化工原理下册部分题.docx

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化工原理下册部分题

某双组分理想物系当温度t=80℃时，PA°=，PB°=40kPa，液相摩尔构成xA=，试求：

⑴与此液相构成相均衡的汽相构成y；⑵相对挥发度α。

解：

（1）xA=（P总－PB°）／（PA°－PB°）；

=（P总－40）／（－40）

∴P总=；

yA=xA·PA°／P总=×／=

（２）α=PA°／PB°=／40=

某精馏塔在常压下分别苯－甲苯混杂液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线

方程分别为y=+和y'='，每小时送入塔内75kmol的混杂液，进料为泡点下的饱

和液体，试求精馏段和提馏段上涨的蒸汽量为多少（

kmol/h

）。

解:

已知两操作线方程

:

y=+（

精馏段）

y

′=′（提馏段）

∴R/（R+1）=

R=x

D/（R+1）=x

D=×=

两操作线交点时,y=y′x=x′

∴+=xF=

饱和液体进料q=1,xF=x=

提馏段操作线经过点（xW，xW）

y′=xw=－xW=

由全塔物料衡算

F=D+WFxF=DxD+WxW

D=（x

F

—x）/（x

－x

）F

W

D

W

=

∵饱和液体进料

V′=V=L+D=（R+1）D=×=h

已知某精馏塔进料构成xF=，塔顶馏出液构成xD=，均衡关系ｙ＝ｘ＋，试求以下二种状况下的最小回流比Rmin。

⑴饱和蒸汽加料；⑵饱和液体加料。

解：

Rmin=（x

D－yq）/（y

q－x

q）

（1）；

yq=xq

+

（2）

；

yq=qx

q/（q－1）－xf

/（q－1）

（3）

⑴q=0,

由（3）y

=x=，由

（2）x

q

=

，

qf

Rmin=

由（3）x

q=xf

=，由

（2）y

q=×+=，

Rmin=

用常压精馏塔分别双组分理想混杂物，泡点进料，进料量

100kmol/h，

2.加料构成为50%,塔顶产品构成xD=95％，产量D=50kmol/h，回流比R=2Rmin，设

3.全塔均为理论板，以上构成均为摩尔分率。

相对挥发度α=3。

求：

（最小回流比）

4.精馏段和提馏段上涨蒸汽量。

3.列出该状况下的精馏段操作线方程。

解：

1.y=

αx/[1+（

α－1）x]=3x/（1+2x）

泡点进料

q=1,

xq=x

F=,y

q=3×（1+2×=2=

Rmin/（Rmin+1）=

Rmin=4/5=

2.

V=V′=（R+1）D=（2×+1）×50=130kmol/h

3.

y=[R/（R+1）]x+xD/（R+1）=+

12.

某精馏塔用于分别苯－甲苯混杂液，泡点进料，进料量

30kmol/h，进猜中

苯的摩尔分率为，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为和，采纳回流比为最小

回流比的倍，操作条件下可取系统的均匀相对挥发度α=。

（1）求塔顶、底的产

品量；

（2）若塔顶设全凝器，各塔板可视为理论板，求走开第二块板的蒸汽和液

体构成。

解：

（1）F=D+W，FxF=DxD＋Wx

30=D+W，30×=D×+W×

∴D=/hW=/h

2）xq=xF=，

yq=αxq／[1+（α—1）xq]=×[1+—1）×]=

Rmin=（xD－yq）／（yq－xq）=—/—=，

R=×Rmin=×=

精馏段的操作线方程为：

y=[R/（R+1）]x+xD／（R+1）

[+1）]x＋/+1）=+y1=xD=，

x1=y1／[α－y1（α－1）]=/[—×—1）]=

y2=+=，

x2=/[—×]=

用板式精馏塔在常压下分别苯－甲苯溶液，塔顶采纳全凝器，塔釜用间接

蒸汽加热，均匀相对挥发度为。

进料为150kmol／h，构成为（摩尔分率）的饱和蒸汽，回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为，塔釜采出液中甲苯的回收率为，求：

（1）塔顶馏出液及塔釜采出液的构成；

（2）精馏段及提馏段操作线方程；（3）回流比与最小回流比的比值。

（4）全回流操作时，塔顶第一块板的气相莫弗里板效率为，全凝器凝液构成为，求由塔顶第二块板上涨的汽相构成。

解：

（1）D·XD=·F·xF，W·（1－xW）=F·（1－xF）×，

D+W=F=150

D·xD+W·xW=F·xF=150×=60

W=kmol/h

D=kmol/h

x

D=%

xW=%

（2）

精馏段操作线方程

y

（n+1）

=x

n

·R/（R+1）+x

/（R+1）=

n

+

D

提馏段操作线方程为y（n+1）'=L'·x

n'/V'

－W·xw/V'

q=0，V'=（R+1）D－F，L'=DR，

y（n+1）'=xn'·R·D/[（R+1）D－F]－W·x

w/[（R+1）D－F]

n'－

（3）∵q=0，ye=xF=，y=α·x/[1+[α－1）x]

∴xe=

Rmin=（x

D－ye）/（ye－x

e）=

－/－=

R/Rmin=4/=

（4）E=（y－y

）/（y

1

*－y

）=

mv1

1

2

2

y1*=α×x1/[1+[

α－1）x1]

全回流时y2=x1，y1=xD=

y1*=·y2/（1+

∴Emv1=－y2）/[/（1+－y2]=

y2=%（mol%）

y2'=78×/[78×+92×（1－]=%（质量%）

改编：

用板式精馏塔在常压下分别苯－甲苯溶液，塔顶采纳全凝器，塔釜用间接蒸汽

加热，均匀相对挥发度为。

进料为150kmol／h，构成为（摩尔分率）的饱和蒸

汽，已知塔顶馏出液的流量为kmol/h，塔顶馏出液中苯的回收率为，回流比为

最小回流比的倍，，求：

（1）塔顶馏出液及塔釜采出液的构成；

（2）塔釜采出

液中甲苯的回收率（

3）回流比（4）精馏段及提馏段操作线方程；

解：

（1）D·XD=·F·xF

，D+W=F=150

D·xD+W·xW=F·xF=150×=60

W=kmol/h

x

D=%

x

W=%

（2）

W·（1－xW）/F

·（1－xF）=

，

（3）

∵q=0，ye=x

F=，y=

α·x/[1+[

α－1）x]

∴xe=

Rmin=（x

D－ye）/（y

e－x

e）=－/－=

R/Rmin=

∴R=4

（4）

精馏段操作线方程y

（n+1）

=xn·R/（R+1）+x

D/（R+1）=

n+

提馏段操作线方程为y

（n+1）

'=L'

·x

n'/V'

－W·xw/V'

q=0，V'=（R+1）D－F，L'=DR，

y（n+1）'=xn'·R·D/[（R+1）D

－F]－W·x

w/[（R+1）D－F]=

n'－

14.

常压连续精馏塔分别二元理想溶液，塔顶上涨蒸汽构成

y1=（易挥发组分摩

尔分率），在分凝器内冷凝蒸汽总量的

1/2（摩尔）作为回流，余下的蒸汽在全

凝器内所有冷凝作塔顶产品，操作条件下，系统均匀相对挥发度α=，求：

⑴

塔

顶产品及回流液的构成；⑵

由塔顶第二层理论板上涨的蒸汽构成。

解：

y1=,V=1kmol/h,L=1/2kmol/h,

D=1/2kmol/h,R=1,α=,

y0=α×x0/[1+（α-1）x0]=（1+-----------

（1）1×y1=y0/2+x0/2------------

（2）

y0=2×代入

（1）2×=（1+,

x0=,

xD=y0=×（1+×=

x1=y1/[α-（α-1）y1]=

y2=Rx1×/（R+1）+xD/（R+1）=2+2=

原料以饱和液体状态由塔顶加入，F=1kmol/s，xF=（摩尔分率，下同），塔釜间接蒸汽加热，塔顶无回流，要求xD=，xw=，相对挥发度α=，试求：

⑴操作线方程；⑵设计时若理论板数可增至无量，F、xF和D不变，xD的最大值是多少？

解：

⑴F=D+W,1=D+W,FxF=DxD+Wxw=D×+W×,D=V’=,W=,L’=F=1,

y′=（L′/Ｖ′）x—W·xW/Ｖ′=（1/x－×

y′=－

⑵设顶部均衡xD=y=αxF/（1＋（α－1）xF）=×（1+×=

DxD=>FxF不行能。

设底部均衡xw=0∴xD=FxF/D=

进料构成xF=（摩尔构成，下同），以饱和蒸汽状态自精馏塔底部加入，塔底不再设再沸器，要求xD=，xW=，相对挥发度α=，试求：

⑴操作线方程;⑵设计时若理论板数可增至无量，且D/F不变，则塔底产品浓度的最低值为多少？

解：

⑴F=D+W,设F=1,1=D+W,Fx

F

=Dx+Wx=D×+W×,

Dw

D=,W=,V=F=1,L=W=

y=[L/V]·x+DxD/V=＋

⑵设底部均衡xw=xF/（α－（α－1）xF）=

xD=（FxF－Wxw）/D=不行能

设顶部均衡

xD=1,xw=（FxF－DxD）/W=

某精馏塔分别Ａ组分和水的混杂物（此中Ａ为易挥发组分），xD=，xW=，x

F=（均为摩尔分率），原料在泡点下进入塔的中部。

塔顶采纳全凝器，泡点回

流，回流比R=，塔底用饱和水蒸汽直接加热，每层塔板气相默夫里板效率Ｅmv=，在本题计算范围内，相均衡关系为ｙ=ｘ＋。

试求：

⑴从塔顶的第一块实质板降落的液体浓度；⑵塔顶的采出率D/F。

解：

（１）∵q=１，∴饱和水蒸汽用量V＇=V=（R＋1）D＝，

全凝器：

ｙ1=ｘD=

Emv=（ｙ1－ｙ2）／（ｙ1*－ｙ2）=（－ｙ2）／（ｘ1＋－ｙ2）=

即：

ｙ2=－ｘ1（１）

由精馏段操作线方程：

（R+1）ｙ2=Rｘ1＋ｘD

ｙ2=ｘ1

＋

（２）

联解（１）、（２）式，得：

ｘ1＝

y2=

（２）F＋V＇=D＋W，

V＇=，

∴F＋=D＋W

即:

F

＋=W

（３）

ｘF=DxD＋Wx（４）式（３）代入式（４），消去W：

D/F=（xF－xW）/（xD＋）=（－）／（＋×）=

当系统遵从亨利定律时，对同一温度和液相浓度，假如总压增大一倍，则与之均衡的气相浓度（或分压）

（A）y增大一倍；（B）P增大一倍；（C）y减小一倍；（D）P减小一倍。

解：

系统遵从亨利定律，则：

y*=E/P·x，现已知P增大一倍，即P’=2P，x、

E不变,则y*’=y*/2，分压PA’=P’·y*’=PA，∴均衡气相浓度y减小一倍，分压不变，应选择（C）。

232.在总压P=500KN/m、温度t=27℃下使含CO2%（体积%）的气体与含CO2370g/m的水相接触，试判断是发生汲取还是解吸？

并计算以CO2的分压差表示的传质总

推进力。

已知：

在操作条件下，亨利系数E=×105KN/m2。

水溶液的密度可取

1000kg/m3，CO2的分子量为44。

解：

气相主体中CO2的分压为P=500×=15KN/m2；与溶液成均衡的CO2分压为:

P*=Ex；对于稀溶液:

C=1000/18=kmol/m3，CO2的摩尔数n=370/（1000×44）=；x≈n/c==×10-4；∴P*=

5

-42

×10××10=m；

∵P*＞P；于是发生脱吸作用。

以分压差表示的传质推进力为P=P*-P=KN/m2

3.总压100kPa，30℃时用水汲取氨，已知

-6

2

kG=×10

kmol/（m·s·kPa），kL=

10-4m/s，且知x=时与之均衡的p*=kPa。

求：

ky、kx、Ky。

（液相总浓度C按纯水计）

解：

ky=PkG=100××10-6=×10-4kmol/m2·s，

kx=CkL=××10-4=×10-2kmol/m2·s，

7.m=E/P，E=p*/x，m=p*/P·x=（100×=

8.1/Ky=1/ky+m/kx=1/×10-4）+m/×10-2）=2604+=

9.Ky=×104kmol/m2·s（y）;

10.在20℃和760mmHg，用清水逆流汲取空气混杂气中的氨。

混杂气中氨的分

11.压为10mmHg，经汲取后氨的分压降落到mmHg。

混杂气体的办理量为1020kg/h，其均匀分子量为,操作条件下的均衡关系为y=。

12.若汲取剂用量是最小用量的5倍，求汲取剂的用量平和相总传质单元数。

解：

①y1=p1/P=10/760=y2=p2/P=760=×10-5

13.L/G=5（L/G）min=5（y1-y2）/（y1/m）=5

14.G=1020/=hL=3.756G=133kmol/h

15.S=m/（L/G）==NOG=1/（1－S）ln[（1－S）Y1/Y2+S]=。

16.用填料塔从混杂气体中汲取所含的苯。

混杂气体中含苯5%（体积%），其余为空气,要求苯的回收率为90%（以摩尔比表示），25℃，常压操作，入塔混杂气体

为每小时

940[标准ｍ3]，入塔汲取剂为纯煤油，煤油的用量为最小用量的

倍，

已知该系统的均衡关系

Y=（摩尔比），已知气相体积传质系数Ｋ

Ya=[kmol/]

，纯

煤油的均匀分子量Ms=170，塔径ｍ。

试求：

（１）汲取剂的耗用量为多少[Kg/h]？

（２）溶液出塔浓度X1为多少？

（３）填料层高度Z为多少[ｍ]？

解：

η=90%，y1=，Y1=y1/（1-y1）==；Y2=Y1（1-η）=；G=940/=h；GB=G（1-y1）==

kmol/h；

（Ls/GB）min=（Y1-Y2）/（Y1/m）=；

Ls==××=h=×170Kg/h=1281Kg/h；

X1=（Y1-Y2）/（（Ls/GB）min）=；

x1=X1/（1+X1）=

；ＨOG=GB/（

ＫYａΩ）=3600）/

××；ＮOG=（Y1-Y2）/

Ym；

8.Y1=Y1-Y1*=；Ym=

9.OG=；Ｚ=ＨOG×ＮOG=×=m

10.在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂Ｓ汲取混杂气体中的可溶组分Ａ。

入

塔气体中Ａ的摩尔分率

y1＝，要求其收率φ

A＝95％。

操作条件下

mV/L＝（m

可取作常数），均衡关系为

Y=mX，与入塔气体成均衡的液相浓度

X1*=。

试计算:

（1）操作液气比为最小液气比的倍数；

（2）汲取液的浓度x1；（3）完成上述

分别任务所需的气相总传质单元数ＮOG。

解：

（1）Y1=3/97=，x2=0，Y2=Y1（1－φA）=×（1－=

由最小溶剂用量公式

（L/G）min=（Y

已知mG/L=

1－Y2）/（Y1/m－x2）=m·－/=则L/G=（1/）m=

（L/G）／（L/G）min==

*

m=Y1/X1==

（２）由物料衡算式得:

X1=（Y（３）Ｎ

2－Y1）/（L/G）=OG=1/（1-mG/L）

×=

×ln[（1-mG/L）

·（Y1－mX2）/（Y

2－mX2）+mG/L]

10.=1/×ln[·Y1/+]=

11.用清水汲取氨－空气混杂气中的氨。

混杂气进塔时氨的浓度y1=（摩尔比）,

汲取率

90%，气－液均衡关系

y=。

试求：

（1）

溶液最大出口浓度；

（2）最小液气

比；（3）取汲取剂用量为最小汲取剂用量的

质单元高度为时，填料层高为几米？

解：

已知y1=，η=90%，y2=y1（1－η）=（1

2倍时，传质单元数为多少？

－=，x2=0，

（4）传

x1*=y1/==，

（L/V）min=（y

1－y2）/（x

1*－x2）=，

L/V=2（L/V）min=2

×=

，x1=（y1－y2）/（L/V）+x

2=－/=，

y2*=0

，y1*=×=，

ym=（

－－－0））

／ln－/=

NOG=（y1－y2）/

ym=－/=

，

Ｚ=×=[m]

。

在填料层高为8m的填料塔中，用纯溶剂逆流汲取空气—H2S混杂气中的H2S

以净化空气。

已知入塔气中含H2S%（体积%），要求回收率为95%，塔在1atm、

15℃下操作,此时均衡关系为y=2x，出塔溶液中含H2S为（摩尔分率），混杂气

2

体经过塔截面的摩尔流率为100kmol/（m·h）。

试求：

①单位塔截面上汲取剂

用量和出塔溶液的饱和度；②气相总传质单元数；③气相体积总传质系数。

注：

计算中可用摩尔分率取代摩尔比。

解①y1=，y2=y1（1－η）=（1－=，

L=（y1－y2）/x1×G=－/×100=211kmol/m2h

x1max=x1*=y1/m=2=，x1/x1*==90%

②Δy1=y1－mx1=－2×=，y2=y2=，

ym=－/ln（=

NOG=（y1－y2）/ym=

Z=G/Kya×NOGKya=G/Z×NOG=100/8×=165kmol/m3h。

13.有一填料层高度为3m的逆流操作的汲取塔，操作压强为1atm，温度为

23℃，用清水汲取空气中的氨气，混杂气体流率为18kmol/，此中含氨6%（体

积%），汲取率为99%,清水的流率为43kmol/，均衡关系为y=，气相体积总传质系数KGa与气相质量流率的次方成正比，而受液体质量流率的影响甚小。

试估量在塔径、回收率及其余操作条件不变，而气体流率增添一倍时，所需填料层

高度有何变化？

解：

L/G=43/18=，S=m/（L/G）==，y1=，

y2=y1（1－η）=（1－=，NOG=1/（1

－S）ln[（1

－S）Y1/Y2+S]=

HOG=h/NOG=3/=

2

S’=2S=

当G↑一倍，G’=2G=36kmol/mh

NOG’=1/（1－S’）ln[（1－S’）Y1/Y2+S’]=

，HOG’=（G’/G）×HOG=

有一填料层为3m的逆流汲取塔，操作压强为1atm，温度为

20℃，用清水汲取空气中的氨,混杂气体流率为36kmol/m2·h，此中含氨6%（体

积%），汲取率为99%，清水流率为86kmol/m2·h，均衡关系为y=，气相总传质系数KGa与气相质量流率的次方成正比，而受液相质量流率的影响甚小。

试估量在塔径、回收率及其余操作条件不变，液体流率增添一倍时，所需填料层高度

有何变化？

解：

L/G=86/36=，S=m/（L/G）==，

y1=,y2=y1（1－η）=×（1－=

NOG=1/（1－S）·ln[（1－S）·（y1－y2*）/（y2－y2*）＋S]=

HOG=h/NOG=3/=

当L↑一倍,L’=2L，s’=m/（L/G）=s/2=

NOG’==1/（1－S’）·ln[（1－S’）·（y1－y2*）/（y2－y2*）

＋S’

]=

因为气相总传质系数受L的影响很小,G不变,因此HOG’≈HOG

Z’=NOG’×HOG’=×=m即所需填料层高度可以降低。

Ｚ＝

在一逆流操作的填料塔中，用含A组分%的矿物油汲取混杂气中的A组分。

已知入口混杂气中A组分的含量为y1=%（以上均为mol%），操作压力为1atm。

系统均衡关系遵从拉乌尔定律。

操作温度下A组分的饱和蒸汽压为380mmHg。

试求

（1）出口矿物油中Ａ组分的最大浓度。

（2）若Ａ组分的回收率为85%，求最小液气比。

（3）当汲取剂用量为最小用量的3倍时，气相总传质单元高度HOG=,

求填料层高度。

（此时回收率不变）

解：

（1）PA=yAP=XAPA°，yA=PA°/P×XA=380/760×XA=，

X1*=y1/==，

（２）

y2=（1-φ）y1=×=

（３）

（L/G）min

=（y1-y2）/（x1*-x2）=NOG×HOG，NOG=1/（1-1/A）×

ln[（1-1/A）（y

1-mx2）/（y2-mx2）+1/A]

（L=3Lmin，S=m/（L/G）=（3×=

（NOG=1/ln[

（Z=×

（已知某填料汲取塔直径为1m，填料层高度4m。

用清水逆流汲取空气混杂物中某可溶组分，该组分入口浓度为8%，出口为1%（均为mol%），混杂气流率为30kmol/h，操作液气比为2，相均衡关系y=2x。

试求：

①操作液气比为最小液气比的多少倍？

②气相总传质系数Kya。

③塔高为2米处气相浓度。

④若塔高不受限制，最大汲取率为多少？

（解：

①因为x2=0，因此（L/G）min=（y1-y2）/（y1/m）=2×（）/=；

（L/G）/（L/G）min=2/=倍；

①因为

L/G=m=2，操作线与均衡线平行，且

x2=0，

ym=y2;

因此NOG=（y1-y2）/

ym=（）/=7,

3

HOG=Z/NOG=4/7m,Kya=G/（HOG×Ω）=30/（4/7××1）=kmol/mh

NOG=Z/HOG=2/（4/7）=∴=（y1-y2）/y2=（）/→y=,

④ηmax=（y1-y2’）/y1=1，因为y2=0，＂挟点＂同时出此刻塔顶，塔底。