,c/qn,B = 2，则出塔溶液浓度为XA,1=0.045。若改变液气比，溶液可能达到的最高浓度为0.0667。

5. 在96 ℃时,苯-甲苯的相对挥发度为2.44。在此温度下,纯苯的饱和蒸气压为160.5 kPa,则纯甲苯饱和蒸气压为 6.5779 Pa。

6. 某一全回流操作的精馏塔，已知相对挥发度为2.45，若x2 = 0.35(mol%)，y3 = 0.35 。 8. 已知某物料在25℃的平衡曲线。设含水量X=0.4kg水/(kg绝干) 的该物料与φ = 65% 的空气接触，其X* = 0.07kg水/（kg绝干）。当空气的φ = 100%时，X* = 0.27 kg水/（kg绝干）。则物料自由水分量为0.33 kg水/（kg绝干）， 结合水分量为0.27 kg水/

（kg绝干），非结合水分量为0.13 kg水/（kg绝干）。

2.85?10?2?312630.8?0.70.4?空?0.023Rp?0.023??112.1W?m?2?K?1 0.02dd?dd111251?2?2??2????0.0113K?1d1?dm?2?1d1?2112.1?201?104

?126398A需???29.48m2K?Tm88.5?48.44K = 88.5W?m-2?K-1

?0.8e0.4rA实A实 = n?d外l = 200 ? ? ? 0.025 ? 2 = 31.42m2

A需?1.066? 1.1 ?能完成上述传热任务。

2.某厂填料吸收塔，填料高10m，用清水洗去尾气中有害组分。在正常情况下，测得原料气中含有害组分0.02(比摩尔分数，下同)，尾气中含有害组分0.004，吸收液含有害组分0.008。在工作范围内相平衡关系为YA?1.5XA。问⑴ 该工况下气相总传质单元高度HOG为多少？⑵ 因法定排放浓度YA,2=0.002，计划将塔加高，若液气比不变，填料层需加高多少？

?qn,c解：（1）

qn,B?YA,1?YA,2XA,1?XA,2?0.02?0.004?20.008?0

NOG?

?mqn,BYA,1?mXA,2mqn,B?1ln?(1?)??mqn,B?qY?mXq??n,CA,2A,2n,C?1?qn,C?

或 ?YA,1 = YA,1 – mXA,1 = 0.02 – 1.5 ? 0.008 = 8?10-3 ?YA,2 = YA,2 – mXA,2 = 0.004

11.50.02?01.5??ln?(1?)??2.77?1.5?20.004?02?1?2

?YA,m?YA，0.02?0.0041?YA,2?3??5.77?10YA,1?mXA,18?10?3lnlnYA,2?mXA,20.004?0NOG?YA,1?YA,2

(2) 其他条件不变，YA,2变，则NOG不变

?YA,m?0.02?0.004?2.775.77?10?3HOG?10?3.612.77

NOG?

?mqn,BYA,1?mXA,2mqn,B?1ln?(1?)/??mqn,B?qqY?mXn,Cn,C?A,2A,2??1?qn,C? /

H = HOG? NOG = 3.61? 4.66 = 16.82m ?H = 16.82 – 10 = 6.82 m

11.50.02?01.5??ln?(1?)??4.66?1.5?20.002?02?1?2

精馏段最小上升蒸汽量为

Vmin=(Rmin+1)D=(1.67+1)×93=248.3 kmol/h

提馏段最小上升蒸汽量（即为塔釜最小气化量）为：

塔釜气化量为 V'?1.5Vmin?1.5?48.3?72.4kmol/h

(2)离开第二层理论板的液相浓度x2

? V'?V?F?(R?1)D?FV'min?Vmin?(q?1)F?248.3?(0?1)?200?48.3kmol/h

72.4=(R+1)×93－200

y?Rx1.930.96x?D?x??0.659?0.328R?1R?11.93?11.93?1 y?解得R=1.93

精馏段操作线方程式为：

平衡线关系式为：

逐板计算：

?x3x?1?(??1)x1?2x

3x10.96?1?2x1 因塔顶为全凝器，泡点回流，y1=xD=0.96 根据平衡关系式由y1求x1,即：

解得 x1=0.889

根据提馏段操作线方程式由x1求y2: y2=0.659x1+0.328=0.659×0.889+0.328=0.914

3x20.914?1?2x2再依平衡关系式由y2求x2: 解得 x2=0.780

5.某厂有一填料吸收塔，直径为880 mm，填料层高6 m，所用填料为56 mm的拉西环。在25℃及101.325 kPa（绝压）时，每小时处理2000 m3含5%（体积）丙酮的空气-丙酮混合气，处理时用水作溶剂，塔顶送出的尾气中含丙酮0.263%（体积）。塔底送出的溶液中每kg含丙酮61.2 g。在上述操作条件下，平衡关系为y*=2x。根据上述所测出的数据，试求： （1）气相总传质系数Kya；（2）每小时回收的丙酮量。 解：（1）求体积总传质系数

mG/L?m(x1?x2)/(y1?y2)?2(0.01983?0)/(0.05?2.63?10?3)?0.8372NOG?HOGG?1mGy1?mx2mG10.05ln[(1?)?]?ln[(1?0.8372)?0.8372]?8.4?3mGLy2?mx2L1?0.83722.63?101?L?h/NOG?6/8.4?0.714 m2000273??83.2 kmol/h22.4293G83.2?HOG???191.6 kmol/(m3?h)?0.053 kmol/(m3?s)?Kya?0.714??0.8824-3

（2）每小时回收的丙酮量 GA=G(y1-y2)=83.2×(0.05-2.63×10)=3.94 kmol/h=228.5 kg/h

6.有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000 kg/h (以干燥产品计）。物料水分由12%降至3%（均为湿基），空气的初温为25℃，湿度为0.01 kg水/kg干空气，经预热器后升温至70℃，干燥器出口废气的干球温度为45℃。 设空气在干燥器进出口处焓值相等。试求：

（1）在H-I图上表示空气的状态变化过程； （2）初始状态下的空气用量为多少m3/s？

kmol/m3.s。试求：

（1）操作液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需的填料层高度。 解：（1）操作液气比与最小液气比之比 据已知y1=0.08, y2=0.01, x2=0, y=2x

y1?y2y1?y2L0.08?0.01L/G2)min?*???1.75??1.14Gy/m?x0.08/2?0(L/G)1.75x?x12min12所以

((2) 所需的填料层高度

HOG?G?Kya?30/36000.0186??4y?0.57 m传质单元高度

由物料衡算式有 x=G(y1-y2)/L

NOG??y12y?12

dyy?y*??y12据传质单元数的定义

因mG/L=2/2=1 填料层高度h=NOG×HOG =7×0.57=3.99 m

NOG??y12ydymGy?(y?y2)L

dyy1?y20.08?0.01???7y2y20.01

dyy??y12y?mx9.在常压下用连续干燥器干燥含水1.5%（湿基）的物料。干燥器的处理能力为G1=2.56 kg/s，物

料进口温度为25℃，产品出口温度为35℃，其中含水0.2% (湿基)，绝干物料的比热为1.842 kJ/kg.K，原湿空气的湿度为0.0165 kg水/kg干空气，在预热器内加热至95℃后再送入干燥器，干燥器中不再补充热量。已知空气离开干燥器时的干球温度为65℃，干燥器中热损失为586 kJ/kg汽化水，试求：(1) 干燥产品流量；(2) 空气消耗速率（kg干空气/s）。 解：干燥产品流率 G2 = G1(1-w1)/(1-w2)=2.56×(1-0.015)/(1-0.002)=2.527 kg/s (2)空气消耗速率 蒸发水分量 W=G1-G2=2.56-2.527=0.033 kg/s 对干燥器作热量衡算 湿物料带入热 G2 Cm tm1+ WCl tm1 空气带入热L I1 湿物料带出热 G2 Cm tm2 空气带出热L I2 热损失 586W G2Cmtm1+WCltm1+LI1=LI2+G2Cmtm2+586W 又 Cm=(1-w2)Cs+w2Cl=(1-0.002) ×1.842+0.002×4.187=1.847 kJ/kg.K

I1=(1.01+1.88×0.0165) ×95+2500×0.0165=140.1kJ/kg I2=(1.01+1.88H2) ×65+2500H2=65.65+2622.2H2

2.527×1.847×25+0.033×4.187×25+140.1L=(65.65+2622.2H2)L+2.527×1.847×35+586×0.033

L(74.45-2622.2H2)=62.56 （1）

又 L=0.033/(H2-H1)=0.033/(H2-0.0165) （2） 联立（1）（2）解得 L=4.782 kg干空气/s

H2 = 0.234kg水/kg干空气

10. 从某矿石焙烧炉出口的含尘气体，依次经过一个降尘室和一个旋风分离器进行除尘，气体流量为1000m3·h-1，含尘量为10g·m-3，此时总除尘效率为90%，其中50%由降尘室除去。现气体流量增加为1100 m3·h-1，降尘室除尘量减小

1. 在常压下，20℃时，氨在空气中的分压为15.2 kPa, 与之平衡的氨水浓度为15 kg NH3/100 kg H2O，此时m=1.095。

2. 将相对挥发度为2.47的某二元混合物在全回流操作的塔中进行精馏，现测得全凝器中冷凝液组成为0.98，塔内第二层塔板上升的汽相组成为0.969，则离开塔顶第一层塔板的液相浓度为_0.969，塔顶第一层板的汽相默弗里效率为0.611 3. 等速干燥阶段物料表面的温度等于_干燥介质，热空气的湿球温度。

4. 常压下乙醇-水溶液的y-x图上，有一点是平衡线与对角线的交点M, 此点溶液称为恒沸热 其两相的浓度相等。

5. 将含水量为0.5 kg水/kg绝干料的某物料与一定状态的空气接触，测出物料的平衡水分为0.05 kg水/kg绝干料，则此物料的自由水分为0.5 kg水/kg绝干料___。 6. 将含SO2为10%（体积）的气体混合物与浓度为0.020 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为PA*=1.62CA (atm)，则SO2将从气相向液相转移，以气相组成表示的传质总推动力为0.0626atm。 7. 临界湿含量与哪些因素有关？（举其中四个因素）

物料的含水性质、大小、形态、堆积厚度,干燥介质的温度、湿度、流速以及同物料的接触状态（由干燥器类型决定）

1. (5分) 某精馏塔的设计任务为：已知原料量和组成分别为F, xF要求塔顶塔底组成分别为xD，xW设计时若选定的回流比R不变，加料状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需的理论板数NT_减少_，提馏段上升蒸汽量_减少_，提馏段下降液体量_增加_，精馏段上升蒸汽量__不变__，精馏段下降液体量_不变___。 2. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=1.5x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=2×10-5 kmol/m3.s,, 则此体系属___气膜__控制。

3. (4分) 精馏操作有__5 种加料热状况，其中_冷液进料_加料时进料位置最高；而在__过热蒸汽__进料时，进料位置最低。用图解法求理论板时，在F，xF，xD，q，xW，R和操作压力P 7个参数中与_F无关。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3qrd.html