化工原理作業(yè)和練習(xí)題

./解：先計算進(jìn)、出塔氣體中氨的摩爾分?jǐn)?shù)和。

進(jìn)、出塔氣體中氨的

由計算可知,當(dāng)混合物中某組分的摩爾分?jǐn)?shù)很小時,摩爾比近似等于摩爾分?jǐn)?shù)。練習(xí)題2.在溫度為25℃與總壓為101.3kPa的條件下,使含二氧化碳為3.0%〔〕的混合空氣與二氧化碳二氧化碳二氧化碳解：水溶液中CO2的濃度為對于稀水溶液,總濃度為kmol/m3水溶液中CO2的摩爾分?jǐn)?shù)為由kPa氣相中CO2的分壓為kPa<故CO2必由液相傳遞到氣相,進(jìn)行解吸。以CO2的分壓表示的總傳質(zhì)推動力為kPa練習(xí)題7.操作條件下的氣液平衡關(guān)系為；〔1〕填料塔的吸收率；〔2〕填料塔的直徑。解：〔1〕惰性對于純?nèi)軇┪找李}意〔2〕由填料塔的直徑為練習(xí)題11.某制藥廠現(xiàn)有一直徑為0.6m,填料層高度為6m的吸收塔,用純?nèi)軇┪漳郴旌蠚怏w中的有害組分。現(xiàn)場測得的數(shù)據(jù)如下：V=500m3/h、Y1=0.02、Y2=0.004、X1=0.004。已知操作條件下的氣液平衡關(guān)系為Y=1.5X?，F(xiàn)因環(huán)保要求的提高,要求出塔氣體組成低于0.002解：改造前填料層高度為改造后填料層高度為故有由于氣體處理量、操作液氣比與操作條件不變,故對于純?nèi)軇┪?由故因此,有操作液氣比為填料層增加的高度為.若吸收過程為低組成氣體吸收,試推導(dǎo)。解：由故作業(yè)題在總壓為110.5kPa的條件下,采膜吸收系數(shù)kL=1.55×10-4m/s。假設(shè)操作條件下平衡關(guān)系服從亨利定律,溶解度系數(shù)H＝0.725kmol/<m3·kPa>?！?〕試計算以、表示的總推動力和相應(yīng)的總吸收系數(shù)；〔2〕試分析該過程的控制因素。解：<1>以氣相分壓差表示的總推動力為kPa其對應(yīng)的總吸收系數(shù)為kmol/<m2·s·kPa>以液相組成差表示的總推動力為其對應(yīng)的總吸收系數(shù)為〔2〕吸收過程的控制因素氣膜阻力占總阻力的百分?jǐn)?shù)為氣膜阻力占總阻力的絕大部分,故該吸收過程為氣膜控制。作業(yè)題5.知混合氣進(jìn)塔和出塔的組成分別為y1=0.04、y2=0.002。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4.13×103kPa,吸收劑用量為最小用量的〔1〕試計算吸收液的組成；〔2〕若操作壓力提高到1013kPa而其他條件不變,再求吸收液的組成。解：〔1〕吸收劑為清水,所以所以操作時的液氣比為吸收液的組成為〔2〕作業(yè)題6.數(shù)為0.0562kmol/<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%。求水的用量與所需的填料層高度。解：惰性水的用量求填料層高度作業(yè)題8.在101.3kPa與20℃的條件下,用清水在填料塔內(nèi)逆流吸收混于空氣中的氨氣。已知混合氣的質(zhì)量流速G為600kg/<m2·h>,氣相進(jìn)、出塔的摩爾分?jǐn)?shù)分別為0.05、0.000526,水的質(zhì)量流速W為〔1〕操作壓力提高一倍；〔2〕氣體流速增加一倍；<3>解：首先計算操作條件變化前的傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)操作條件下,混合氣的平均摩爾質(zhì)量為m〔1〕若氣相出塔組成不變,則液相出塔組成也不變。所以mmm即所需填料層高度比原來減少1.801〔2〕若保持氣相出塔組成不變,則液相出塔組成要加倍,即故mmm即所需填料層高度要比原來增加4.910〔3〕W對KGa無影響,即對KGa無影響,所以傳質(zhì)單元高度不變,即m即所需填料層高度比原來減少0.609作業(yè)題10用清水在塔中逆流吸收混于空氣中的二氧化硫。已知混合氣中二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)解：用清水吸收,操作液氣比為水的用量用清水吸收,由第九章練習(xí)題1．在密閉容器中將A、B兩組分的理想溶液升溫至82℃,在該溫度下,兩組分的飽和蒸氣壓分別為=107.6kPa與＝41.85kPa,取樣測得液面上方氣相中組分A的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95。試求平衡的液相組成與容器中液面上方總壓。解：本題可用露點(diǎn)與泡點(diǎn)方程求解。解得kPa本題也可通過相對揮發(fā)度求解由氣液平衡方程得2．試分別計算含苯0.4〔摩爾分?jǐn)?shù)〕的苯—甲苯混合液在總壓100kPa和10kPa的相對揮發(fā)度和平衡的氣相組成。苯〔A〕和甲苯〔B〕的飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系為式中p﹡的單位為kPa,t的單位為℃。苯—甲苯混合液可視為理想溶液?！沧鳛樵嚥钇瘘c(diǎn),100kPa和10kPa對應(yīng)的泡點(diǎn)分別取94.6℃和31.5解：本題需試差計算〔1〕總壓p總＝100kPa初設(shè)泡點(diǎn)為94.6℃得kPa同理kPa或則〔2〕總壓為p總＝10kPa通過試差,泡點(diǎn)為31.5℃,=17.02kPa,＝5.313kPa隨壓力降低,α增大,氣相組成提高。練習(xí)題10．在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯—氯苯混合物。已知進(jìn)料量為85kmol/h,組成為0.45〔易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù),下同〕,泡點(diǎn)進(jìn)料。塔頂餾出液的組成為0.99,塔底釜?dú)堃航M成為0.02。操作回流比為3.5。塔頂采用全凝器,泡點(diǎn)回流。苯、氯苯的汽化熱分別為30.65kJ/mol和36.52kJ/mol。水的比熱容為4.187kJ/<kg?℃>。若冷卻水通過全凝器溫度升高15℃,加熱蒸汽絕對壓力為500kPa〔飽和溫度為151.7解：由題給條件,可求得塔內(nèi)的氣相負(fù)荷,即對于泡點(diǎn)進(jìn)料,精餾段和提餾段氣相負(fù)荷相同,則〔1〕冷卻水流量由于塔頂苯的含量很高,可按純苯計算,即〔2〕加熱蒸汽流量釜液中氯苯的含量很高,可按純氯苯計算,即練習(xí)題12．在常壓連續(xù)精餾塔中,分離甲醇—水混合液。原料液流量為100kmol/h,其組成為0.3〔甲醇的摩爾分?jǐn)?shù),下同〕,冷液進(jìn)料〔q=1.2〕,餾出液組成為0.92,甲醇回收率為90％,回流比為最小回流比的3倍。試比較直接水蒸氣加熱和間接加熱兩種情況下的釜液組成和所需理論板層數(shù)。甲醇—水溶液的t–x–y數(shù)據(jù)見本題附表習(xí)題12附表溫度t℃液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)溫度t℃液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)氣相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.51.01.078.00.300.665解：〔1〕釜液組成由全塔物料衡算求解。①間接加熱②直接水蒸氣加熱關(guān)鍵是計算R。由于q=1.2,則q線方程為在本題附圖上過點(diǎn)e作q線,由圖讀得：xq=0.37,yq=0.71于是顯然,在塔頂甲醇收率相同條件下,直接水蒸氣加熱時,由于冷凝水的稀釋作用,xW明顯降低。所需理論板層數(shù)在x–y圖上圖解理論板層數(shù)附圖1附圖2習(xí)題12附圖①間接加熱精餾段操作線的截距為由xD=0.92與截距0.323作出精餾段操作線ab,交q線與點(diǎn)d。由xW=0.0425定出點(diǎn)c,連接cd即為提餾段操作線。由點(diǎn)a開始在平衡線與操作線之間作階梯,NT=5〔不含再沸器〕,第4層理論板進(jìn)料。②直接蒸汽加熱圖解理論板的方法步驟同上,但需注意xW=0.0172是在x軸上而不是對角線上,如本題附圖所示。此情況下共需理論板7層,第4層理論板進(jìn)料。計算結(jié)果表明,在保持餾出液中易揮發(fā)組分收率相同條件下,直接蒸汽加熱所需理論板層數(shù)增加。且需注意,直接蒸汽加熱時再沸器不能起一層理論板的作用。作業(yè)題4．在一連續(xù)精餾塔中分離苯含量為0.5〔苯的摩爾分?jǐn)?shù),下同〕苯—甲苯混合液,其流量為100kmol/h。已知餾出液組成為0.95,釜液組成為0.05,試求〔1〕餾出液的流量和苯的收率；〔2〕保持餾出液組成0.95不變,餾出液最大可能的流量。解：〔1〕餾出液的流量和苯的收率〔2〕餾出液的最大可能流量當(dāng)ηA=100%時,獲得最大可能流量,即作業(yè)題5．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100kmol/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0.033。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〕提餾段的液相負(fù)荷。解：〔1〕餾出液的流量和組成由全塔物料衡算,可得kmol/h=54.55kmol/hkmol/h=45.45kmol/h〔2〕精餾段操作線方程〔3〕提餾段的液相負(fù)荷作業(yè)題7．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50kmol/h,要求餾出液中易揮發(fā)組分的收率為94％。已知精餾段操作線方程為y=0.75x+0.238；q線方程為y=2-3x。試求〔1〕操作回流比與餾出液組成；〔2〕進(jìn)料熱狀況參數(shù)與原料的總組成；〔3〕兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq與yq；〔4〕提餾段操作線方程。解：〔1〕操作回流比與餾出液組成由題給條件,得與解得R=3,xD=0.9522〕進(jìn)料熱狀況參數(shù)與原料液組成由于與解得q=0.75〔氣液混合進(jìn)料〕,xF=0.5〔3〕兩操作線交點(diǎn)的坐標(biāo)值xq與yq聯(lián)立操作線與q線兩方程,即解得xq=0.4699與yq=0.5903〔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)計算如下：kmol/h=25.32kmol/hkmol/h=111.54kmol/hkmol/h=86.22kmol/h則作業(yè)題9．在板式精餾塔中分離相對揮發(fā)度為2的兩組分溶液,泡點(diǎn)進(jìn)料。餾出液組成為0.95〔易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù),下同〕,釜?dú)堃航M成為0.05,原料液組成為0.6。已測得從塔釜上升的蒸氣量為93kmol/h,從塔頂回流的液體量為58.5kmol/h,泡點(diǎn)回流。試求〔1〕原料液的處理量；〔2〕操作回流比為最小回流比的倍數(shù)。解：〔1〕原料液的處理量由全塔的物料衡算求解。對于泡點(diǎn)進(jìn)料,q=1kmol/h=34.5kmol/h則解得kmol/h〔2〕R為Rmin的倍數(shù)R=1.70對于泡點(diǎn)進(jìn)料,Rmin的計算式為于是第十章練習(xí)題1.25℃時醋酸〔A〕–庚醇-3〔B〕–水〔S〕的平衡數(shù)據(jù)如本題附表所示。習(xí)題1附表1溶解度曲線數(shù)據(jù)〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%〕醋酸〔A〕庚醇-3〔B〕<333<B>水〔S〕醋酸〔A〕庚醇-3〔B〕-3<B>-3<B>-3<B>3<B>水〔S〕096.43.648.512.838.73.593.03.547.57.545.08.687.24.242.73.753.619.374.36.436.71.961.424.467.57.929.31.169.630.758.610.724.50.974.641.439.319.319.60.779.745.826.727.514.90.684.546.524.129.47.10.592.447.520.432.10.00.499.6習(xí)題1附表2聯(lián)結(jié)線數(shù)據(jù)〔醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%〕水層庚醇-3層水層庚醇-3層6.45.338.226.813.710.642.130.519.814.844.132.626.719.248.137.933.623.747.644.9試求：〔1〕在直角三角形相圖上繪出溶解度曲線與輔助曲線,在直角坐標(biāo)圖上繪出分配曲線。〔2〕確定由200kg醋酸、200kg庚醇-3和400kg水組成的混合液的物系點(diǎn)位置?；旌弦航?jīng)充分混合并靜置分層后,確定兩共軛相的組成和質(zhì)量?！?〕上述兩液層的分配系數(shù)與選擇性系數(shù)?！?〕從上述混合液中蒸出多少千克水才能成為均相溶液？解：〔1〕溶解度曲線如附圖1中曲線SEPHRJ所示。輔助曲線如附圖1曲線SNP所示。分配曲線如附圖2所示?！?〕和點(diǎn)醋酸的質(zhì)量分率為水的質(zhì)量分率為由此可確定和點(diǎn)M的位置,如附圖1所示。由輔助曲線通過試差作圖可確定M點(diǎn)的差點(diǎn)R和E。由杠桿規(guī)則可得由附圖1可查得E相的組成為習(xí)題1習(xí)題1附圖1習(xí)題1附圖2R相的組成為〔3〕分配系數(shù)選擇性系數(shù)〔4〕隨水分的蒸發(fā),和點(diǎn)M將沿直線SM移動,當(dāng)M點(diǎn)到達(dá)H點(diǎn)時,物系分層消失,即變?yōu)榫辔锵?。由杠桿規(guī)則可得需蒸發(fā)的水分量為練習(xí)題2.在單級萃取裝置中,以純水為溶劑從含醋酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的醋酸–庚醇-3混合液中提取醋酸。已知原料液的處理量為1000kg/h,要求萃余相中醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于10%。試〔1〕水的用量；〔2〕萃余相的量與醋酸的萃取率。操作條件下的平衡數(shù)據(jù)見習(xí)題1。解：〔1〕物系的溶解度曲線與輔助曲線如附圖所示。由原料組成xF=0.3可確定原料的相點(diǎn)F,由萃余相的組成xA=0.1可確定萃余相的相點(diǎn)R。借助輔助曲線,由R可確定萃取相的相點(diǎn)E。聯(lián)結(jié)RE、FS,則其交點(diǎn)M即為萃取操作的物系點(diǎn)。由杠桿規(guī)則可得習(xí)題2習(xí)題2附圖由附圖可讀得萃取相的組成為萃取率=第十一章練習(xí)題1.已知濕空氣的總壓力為100kPa,溫度為50℃,相對濕度為40%,試求〔1〕濕空氣中的水汽分壓；〔2〕濕度；〔3〕濕空氣的密度。解：〔1〕濕空氣的水汽分壓由附錄查得50℃時水的飽和蒸氣壓,故〔2〕濕度〔3〕密度m3濕空氣/kg絕干氣密度練習(xí)題2．常壓連續(xù)干燥器內(nèi)用熱空氣干燥某濕物料,出干燥器的廢氣的溫度為40℃,相對濕度為43%,試求廢氣的露點(diǎn)。解：由附錄查得40℃時水的飽和蒸氣壓,故濕空氣中水汽分壓為查出時的飽和溫度為25.02℃,此溫度即為廢氣露點(diǎn)。練習(xí)題3.在總壓101.3kPa下,已知濕空氣的某些參數(shù)。利用濕空氣的H–I圖查出附表中空格項(xiàng)的數(shù)值,并繪出分題4的求解過程示意圖。習(xí)題3 附表序號濕度kg/kg絕干氣干球溫度/℃濕球溫度℃相對濕度%焓kJ/kg絕干氣水汽分壓kPa露點(diǎn)℃1〔0.02〕86〔35〕51403232〔0.03〕793711〔160〕4.2303〔0.04〕8642〔10〕1936354〔0.05〕〔60〕42371927.538.5解：附表中括號內(nèi)的數(shù)為已知,其余值由H-I圖查得。分題4的求解過程示意圖略。作業(yè)題4.將、絕干氣的常壓新鮮空氣,與干燥器排出的、絕干氣的常壓廢氣混合,兩者中絕干氣的質(zhì)量比為1：3。試求〔1〕混合氣體的溫度、濕度、焓和相對濕度；〔2〕若后面的干燥器需要相對濕度10%的空氣做干燥介質(zhì),應(yīng)將此混合氣加熱至多少攝氏度？解：〔1〕對混合氣列濕度和焓的衡算,得〔a〕〔b〕當(dāng)℃、絕干氣時,空氣的焓為當(dāng)℃、絕干氣時,空氣的焓為將以上值代入式〔a