山东科技大学2011复习化工原理下计算题及答案

一、计算题

1 拟用内径为1.8 m逆流操作的吸收塔,在常温常压下吸收氨—空气混合气中的氨。已知空气的摩尔流量为0.14 kmol·s-1,进口气体中含氨的体积分数为0.020,出口气体中含氨的体积分数为0.0010,喷淋的稀氨水溶液中氨的摩

-4-1

尔分数为5.0×10，喷淋量为0.25 kmol·s。在操作条件下,物系服从亨利定律,Y*=1.25 X,体积吸收总系数KY a=4.8×10-2 kmol·m-3·s-1。试求: (1) 塔底所得溶液的浓度; (2) 全塔的平均推动力?Ym;

(3) 吸收塔所需的填料层高度。 (1) Y1 =

y11?y1x21?x2=

0.0201?0.020=0.0204 Y2 =

y21?y2=

0.00101?0.0010=0.0010

X2 ==

0.000501?0.00050=0.00050 X1=X2+

FBFC(Y1-Y2)=0.00050+

0.140.25(0.0204-0.0010)=0.0114

(2)?Y1=Y1 -mX1=0.0204-1.25×0.0114=0.00615 ?Y2=Y2-mX2=0.001-1.25×0.00050=0.000375 则?Ym =

?Y1??Y2ln?Y1?Y2=

0.00615?0.000375ln0.006150.000375=2.07×10

-3

(3) N0G=

Y1?Y20.0204?0.0010?YmFB2.07?100.140.048?2.54?3=9.37 S=

?4d2=0.785×1.82=2.54 m2

H0G=

KYaS==1.15 m 则H=H0G·N0G=1.15×9.37=11 m

2. 在直径为0.8 m的填料吸收塔中,用清水吸收空气和氨的混合气体中的氨。已知空气的质量流量为1400 kg·h-1,混合气体中氨的体积分数为0.0132,经过吸收,混合气中的氨除去了99.5%。在20 ℃,0.10 MPa操作条件下的平衡关系式为Y*=0.75 X。若水的用量为932 kg·h-1,已知氨的气相体积吸收总系数KY a=314 kmol·m-3·h-1,试求吸收塔所需的填料层高度。 y1=0.0132 Y1 =

y11?y1=

0.01321?0.0132=0.0134 Y2 =0.0134(1-0.995)=6.7×10 X2 =0

?5-5

FB =

140029=48.3 kmol·h FC =

-1

93218=52 kmol·h X1=

-1

FBFC(Y1-Y2)=

48.3(0.0134?6.7?1052)=0.0124

Y1 *=mX1=0.75×0.0124=0.0093 Y2*=mX2=0 ?Y1 =Y1-Y1*=0.0134-0.0093=0.0041 ?Y2 =Y2-Y2*=6.7×10-5

?Ym =

?Y1??Y2ln?Y1?Y2=

0.0041?6.7?10ln0.00416.7?10?5?5=9.8×10 N0G=

-4

Y1?Y2?Ym=

0.0134?6.7?100.00098?5=13.6

H0G=

FBKYaS=

48.3314?0.785?0.82=0.306 m H=H0G·N0G=0.306×13.6=4.2 m

3. 今有逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理气量为1000 m3·h-1,原料气中含甲醇100

g·m,吸收后的水中含甲醇量等于与进料气体相平衡时浓度的67% 。设在标准状态下操作,吸收平衡关系为Y*=1.15X,甲醇的回收率为98%,吸收系数KY =0.5 kmol·m·h,塔内填料的有效比表面积为190 m·m,塔内气体的空塔速度为0.5 m·s-1,试求:

3-1

(1) 水的用量,m·h; (2) 塔径,m;

(3) 填料层高度,m。

(1) 求水的用量qv（水）,m3·h-1: M(CH3OH)=32 Y1=

32=0.07527 Y2= Y1 (1-?) =0.07527×(1-0.98)=1.5054×10-3 1000100?22.432Y1m?0.075271.15?10032-2

-1

2

-3

-3

100 X1*===0.06545 X1=0.67X1*=0.67×0.06545=0.04385

-1

FB=

100022.4=41.52 kmol·h

FCFB=

Y1?Y2X1?X2 =

0.07527?1.5054?100.04385?03=1.682

FC=1.682FB=1.682×41.52≈69.84 kmol·h-1 水的密度?=1000 kg·m-3 则qv （水）= (2)求塔径D,m: 塔截面S= D=

qvu?10000.5?360069.84?181000=1.3 m3·h-1;

=0.556 m2 =0.841 m

S??0.5564?4 (3)求填料层高H,m: H0G=

FBKYaS=

41.520.5?190?0.556=0.786 m

N0G =

1?1mFBFC11?1.151.682ln[(

Y1?mX2Y2?mX2)(1-

mFBFC)+

mFBFC]

=ln[(1?1.151.6821.5054?10)0.07527?0?3?0?1.151.682]=8.86

H=H0G·N0G=0.786×8.86≈7.0 m。

4.某双组分理想混合液，相对挥发度为2.6，在饱和蒸气状态下从塔釜连续加入只有精馏段的精馏塔中。设原料液处理量Ff=80 kmol·h-1，组成（摩尔分数）xf为0.20。要求塔顶组成（摩尔分数）为0.90,产量Fd=10 kmol·h-1。试求：

（1）塔内的气、液相摩尔流率；

（2）塔釜开始数起（不包括塔釜）的第一块理论塔板上的气相组成。

(1) 气相摩尔流量 FV=Ff=80

液相摩尔流量 FL= FV- Fd(= Fw)=70

（2）由Ff xf=Fdxd+Fwxw 得：xw=

80?0.20?10?0.9070=0.10

yw =

?xw 1?(??1)xw =

2.6?0.101?1.6?0.10=0.224

由物料衡算求x1： FVyw=FLx1+Fdxd x1= y1 =

80?0.224?10?0.9070=0.128

?x11?(??1)x1=

2.6?0.1281?1.6?0.128=0.276

5 石油炼制排出的气体中含有体积分数为0.0291的H2S,其余为碳氢化合物。在一逆流操作的吸收塔中用三乙醇胺水溶液去除石油气中的H2S,要求吸收率不低于99% 。操作温度为27 ℃,压强为0.10 MPa时,气液两相平衡关系式为Y*=2.0 X。进塔三乙醇胺水溶液中不含H2S,出塔液相中H2S的摩尔比（比摩尔分数）为0.013。已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为15 mol·m·s,气相体积吸收总系数KY a为40 mol·m·s。试求吸收塔所需填料层高度。 H=H0G·N0G=

FBKYaSY1?Y2?Ym-2

-1

-3

-1

式中Y1 =

0.02911?0.0291=0.03

Y2 =0.03(1-0.99)=0.0003 X1 =0.013 X2 =0

Y1* =2×0.013=0.026 Y2* =0 ?Ym =

(Y1?Y1*)?(Y2?Y2*)lnY1?Y1*Y2?Y2*=

(0.03?0.026)?(0.0003?0)ln0.03?0.0260.0003?0=0.00143

FBS=15 mol·m-2·s-1

FBKYaSY1?Y2?Ym1540则 H0G===0.375 m

N0G==

0.03?0.00030.00143=20.8

得 H=H0G·N0G=0.375×20.8=7.8 m

6. 某厂精馏塔的原料为丙烯—丙烷混合物，其中含丙烯的摩尔分数为0.835。塔的操作压强为2 MPa（表压）。进料为泡点温度下的饱和液体。若要求塔顶产品中含丙烯的摩尔分数为0.986，塔釜产品中含丙烷的摩尔分数为0.951，丙烯-丙烷的平均相对挥发度可取为1.16,混合液视为理想溶液，试求：

(1) 最小回流比； (2) 最小理论塔板数。 （1）求Rmin

xq =xf=0.835 yq =

?xq1?(??1)xq=

1.16?0.8351?0.16?0.835=0.854

则Rmin= (2) 求 NT,0

ln[(0.986?0.8540.854?0.835=6.95

xd1-xd)(1?xwxw)]?1=

ln[(0.986 NT,0=

ln?1?0.9861?0.951-1=47.6 (块)。（不含塔釜）

ln1.16)?(0.951)

4

7 在压强为101.3 kPa 温度为20 ℃下,用水吸收空气中的氨,相平衡关系符合亨利定律,亨利常数为8.33×10 Pa。在定常操作条件下,吸收塔中某一个横截面上的气相平均氨的摩尔比（比摩尔分数）为0.12,液相平均氨的摩尔比（比摩尔分数）为6.0×10,以?Y为推动力的气相传质膜系数kY =3.84×10mol·m·s,以?X为推动力的液相传质膜系数kX =10.2 mol·m-2·s-1,试问:

(1) 以?Y为推动力的气相总传质系数为多大? (2) 此种吸收是液膜控制还是气膜控制?

(3) 该截面上与气液界面处的气液两相浓度为多少?

(1) 气相总传质系数 KY

m=

Ep?8.33?104-2-1 -2-1

1013251kY?0.822

1KY=

mkX+

则 KY =

kY?kXkX?mkY=

3.84?10?1?10.2?110.2?0.822?3.84?10=0.372 mol·m-2·s-1

(2) 该过程为气膜控制过程。因为kX >>kY ,KY ≈kY

(3) 用水吸收氨的过程是气膜控制过程。因而液膜阻力可以略去。

NA=kY (Y -Yi )= kX (Xi –X)

Yi =mXi =0.822Xi

Y?YiXi?XkXkYYi0.822= 又Xi =

0.12?YiYi0.822?0.66=

10.23.84?10?1

Yi =5.14×10-2

Xi =6.26×10

8、某低浓度混合气体被吸收剂吸收时,服从亨利定律。已知其气相传质膜系数kg为1.00×10-6 kmol·m-2·h-1 Pa-1,液相传质膜系数kl为0.25 m·h溶解度常数H为0.0040 kmol·m·Pa,试求气相吸收总系数KG,并说明该气体是易溶，难溶还是属于中等溶解度的气体。

1kg-1

-3

-1

-2

=

11.00?10?6=1.00×106

1Hkl=

10.0040?0.25=1.00×103

1KG=

1kg+

1Hkl=1.00×10+1.00×10≈1.00×10

636

KG=1.00×10-6 kmol·m-2·h-1·Pa-1 因为

1KG=

1kg而

1kg>>

1Hkl

所以该过程为气膜控制,气体属于易溶气体。

9.在一个常压下操作的连续精馏塔中精馏某理想混合液，塔顶产品中含易挥发组分的摩尔分数为0.96，塔底产品中含易挥发组分的摩尔分数为0.03，并且已知此塔的q线方程为y=6x-1.5，采用回流比为最小回流比的1.5倍，物系的相对挥发度为2,试求：

(1) 精馏段操作线方程；

(2) 当每小时得塔底产品量为100 kmol时的进料量和塔顶产品量； (3) 提馏段操作线方程。

（1）精馏段操作线方程

y=6x-1.5 （q线方程） ① y=

2x1?x （相平衡方程） ②

联立式①式②求解得最小回流比时操作线与平衡线交点的坐标( xq , yq ) xq =1／3=0.333 , yq =0.5 Rmin=

xd?yqyq?xq?0.96?0.50.5?13=2.75

R=1.5Rmin=1.5×2.75=4.13 故精馏段的操作线方程为： yn +1=

RR?1xn +

xdR?1=

4.135.13xn?0.965.13

yn +1=0.805xn +0.187 (2) 求 Fd和Ff 已知：

qq?1=6, 则q=1.2

当y=xf ,则 x=xf 即q线与对角线 y=x相交 则xf=0.3

由物料衡算式： Ff = Fd+Fw Ff xf=Fdxd+ Fwxw 得Ff=

Fw(xd?xw)xd?xf?100(0.96?0.03)0.96?0.3=140.91 kmol·h=39.14 mol·s

-1-1

Fd=Ff-Fw =140.91-100=40.91 kmol·h-1=11.36 mol·s-1

(3) 提馏段操作线方程： R'=Ff／Fd=

140.9140.91=3.44

提馏段操作线方程为：

ym +1 =

R?qR'(R?1)?(1?q)R'4.13?1.2?3.445.13?0.2?3.44xm?R'?1(R?1)?(1?q)R'3.44?1xw

=

xm?5.13?0.2?3.44?0.03

ym +1 =1.42xm -0.0126

10. 气体混合物中溶质的组成为Y1=0.02,气液相平衡关系为Y*=1.0 X,(Y, X均为摩尔比),用纯溶剂逆流吸收。试求: (1) 当液气比FC/FB =2.0,传质单元数N0G=8时,吸收率?=? (2) 液气比为0.9,吸收率最大可达多少? (1) N0G=

1?1mFBFC11?12?4ln[(1?mFBFC)Y1?mX2Y2?mX2?mFBFC]

8=ln[(1?10.02?01)?] 2Y2?02 Y2=1.85×10-4 ?=

Y1?Y2Y1FCFB=

0.02?1.85?100.02=99.1%

(2) 因为

X1*=

Y1m=Y1 (m=1.0)

FCFB=

Y1?(Y2)minX1*?X2=

Y1?(Y2)minY1=?max

?max=0.9=90% 。

-6 -2-1-1

11. 在 20℃,101.3 kPa时,用水吸收空气中的某有害气体。已知气膜传质系数kg =3.45×10kmol·m·s·kPa,液膜传质系数kl=2.02×10

-4

m·s,气液平衡关系式为p*=

-1

CH，H=1.53 k mol·m·kPa。试求:

-3-1

(1) 气相吸收总系数KG与KY; (2) 液相吸收总系数KL与KX。

-3-1

已知:溶解度常数H=1.53 kmol·m·kPa (1) KG=

113451

=3.41×10 kmol·m·s·kPa

KY =pKG=101.3×3.41×10-6=3.46 ×10-4 kmol·m-2·s-1 (2) KL=

1Hkg+1kl ?11.533.45?10100018?6-6-2-1-1

?12.02?10?4=2.23×10-6 m·s-1

由于溶液浓度甚低,故cl≈

-6

=55.56 kmol·m-3

KX =KL·cl=2.23×10 ×55.56=1.24×10-6 kmol·m-2·s-1。

12、某湿无聊地初始含水量为5％，干燥后地含水量为1％（皆为湿基），湿物料处理量为0.5kg/s，空气地初始

0

温度为20C，初始湿含量为0.005kg水/kg干气，假设所有水分皆在表面气化阶段除去，干燥设备保温良好，空气地出口湿度选定为700C，试求：

（1） 将空气预热至1500C进入干燥器，此干燥过程所需供热量及热效率各为多少？ （2）将空气预热至1300C进入干燥器，此干燥过程所需供热量及热效率有何变化？ 解：（1）当空气预热至1500C时，所需空气量V＝0.652kg/s，所需供热量Q=86.3kg/s,假设热效率 ??0.615 (2)气预热至1300C时，空气出口的湿度为

Hs?2500?1.88t1?(1.0?11.?852500?1.?88(1.01?1.88H1)t1?2500H1?1.01t2

0.0?051.0170700.?005)?130?2500?

所需空气量为

V?Gc(X1?X2)H2?H1

s/

0.050.010.0?5)(?)1?0.05?10.?001.86k9g干空气?0.028?20.005

所需供热及热效率分别为

0.5?(?1Q?V(1.01?1.88H0)(t1?t0)

9 ?0.86?(1.?011?.880?.005?)(1?30kJ20s )??

t1?t2t1?t0?130?70130?20?0.545

13、 某湿物料10kg，均匀地平摊在0.8m、宽0.6m的平底浅盘内，并在恒定的空气条件下进行干燥，物料的初始含水量为15％，干燥4小时后的含水量为8％，已知在此条件下物料的平衡含水量为1％，临界含水量为6％（皆为湿基），并假定降速阶段的干燥速率予物料的自由含水量（干基）成线性关系，试求： （1） 将物料继续干燥至含水量为2％，所需要总干燥时间为多少？

（2） 现将物料均匀地平摊在两个相同地浅盘内，并在同样空气条件下进行干燥，只需4小时便可将物料地水

分降至2%,同物料的临界含水量有何变化？恒速干燥阶段的时间为多少？

解：（1）绝对干物料的质量为 物料的初始含水量（干基）为

X1?x11?x1x1?x

Gg?G(1?x0)?10?(1?0.15)?8.5kg

?0.151?0.150.081?0.08?0.176kg水/kg干物料干燥4小时，物料的含水量（干基）为

X???0.087kg水/kg干物料

物料的平衡含水量（干基）为

X?*

x**1?xxc?0.011?0.010.061?0.06?0.010kg水/kg干物料物料的临界含水量（干基）为

XC?1?xc?

?0.0638kg水/kg干物料物料的最终含水量（干基）为

X2?x21?x2?0.02

?0.020kg4水/kg干物料1?0.02

因x>xc,故整个4小时全部是恒速干燥，干燥速率为

NA＝G?A?(X1－X)?8.50.8??(0.17?60?.640.＝087)k0g.3m9?1h/(2将物料干燥到临界含水量所需时间为

?1?G?ANAG?AKx(x1?x?)?8.50.8?0.6?0.394**

)?(0.176?0.0638)?5.04

继续将物料干燥到X2所需时间为

?2?h

X??X*X2?X

8.5?(0.06?380.0101)?0.06380.1010?ln?3.9h80.8?0?.40.3940?.02040.01 01

lnX??XX2?X?G?(X??X)ANA*ln

所需总时间为

???1??2?5.04?3.98?9.02h

（2）物料地平衡含水量只与空气地状态有关，物料在恒速阶段地干燥速率只取决于空气的状态与流速，故将物料均匀平摊在两个盘子里，干燥面积加倍，而且X2=0.0204，NA=0.394不变，设此时物料的临界含水量为 则以下诸式必同时得到满足：

X'?，

?1?

G2ANA(X1?X?)?'8.52?0.8?0.6?0.394(0.176?x?)'

?1??2???4.0

''设 X??0.05，由以上三式分别求出 ?1?2.83h， ?2?1.121h， ??4.04?4.0h，故 x?的假定值正确，以上计算有效

14、 已知湿空气的总压pt=101.3kPa，相对湿度?=0.6，干球温度t=30℃。试求：

①湿度H；②露点td；③绝热饱和温度；④将上述状况的空气在预热器中加热至100℃所需的热量。已知空气质量流量为100kg（以绝干空气计）/h；⑤送入预热器的湿空气体积流量，m/h。

解：已知pt=101.3kPa，?=0.6，t=30℃。

由饱和水蒸气表查得水在30℃时的蒸气压ps=4.25kPa ①湿度H可由式7-4求得： H?0.622?pspt??ps?0.622?0.6?4.25101.3?0.6?4.25?0.0163

kg/kg

②按定义，露点是空气在湿度不变的条件下冷却到饱和时的温度，现已知 p??ps?0.6?4.25?2.55kPa 由水蒸气表查得其对应的温度td=21.4℃。

③求绝热饱和温度tas。按式（7-18）

tas?t??ras/cH??Has?H? （a）

已知t=30℃并已算出H=0.016kg/kg，又cH=1.01+1.88H=1.01+1.88×0.016=1.04kJ/kg，而ras、Has是tas的函数，皆为未知，可用试差法求解。

设tas=25℃，pas=3.17kPa，Has=0.622

paspt?pas?0.6223.17101.3?3.17?0.02kg/kg，

ras=2434kJ/kg，代入式（a）得tas=30-（2434/1.04）（0.02-0.016）=20.6℃＜25℃。 可见所设的tas偏高，由此求得的Has也偏高，重设tas=23.7℃，相应的pas=2.94kPa，Has=0.622×2.94/（101.3-2.94）

=0.0186kg/kg，ras=2438kJ/kg，代入式（a）得tas=30-（2438/1.04）（0.0186-0.016）=23.9℃。两者基本相符，可认为tas=23.7℃。

④预热器中加入的热量

Q=100×（1.01+1.88×0.016）（100-30） =7280kJ/h或2.02kW ⑤送入预热器的湿空气体积流量 V

15、已知湿空气的总压为101.3kPa相对湿度为50%，干球温度为20℃。试用I-H图求解： （a）水气分压p；

（b）湿度H； （c）焓I； （d）露点td； （e）湿球温度tW；

（f）如将含500kg/h干空气的湿空气预热至量Q。

解：见本题附图。

117℃，求所需热

?100?22.4101.3?273?30?????????8829273101.3?0.6?4.25????m/h

3

由已知条件：pt=101.3kPa，?0=50%，t0=20℃在I-H图上定出湿空气状态A点。

（a）水气分压：由图A点沿等H线向下交水气分压线于C，在图右端纵坐标上读得p=1.2kPa。 （b）湿度H：由A点沿等H线交水平辅助轴于点H=0.0075kg水/kg绝干空气。 （c）焓I：通过A点作斜轴的平行线，读得I0=39kJ/kg绝干空气。

（d）露点td：由A点沿等H线与?=100%饱和线相交于B点，由通过B点的等t线读得td=10℃。 （e）湿球温度tW（绝热饱和温度tas）：由A点沿等I线与?=100%饱和线相交于D点，由通过D点的等t线读得tW=14℃（即tas=14℃）。

（f）热量Q：因湿空气通过预热器加热时其湿度不变，所以可由A点沿等H线向上与t1=117℃线相交于G点，读得I1=138kJ/kg绝干空气（即湿空气离开预热器时的焓值）。含1kg绝干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为：

Q′=I1-I0=138-39=99kJ/kg

每小时含有500kg干空气的湿空气通过预热器所获得的热量为： Q=500Q′=500×99=49500kJ/h=13.8kW

通过上例的计算过程说明，采用焓湿图求取湿空气的各项参数，与用数学式计算相比，不仅计算迅速简便，而且物理意义也较明确。

16、今有一干燥器，湿物料处理量为800kg/h。要求物料干燥后含水量由30%减至4%（均为湿基）。干燥介质为空气，初温15℃，相对湿度为50%，经预热器加热至120℃进入干燥器，出干燥器时降温至45℃，相对湿度为80%。

试求：（a）水分蒸发量W；

（b）空气消耗量L、单位空气消耗量l； （c）如鼓风机装在进口处，求鼓风机之风量V。

解（a）水分蒸发量W

已知G1=800kg/h，w1=30%，w2=4%，则 Gc=G1（1-w1）=800（1-0.3）=560kg/h X1 X2?w11?w1w21?w2?0.31?0.30.04?0.429

??1?0.04?0.042 W=Gc（X1-X2）=560×（0.429-0.042）=216.7kg水/h （b）空气消耗量L、单位空气消耗量l

由I-H图中查得，空气在t=15℃，?=50%时的湿度为H=0.005kg水/kg绝干空气。 在t2=45℃，?2=80%时的湿度为H2=0.052kg水/kg绝干空气。 空气通过预热器湿度不变，即H0=H1。 L? l?WH2?H11H2?H0??WH2?H01?216.70.052?0.005?4610kg绝干空气/h

0.052?0.005?21.3kg干空气/kg水

（c）风量V 用式（7-14）计算15℃、101.325kPa下的湿空气比容为 vH??0.773?1.244H0?15?273273

??0.773?1.244?0.005??288273

=0.822m3/kg绝干空气

V=LvH=4610×0.822=3789.42m3/h 用此风量选用鼓风机。

附加计算题：

三、计算题 ( 共 9题 )，答案附后

1、 (4553)T4553

在一个填料吸收塔内,用清水吸收空气中的甲醇。混合气中含甲醇的体积分数为0.080,在操作压强为101.3 kPa ,温度为25 ℃时,其平衡关系式为Y*=1.24 X,用水量为最小用水量的1.4倍,以摩尔比差表示推动力的气相吸收总系数KY=2.28×10kmol·m·s。填料层高度为6 m,所用填料的比表面积a=190 m·m,若处理混合气体的量为15000 m3(标准) ·h-1,吸收率为95%,试计算: (1) 水的质量流量; (2) 吸收液出口浓度; (3) 吸收塔的直径。

2. (4912)T4912

在一个常压下操作的连续精馏塔中精馏某理想混合液，塔顶产品中含易挥发组分的摩尔分数为0.96，塔底产品中含易挥发组分的摩尔分数为0.03，并且已知此塔的q线方程为y=6x-1.5，采用回流比为最小回流比的1.5倍，物系的相对挥发度为2,试求：

(4) 精馏段操作线方程；

(5) 当每小时得塔底产品量为100 kmol时的进料量和塔顶产品量； (6) 提馏段操作线方程。

3. (4938)T4938

某一连续精馏塔的进料为泡点温度下的苯—甲苯的饱和溶液，塔顶采出率ym +1=1.737 xm-0.0626。试求釜液组成及回流比。

4. (4548)。T4548

已知:NA=KY (Y-Y*)=KX (X*-X)及NA=kY (Y-Yi )=kX (Xi-X) 试证明:

1KY1KX-4

-2

-1

2

-3

FdFf=0.185,提馏段操作线方程为：

=

mkX1mkY+

1kY1kX

=+

5. (4558)。T4558

气体混合物中溶质的组成为Y1=0.02,气液相平衡关系为Y*=1.0 X,(Y, X均为摩尔比),用纯溶剂逆流吸收。试求: (1) 当液气比FC/FB =2.0,传质单元数N0G=8时,吸收率?=? (2) 液气比为0.9,吸收率最大可达多少?

6.(4528)T4528

在 20℃,101.3 kPa时,用水吸收空气中的某有害气体。已知气膜传质系数kg =3.45×10液膜传质系数kl=2.02×10-4 m·s-1,气液平衡关系式为p*= (1) 气相吸收总系数KG与KY; (2) 液相吸收总系数KL与KX。

7. (4505)。T4505

CH-6

kmol·m·s·kPa,

-2-1-1

，H=1.53 k mol·m-3·kPa-1。试求:

在一内径为500 mm的填料吸收塔中,用清水吸收原料气中的甲醇。已知原料气的流量为1000 m(标准)·h,

3

原料气中每(标准)米含甲醇27克,要求甲醇的吸收率不低于90%。为下一个工序回收甲醇方便,塔底溶液中甲醇的摩尔分数不低于0.012。在此操作条件下,该物系遵循亨利定律Y*=1.15X。若体积吸收系数KY a=198 kmol·m-3·h-1,试求:

(1) 清水用量,kg·h; (2) 填料层高度,m。

8. (1655)T1655

当气体常数R=0.08206 atm·l·mol-1·℃时，试列式将其换算成国际单位制下的数值和单位。

9. (4915)T4915

由正戊烷（沸点为36.1 ℃）和正己烷（沸点为68.7 ℃）组成的溶液可以认为是理想溶液，已知两个纯组分的饱和蒸气压（单位为Pa）和温度（单位为K）的关系如下：

正戊烷：lgpA?8.98?正己烷：lgpB?9.00?oo3-1

-1

1065T?411172

T?48.6试用y-x函数关系表示该双组分溶液的气液平衡关系的具体表达式。

10.T1153

仓库中存有1000吨湿煤，含水的质量分数为w1=0.20，堆放了一定时间后，测得其含水量质量分数为w2=0.08，问剩下的煤的质量为多少？

答案：

1.D4553

(1) 水的质量流量 Y1 =

y11?y1=

8.0?10?2?21?8.0?10=8.7×10-2

Y2 =(1-0.95)Y1 =(1-0.95)×8.7×10-2=4.4×10-3

X2 =0 X1 *=

FCFBY11.24=7.0×10-2

Y1?Y2X1*?X2 ()min==

8.7?10?2?4.4?10?2?37.0?10=1.2

qm，C =FC ×MC =1.4×1.2×FB ×MC =1.4×1.2×[qV,0 (1-y1)／22.4]×18

=1.4×1.2×[1500×(1-8×10／22.4]×18 =1.86×10kg·h (2) 溶液出口浓度

FB (Y1 -Y2 )=FC (X1 -X2 ) X1 =

Y1?Y2FCFB3

-1

-2

+X2=

8.7?10?2?4.4?10?31.2?1.4+0=4.92×10

-2

(3) 塔径

由GA= FB (Y1 -Y2 ) 与 GA=KY A?Ym 联立可得 A= Y1* =mX1=1.24×4.92×10=6.10×10 Y2* =mX2=0

?Y1 =Y1-Y1*=8.7×10-2-6.10×10-2=2.60×10-2 ?Y2 =Y2-Y2*=4.4×10-3 ?Ym =

?Y1??Y2ln?Y1?Y2?2?3FB(Y1?Y2)KY?Ym

-2-2

=

2.60?10ln?4.4?10?2?32.60?104.4?10=1.22×10-2

S=

FB(Y1?Y2)KY?Ym=

FC(X1?X2)KY?Ym=

(1.86?103?418)?(4.92?10?3?0)?22.28?10?3600?1.22?10=508 m

2

又由S=

?4d2Ha得

4?5083.14?6?190 d=

2. D4944 (1)

4S?Ha==0.75 m

y=6x-1.5 xq= y= Rmin=

2x1+x13=0.333

解得 yq=0.5 ?0.94?0.500.50?0.333xd?yqyq?xq=2.64

R=1.3Rmin=1.3×2.64=3.432 yn +1=

RR?1xn +

xdR?1=

3.4323.432?1xn?0.944.432

yn +1=0.774xn +0.212 (2)

y=6x-1.5 x=0.30

解得 y=x(对角线) y=0.30 故xf=0.30

Ff=Fd+Fw

Ff xf=Fdxd+Fwxw=(Ff-Fw)xd+Fwxw

Ff=

Fw(xd?xw)xd?xf?150(0.94?0.04)0.94?0.30-1

=211 kmol·h

-1

Fd=Ff-Fw=61 kmol·h。

3.D4511

3-1

(1) 求水的用量qv（水）,m·h: M(CH3OH)=32 Y1=

32=0.07527 1000100?22.432-3

100 Y2= Y1 (1-?) =0.07527×(1-0.98)=1.5054×10 X1*=

Y1m?0.075271.1510032==0.06545

X1=0.67X1*=0.67×0.06545=0.04385 FB=

FCFB100022.4?=41.52 kmol·h-1 0.07527?1.5054?100.04385?03 =

Y1?Y2X1?X2 ==1.682

FC=1.682FB=1.682×41.52≈69.84 kmol·h-1

水的密度?=1000 kg·m-3 则qv （水）= (2)求塔径D,m: 塔截面S= D=

qvu?10000.5?360069.84?181000=1.3 m3·h-1;

=0.556 m2 =0.841 m

S??0.5564?4 (3)求填料层高H,m: H0G=

FBKYaS=

41.520.5?190?0.556=0.786 m

N0G =

1?1mFBFCln[(

Y1?mX2Y2?mX2)(1-

mFBFC)+

mFBFC]

=

1?11.151.682ln[(1?1.151.6821.5054?10)0.07527?0?3?0?1.151.682]=8.86

H=H0G·N0G=0.786×8.86≈7.0 m。

4.D4501

(1) 进入吸收塔的惰性气体摩尔流量为: FB=

400022.4×

273273?300.022×

108.2101.3×(1-0.022)=168.07 kmol·h

-1

Y1=

y11?y1y21?y2=

1?0.0220.0011?0.001=0.0225

Y2===0.001

?=

Y1?Y2Y1x21?x2=

0.0225?0.0010.02250.0061?0.006=95.56%

(2) X2===0.00604

则X1=X2+

FBFC(Y1-Y2)

168.0731.2 =0.00604+ =0.1219 x1=

5.D4970

X11?X1(0.0225-0.001)

=

0.12191?0.1219=0.1087。

(1) 因为是气液混合物进料，所以q等于原料中液相所占的摩尔分率。即 q=1-2.5xq1?(2.5?1)xq13?23

(2) yq =

2 yq =

32?1xq?0.442?1

33 联立解得：xq =0.37

yq =0.59

(3) Rmin=

xd?yqyq?xq?0.957?0.590.59?0.37=1.67

6.D4528

已知:溶解度常数H=1.53 kmol·m-3·kPa-1 (1) KG=

113451

=3.41×10-6 kmol·m-2·s-1·kPa-1 KY =pKG=101.3×3.41×10=3.46 ×10 (2) KL=

1Hkg+1kl ?11.533.45?10100018?6-6-4

kmol·m·s

=2.23×10 m·s

?4-2-1

-6-1

?12.02?10 由于溶液浓度甚低,故cl≈

-6

=55.56 kmol·m

-3

KX =KL·cl=2.23×10 ×55.56=1.24×10-6 kmol·m-2·s-1。 7.D4931

Rmin=

xd-yqyq-xq0.950-yqyq-xq==1.137

yq=

?xq1+(?-1)xq=

2.50xq1+1.50xq

xq =0.4873 yq =0.7038 yq =

qq?1xfq?1xq -

0.7038=

qq?1×0.4873-

0.400q?1

q=1.403

故为冷液进料。

8.D1654

SI制密度?=960 kg·m-3

在SI制中，每立方米的重量=960×9.81=9418 N 9.D4552

E=

pA*xA3=

2.499?103.00?10?2=8.33×104 Pa

H=

?LMAxA?MA(1?xA)E?1

=

1000?10317?0.03?18?0.978.33?10?14

=6.88×10-1 mol·m-3·Pa-1

m=

Ep=

8.33?10453.022?10=0.276。

10. D1153

设蒸发水的质量为m1吨，剩下煤的质量为m2吨， ?m?m{10001000(1?0.20)?m122(1?0.08)

m2=870吨，m1=130吨

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