发布时间 : 星期日 文章2011复习化工原理下计算题及答案更新完毕开始阅读
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尔分数为5.0×10-4，喷淋量为0.25 kmol·s-1。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 =
y1y20.00100.020==0.0204 Y2 ===0.0010 1?y11?0.0201?y21?0.0010x2F0.00050014.==0.00050 X1=X2+B(Y1-Y2)=0.00050+(0.0204-0.0010)=0.0114
0.251?x21?0.00050FC X2 =
(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??Y20.00615?0.000375= =2.07×10-3 ?Y0.00615ln1ln?Y20.000375 (3) N0G=
Y1?Y20.0204?0.0010?2
=9.37 S=d=0.785×1.82=2.54 m2 ?34?Ym2.07?10 H0G=
FB014.==1.15 m 则H=H0G·N0G=1.15×9.37=11 m KYaS0.048?2.542. 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 =
y10.0132==0.0134 Y2 =0.0134(1-0.995)=6.7×10-5 X2 =0 1?y11?0.0132FB932140048.3(0.0134?6.7?10?5)-1-1
FB ==48.3 kmol·h FC ==52 kmol·h X1=(Y1-Y2)==0.0124
182952FCY1 *=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
?Y1??Y20.0041?6.7?10?5Y1?Y20.0134?6.7?10?5-4
?Ym ===9.8×10 N0G===13.6
0.0041?Y10.00098?Ymlnln6.7?10?5?Y2H0G=
FB48.3==0.306 m H=H0G·N0G=0.306×13.6=4.2 m KYaS314?0.785?0.823. 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-3,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-2·h-1,塔内填料的有效比表面积为190 m2·m-3,塔内气体的空塔速度为0.5 m·s-1,试求: (1) 水的用量,m3·h-1; (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 Y= Y(1-?) =0.07527×(1-0.98)=1.5054×10-3
21
1000100?22.432Y10.07527?==0.06545 X1=0.67X1*=0.67×0.06545=0.04385 m115.100 X1*=
FCY1?Y210001000.07527?15054.?103-1
? FB==41.52 kmol·h = ==1.682 22.4320.04385?0FBX1?X2 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:
69.84?18=1.3 m3·h-1;
1000qv1000? 塔截面S==0.556 m2 u0.5?3600 D=
S??0.5564?=0.841 m
4 (3)求填料层高H,m: H0G=
FB41.52==0.786 m KYaS0.5?190?0.556Y?mX2mFBmFB1ln[(1)(1-)+] mFBFCFCY2?mX21?FC N0G =
=
1115.0.07527?0115.ln[(1?)?]=8.86 115.1682..15054.?10?3?016821?1682. 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= yw =
80?0.20?10?0.90=0.10
70?xw 2.6?010.==0.224 1?16.?010.1?(??1)xw 由物料衡算求x1：
FVyw=FLx1+Fdxd x1= y1 =
80?0.224?10?0.90=0.128
70?x12.6?0128.==0.276 1?16.?0128.1?(??1)x15 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-2·s-1,气相体积吸收总系数KY a为40 mol·m-3·s-1。试求吸收塔所需填料层高度。 H=H0G·N0G=
FBY1?Y2
KYaS?Ym式中Y1 =
0.0291=0.03
1?0.0291 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*)(003.?0026.)?(00003.?0)==0.00143
Y1?Y1*003.?0026.lnlnY2?Y2*00003.?0
FB=15 mol·m-2·s-1 S则 H0G=
FB15==0.375 m KYaS40Y1?Y20.03?0.0003==20.8
0.00143?Ym N0G=
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 =
?xq116.?0835.==0.854 1?016.?0835.1?(??1)xq0.986?0.854=6.95
0.854?0.835 则Rmin= (2) 求 NT,0
x1?xw0.9860.951ln[(d)()]ln[()?()1-xdxw1?0.9861?0.951?1= NT,0=-1=47.6 (块)。（不含塔釜）
ln?ln116.
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8.33×104 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6.0×10-2,以?Y为推动力的气相传质膜系数kY =3.84×10-1 mol·m-2·s-1,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
E8.33?104 m= ??0822.p1013251m1=+ KYkXkYkY?kX384.?10?1?10.2则 KY ===0.372 mol·m-2·s-1 ?1.?384.?10kX?mkY10.2?0822(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
YY?Yik=X 又Xi =i
0.822Xi?XkY