化工原理下 考試大題

1、1、 今有連續(xù)逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料氣中的甲醇。已知處理惰性氣體量為（操作狀態(tài)），原料中每立方米惰性氣體含甲醇，吸收后水中含甲醇量等于與進(jìn)料氣體中相平衡時(shí)濃度的。設(shè)在常壓、下操作，吸收的平衡關(guān)系取為，甲醇回收率要求為，塔徑為0.84 m 。試求：（1）水的用量為多少？（2）傳質(zhì)單元高度；（3）傳質(zhì)單元數(shù)；（4）填料層高度。1、解：（1） （1分） （1分）（1分）（2分）（2分）（2） (2分)（3） （4分）或用解析法求（4） （2分）2、用一精餾塔分離二元理想混合物，塔頂為全凝器冷凝，泡點(diǎn)溫度下回流，原料液中含輕組分0.5(摩爾分?jǐn)?shù)，下同)，操作回流比取最小回流比的1.4倍，

2、所得塔頂產(chǎn)品組成為0.95，釜液組成為0.05，料液的處理量為100，料液的平均相對(duì)揮發(fā)度為3，若進(jìn)料時(shí)蒸氣量占一半，試求： （1）提餾段上升蒸氣量；（2）自塔頂?shù)?層板上升的蒸氣組成。2、解：（）由相平衡方程 （1分）及進(jìn)料方程 （1分）聯(lián)立解得-0 取 （2分） 則 （1分） （2分）R= （1分）再由物料衡算方程及解得 （3分） （2）已知 （1分）由相平衡關(guān)系 （1分）再由精餾段操作線方程解得（2分）3 某精餾塔用于分離苯甲苯混合液，泡點(diǎn)進(jìn)料，進(jìn)料量30kmol/h，進(jìn)料中苯的摩爾分率為 0.5，塔頂、底產(chǎn)品中苯的摩爾分率分別為0.95和0.10，采用回流比為最小回流比的1.5倍，操作

3、條件下可取系統(tǒng)的平均相對(duì)揮發(fā)度=2.40。 (1)求塔頂、底的產(chǎn)品量； (2)若塔頂設(shè)全凝器，各塔板可視為理論板，求離開第二塊板的蒸汽和液體組成。 答文 解：F=D+W FFDw30=D+W 30×0.5=D×0.95+W×xe=xF=0.5, e=e1+(×0.5/1+(2.40-1)×0.5=0.706 Rmin=（De）（ee）(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18 ×1.18=1.77 y=R/(R+1)x+D（R+1)=1.77/(1.77+1)x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343 1

4、D0.95 11y1(1）=0.95/(2.40-0.95(2.40-1)=0.888 2×0.888+0.343=0.910 20.910/2.40-0.910(2.40-1)=0.808 4 采用常壓干燥器干燥濕物料。每小時(shí)處理濕物料，干燥操作使物料的 濕基含量由減至，干燥介質(zhì)是濕空氣，初溫為，濕度o水絕干空氣，經(jīng)預(yù)熱器加熱至后進(jìn)入干燥器中，離開干燥器時(shí)廢氣 溫度為，若在干燥器中空氣狀態(tài)沿等線變化。試求： （）水分蒸發(fā)量 ； （）絕干空氣消耗量 絕干氣； （）干燥收率為時(shí)產(chǎn)品量 ； （）如鼓風(fēng)機(jī)裝在新鮮空氣進(jìn)口處，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量應(yīng)為多少3？ 答文（）c（12） 1（） 2（） c（）

5、 絕干料 （） （）（21） 1o 水絕干氣 1，2 2未知，可通過12求算 1)111+2490)1 2(1.01+1.882)2+249022+2+2490)2 ××120+2490)×××40+2490） 水絕干氣 0.1024/(0.041-0.009) 絕干氣 （）222×c（2） ××（） （）·H 3.1974(0.772+1.244o)(o+273)/273 ×0.009)×(20+273)/273 3 5用填料塔從一混合氣體中逆流吸收所含的苯?；旌蠚怏w中含苯（體積），

6、其余為空氣, 要求苯的回收率為90（以摩爾比表示），吸收塔為常壓操作，溫度為25，入塔混合氣體為每小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)3，入塔吸收劑為純煤油，煤油的耗用量為最小耗用量的.倍，已知該系統(tǒng)的平衡關(guān)系Y=.X（其中Y、X為摩爾比），已知?dú)庀囿w積傳 質(zhì)系數(shù)Y a.035Kmol/m3.s，純煤油的平均分子量s ，塔徑.。 試求：（）吸收劑的耗用量為多少Kg/h？ （）溶液出塔濃度x1 為多少？ （）填料層高度Z為多少？ 答文解：（1） =90%, yb=0.05,進(jìn)口： Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.05263 （mol苯/mol氣體） 出口 Ya=Yb(1-)=0.005266 （氣

7、體苯流量） V=940/22.4=41.96 kmol/h （氣體流量） VB =V(1-yb)=41.96(1-0.05)=39.87 kmol/h (Ls /VB )min =(Yb-Ya)/(Yb/m) =(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126 Lss××39.87=7.536 kmol/h ×170 Kg/h=1281Kg/h （2）Xb =(Yb-Ya)/（1.5(Ls /VB )min ） ×0.126)=0.251 xb=Xb/(1+Xb)=0.2006 （3）OG =VB /(Y ) ×&#

8、215;2)=1.12 m OG =(Yb-Ya)/Ym Yb=Yb-Yb×0.251=0.01749 Ya =Ya-Ya*0=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×4.65=5.2 m 6在B-S部分互溶物系的單級(jí)萃取中，料液中溶質(zhì)A與稀釋劑B的質(zhì)量比為40:60。采用純?nèi)軇㏒=200kg，溶劑比S / F為1，脫出溶劑后萃余液濃度（質(zhì)量分率），選擇性系數(shù)b = 8。試求：萃取液量為多少kg？解：7在常壓

9、下用熱空氣干燥某濕物料，濕物料的處理量為l000kg/h，溫度為20，含水量為4%。空氣的初始溫度為20，相對(duì)濕度為50%，將空氣預(yù)熱至100進(jìn)干燥器，出干燥器的溫度為50kg/kg絕干氣。20時(shí)空氣的飽和蒸氣壓為試求（1）新鮮空氣的消耗量；（2） 預(yù)熱器的加熱量QP1.解：（）（6分）新鮮空氣消耗量，即絕干物料 所以20時(shí)空氣的飽和蒸氣壓為（2）預(yù)熱器的加熱量p，用式 11-31計(jì)算p，即（4分）8在連續(xù)精餾塔中分離A、B兩組分溶液。原料液的處理量為100 kmol/h，其組成為0.45（易揮發(fā)組分A的摩爾分?jǐn)?shù)，下同），飽和液體進(jìn)料，要求餾出液中易揮發(fā)組分的回收率為96%，釜液的組成為0.0

10、33。試求（1）餾出液的流量和組成；（2）若操作回流比為2.65，寫出精餾段的操作線方程；（3）提餾段的氣、液相負(fù)荷。（4）提餾段的操作線方程 8 解：（1）餾出液的流量和組成 （6分）由全塔物料衡算，可得（2）精餾段操作線方程 （2分）（3）提餾段的液、氣相負(fù)荷 （4分）2. （4）（2分）9在kPa及25 的條件下，用清水在填料塔中逆流吸收某混合氣中的二氧化硫。已知混合氣進(jìn)塔和出塔的組成分別為Y1417、Y22。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律，亨利系數(shù)為4.13×103 kPa，吸收劑用量為最小用量的1.45倍。求：（1）試計(jì)算吸收液的組成；9（1）（6分）吸收劑為清水，所以

11、 所以操作時(shí)的液氣比為 吸收液的組成為（2）（4分）10一填料塔用清水逆流吸收混合氣中的有害組分A。已知操作條件下氣相總傳質(zhì)單元高度為1.5m，進(jìn)塔混合氣組成為0.04（A的摩爾分率，下同），出塔尾氣組成為0.0053，出塔水溶液濃度為0.0128，操作條件下平衡關(guān)系為Y=2.5X。試求：（1）液氣比為最小液氣比的多少倍？（2）所需填料層高度？（3）若氣液流量和初始組成不變，要求尾氣濃度降至0.0033，求此時(shí)填料層高度為若干米？ 10解11.在連續(xù)精餾塔中分離兩組分理想溶液。已知原料液組成為0.6（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），餾出液組成為0.9，釜?dú)堃航M成為0.02。泡點(diǎn)進(jìn)料。（1）求每獲得1kmol

12、/h餾出液時(shí)的原料液用量F；（2）若回流比為1.5，它相當(dāng)于最小回流比的多少倍？（3）假設(shè)原料液加到加料板上后，該板的液相組成仍為0.6，求上升到加料板上的氣相組成。（物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為3）11解：（1）求當(dāng)D1kmol/h時(shí)F為多少？已知xF=0.6，xD0.9，xW0.02，D1kmol/h，由全塔物料衡算可得： （2分）代入已知量可得：可求出，解出W0.52kmol/h，F(xiàn)1.52kmol/h。（2分）（2）求R/Rmin，已知泡點(diǎn)進(jìn)料q1，則xqxF0.6（1分），由氣液平衡方程：（2分）求Rmin，（2分）求R/Rmin，（倍）（1分）（3）求上升到加料板上的氣相組成。因加料板是

13、提餾段第一層板，故所求量為y2kmol/h（1分）泡點(diǎn)進(jìn)料q1，已知F1.52kmol/h，W0.52kmol/h，xW0.02，x1提餾段操作線方程為：，代入已知量：，即（3分）所求（1分）12在恒定干燥條件下的箱式干燥器內(nèi)，將濕染料由濕基含水量45%干燥到3%，濕物料的處理量為8000濕染料，實(shí)驗(yàn)測得：臨界濕含量為30%，平衡濕含量為1%，總干燥時(shí)間為28h。試計(jì)算在恒速階段和降速階段平均每小時(shí)所蒸發(fā)的水分量。12解：w1 = 0.45 kg水/kg干料 w2 = 0.03 kg水/kg干料 同理 X0 = 0.429 kg水/kg干料 X* = 0.01 kg水/kg干料 （4分）（1分

14、）（1分）2（2分） 又 + = = 28h （1分）1 = 6.6h （2分）Gc = 8000×(10.45) = 4400 kg干料（2分） kg水/h（1分） kg水/h（1分）13在常壓下逆流操作的填料吸收塔中，用純?nèi)軇┪栈旌蠚怏w中的溶質(zhì)組分。入塔氣體流量為1120m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），入塔氣體中溶質(zhì)的濃度為5%（體積），吸收率為90%，操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y*X，液氣比L/V=3，體積傳質(zhì)系數(shù)KYa=100kmol/m2×h(DY)，塔徑為。試求（1）出塔液體濃度X1；（2）所需填料層高度Z。解：（1）進(jìn)塔惰性氣體量 kmol/h（2） m m14有苯和

15、甲苯混合物，含苯，流量1000kmol/h，在一常壓精餾塔內(nèi)進(jìn)行分離，要求塔頂餾出液中含苯（以上均為摩爾分率），苯的回收率不低于90%，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，取回流比為最小回流比的倍，已知相對(duì)揮發(fā)度a =。試求（1）塔頂產(chǎn)品量D；塔底殘液量W及組成xW；（2）回流比R及精餾段操作線方程；（3）由第二塊理論板（從上往下數(shù)）上升蒸汽的組成。解：（1）（2）q線方程： 平衡線方程：聯(lián)立求得：精餾段操作線：（3） 由平衡線方程可得：由精餾段操作線：15（12分）干球溫度為20、濕度為kg水kg絕干氣的濕空氣通過預(yù)熱器加熱到80后，再送至常壓干燥器中，離開干燥器時(shí)空氣的相對(duì)濕度為35，若空氣在干燥器中經(jīng)歷

16、等焓干燥過程，試求（1）1m3原濕空氣在預(yù)熱過程中焓的變化；（2）1m3原濕空氣在干燥器中獲得的水分量。（3）2 m3原濕空氣在預(yù)熱器中的加熱量。1. 解：（解：（1）1m3原濕空氣在預(yù)熱器中焓的變化當(dāng)、kg/kg絕干氣時(shí)，計(jì)算kJ/kg絕干氣。當(dāng)、kg/kg絕干氣時(shí)，計(jì)算kJ/kg絕干氣。故1kg絕干空氣在預(yù)熱器中焓的變化為原濕空氣的比體積故1m3原濕空氣焓的變化為（2）1m3原濕空氣在干燥器中獲得的水分由、kg/kg絕干氣求出空氣離開干燥器時(shí)的濕度kg/kg絕干氣。故1m3原空氣獲得的水分量為 （3） 16在連續(xù)操作的精餾塔中分離兩組分理想溶液。原料液流量為50 kmol/h，要求餾出液中

17、易揮發(fā)組分的收率為94。已知精餾段操作線方程為y x+0.238；q線方程為y = 2-3x。試求（1）操作回流比及餾出液組成；（2）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料的總組成；（3）兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq及yq；（4）提餾段操作線方程2.解：（1）解：（1）操作回流比及餾出液組成 由題給條件，得及解得 R = 3，xD （2）進(jìn)料熱狀況參數(shù)及原料液組成 由于及解得 q = 0.75（氣液混合進(jìn)料），xF （3）兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq及yq 聯(lián)立操作線及q線兩方程，即解得 xqyq（4）提餾段操作線方程 其一般表達(dá)式為式中有關(guān)參數(shù)計(jì)算如下則 17在一直徑為0.8 m的填料塔內(nèi)，用清水吸收某工業(yè)廢氣中所含

18、的二氧化硫氣體。已知混合氣的流量為45 kmol/h，二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為2。操作條件下氣液平衡關(guān)系為，氣相總體積吸收系數(shù)為2 kmol/(m3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩爾比為飽和摩爾比的76%，要求回收率為98%。求水的用量（kg/h）及所需的填料層高度。3.解： 惰性氣體的流量為水的用量為 求填料層高度2在一連續(xù)精餾中分離苯、甲苯的混合，進(jìn)料量為100kmol/h，原料液中苯0.4，塔頂餾出液中苯的回收率為83.3%，塔底餾出液中含苯0.1（以上均為摩爾分?jǐn)?shù)），原料液為飽和液體進(jìn)料，笨甲苯的相對(duì)揮發(fā)度為2.5，回流比為最小回流比的3倍，塔底為主凝器，。（1）餾出液及釜?dú)堃沽浚?/p>

19、2）塔釜產(chǎn)生的蒸汽量及塔頂回流的液體量。（3）離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊合嘟M成解：（1）餾出液及釜?dú)堃沽浚?）塔釜產(chǎn)生的蒸汽量及塔頂回流的液體量。當(dāng)原料液位飽和液體進(jìn)料時(shí)q=1 （3）離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊合嘟M成=0.952 3.一連續(xù)干燥器中，每小時(shí)處理濕物料1000kg經(jīng)干燥后物料含水量有8%降至2%（均為濕基）濕度為0.009kg水/kg，絕干氣的新鮮空氣經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入干燥器后空氣濕度為0.022kg水/kg絕干氣。（1）水分蒸發(fā)量（2）新鮮空氣的消耗量。解：（1）水分蒸發(fā)量=1000*(1-0.08)=920kg/h第一種解方法：第二種解方法：（2）新鮮空氣的消耗量。新鮮空氣消耗量

20、：4每小時(shí)將15000kg含苯40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)下同）和甲苯60%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，要求釜?dú)堃怪泻讲桓哂?%，塔頂餾出液中苯的回收率為97.1%.（p17 1-4）（1）求出餾出液和釜?dú)堃旱牧髁考敖M成以及摩爾流量及摩爾分?jǐn)?shù)表示。解：苯的摩爾質(zhì)量為78，甲苯的摩爾質(zhì)量為92進(jìn)料組成釜?dú)堃航M成原料液的平均摩爾質(zhì)量依題意知所以全塔物料衡算或 聯(lián)立式a、式b、式c，解得，5在一單殼程、四管程管殼式換熱器中，用水冷卻熱油，冷水在管內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)口溫度為15，出口溫度為32，。熱油在殼方流動(dòng)，進(jìn)口溫度為20，出口溫度為40，熱油流量為1.25kg/s，平均比熱容為1.9KJ/（kg*）。若傳熱的

21、總傳熱系數(shù)為470W/（*），試求換熱器的傳熱面積。(p236 4-8)解：換熱器傳熱面積可根據(jù)總傳熱速率方程求得，即，換熱器的傳熱量為=1.25*1.9*10(120-40)=190kW1-4型管殼式換熱器的對(duì)數(shù)平均溫度差先按逆流計(jì)算，即溫度差校正系數(shù)為：由圖4-17（a）中查得：，所以故6.在單效蒸發(fā)器中將每小時(shí)5400kg、20%NaOH水溶液濃縮至50%。原料液溫度為60，平均比熱容為3.4 KJ/（kg*），加熱蒸汽與二次蒸汽的絕對(duì)壓強(qiáng)分別為400KPa及50KPa，操作條件下溶液的沸點(diǎn)為126 ，總傳熱系數(shù)為K=1560W/（KJ/（*）。加熱蒸汽的冷凝飽和水在飽和溫度下排除。熱損失忽略不計(jì)。試求（1）考慮濃縮熱時(shí) 加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽消耗量傳熱面積（2）忽略濃縮熱時(shí) 加熱蒸汽消耗量及單位蒸汽消耗量若原料液的溫度改為30及126，分別求一項(xiàng)。(p310 5-3)解：從附錄分別查出加熱蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有關(guān)參數(shù)如下kJ/kg, 冷凝水的焓 kJ/