化工原理复习题.docx
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化工原理复习题
化工原理复习题
第一章蒸馏
11.用一连续精馏塔分离由组分A¸B组成的理想混合液。
原料液中含A0.44,馏出液中含A0.957(以上均为摩尔分率)。
已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最回流比为1.63,试说明原料液的热状况,并求出q值。
解:
在最回流比下,操作线与q线交点坐标(xq,yq)位于平衡线上;且q线过(xF,xF)可以计算出q线斜率即q/(1-q),这样就可以得到q的值
由式1-47Rmin=[(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/(α-1)代入数据得
0.63=[(0.957/xq)-2.5×(1-0.957)/(1-xq)]/(2.5-1)
∴xq=0.366或xq=1.07(舍去)
即xq=0.366根据平衡关系式y=2.5x/(1+1.5x)
得到yq=0.591
q线y=qx/(q-1)-xF/(q-1)过(0.44,0.44),(0.366,0.591)
q/(q-1)=(0.591-0.44)/(0.366-0.44)得q=0.67
∵0 12.在连续精馏塔中分离某种组成为0.5(易挥发组分的摩尔分率,下同)的两组分理想溶液。 原料液于泡点下进入塔内。 塔顶采用分凝器和全凝器,分凝器向塔内提供回流液,其组成为0.88,全凝器提供组成为0.95的合格产品。 塔顶馏出液中易挥发组分的回收率96%。 若测得塔顶第一层板的液相组成为0.79,试求: (1)操作回流比和最小回流比; (2)若馏出液量为100kmol/h,则原料液流量为多少? 解: (1)在塔顶满足气液平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]代入已知数据 0.95=0.88α/[1+0.88(α-1)]∴α=2.591 第一块板的气相组成y1=2.591x1/(1+1.591x1) =2.591×0.79/(1+1.591×0.79)=0.907 在塔顶做物料衡算V=L+D Vy1=LxL+DxD 0.907(L+D)=0.88L+0.95D∴L/D=1.593 即回流比为R=1.593 由式1-47Rmin=[(xD/xq)-α(1-xD)/(1-xq)]/(α-1)泡点进料xq=xF ∴Rmin=1.031 (2)回收率DxD/FxF=96%得到 F=100×0.95/(0.5×0.96)=197.92kmol/h 14在常压连续提馏塔中分离含乙醇0.033的乙醇—水混合液。 饱和液体进料,直接蒸气加热。 若要求塔顶产品乙醇回收率为0.99,试求 (1)在无限多层理论板层数时,计算每摩尔进料所需蒸气量; (2)若蒸气量取为2倍最小蒸气量时,求所需理论板层数及两产品的组成。 假设塔内气液恒摩尔流动。 常压下气液平衡资料列于例1-5题附表中。 解: 由方程F+V0=D+W和F=D+W及D=0.99F解得 =0.00033。 (1)在无限多层理论板层数时的操作线斜率为: ,直接蒸汽加热,=0。 由平衡数据查得,=0.033,=0.270,所以解得=0.121(mol/mol进料)。 (2)=2时所需理论板层数及两产品的组成 显然=,==0.99,所以=0.135。 图解法求得理论板层数为5(图解法略)。 15在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯的混合液。 在全回流条件下测得相邻板上的液相组成分别为0.28,0.41和0.57,试计算三层中较低的两层的单板效率EMV。 操作条件下苯-甲苯混合液的平衡数据如下: x0.260.380.51 y0.450.600.72 解: 假设测得相邻三层板分别为第n-1层,第n层,第n+1层 即xn-1=0.28xn=0.41xn+1=0.57根据回流条件yn+1=xn ∴yn=0.28yn+1=0.41yn+2=0.57 由表中所给数据α=2.4 与第n层板液相平衡的气相组成yn*=2.4×0.41/(1+0.41×1.4)=0.625 与第n+1层板液相平衡的气相组成yn+1*=2.4×0.57/(1+0.57×1.4)=0.483 由式1-51EMV=(yn-yn+1)/(yn*-yn+1) 可得第n层板气相单板效率EMVn=(xn-1-xn)/(yn*-xn) =(0.57-0.41)/(0.625-0.41) =74.4% 第n层板气相单板效率EMVn+1=(xn-xn+1)/(yn+1*-xn+1) =(0.41-0.28)/(0.483-0.28) =64% 21、在连续精馏塔中分离二硫化碳-四氯化碳混合液。 原料液在泡点下进入塔内,其流量为4000kg/h、组成为0.3(摩尔分数,下同)。 馏出液组成为0.95,釜液组成为0.025。 操作回流比取最小回流比的1.5倍,操作压强为常压,全塔操作平均温度为61℃,空塔气速为0.8m/s,塔板间距为0.4m,全塔效率为50%。 试求: (1)实际板层数; (2)两产品质量流量;(3)塔径;(4)塔的有效高度。 解: (1)由y-x相图中q线与平衡线的交点坐标为xq=xF=0.3,yq=0.54 则 R=1.5Rmin=1.5×1.71=2.57 所以精馏段操作线的截距 在图中作出精馏段操作线和提馏段操作线,见附图。 得出NT=12-1=11块 NP=NT/E=11/0.5=22块 (2)解法一: 因MF=0.3×76+0.7×154=130.6kg/kmol F=4000/130.6=30.63kmol/h 由全塔物料衡算 F=D+W30.63=D+W FxF=DxD+WxW30.63×0.3=0.95D+0.025W 解之D=9.11kmol/hW=21.52kmol/h 又MD=0.95×76+0.05×154=79.9kg/kmol MW=0.025×76+0.975×154=152.05kg/kmol 所以D=9.11×79.9=727.89kg/h W=21.52×152.05=3272.12kg/h 解法二: 各部分组成以质量分数表示 F=D+W4000=D+W FwF=DwD+WwW40000×0.175=0.904D+0.0125W 解之D=729kg/hW=3271kg/h (3)因为泡点进料,故q=1V‘=V V=(R+1)D=(2.57+1)×9.11=32.52kmol/h 由式(6-49) m 圆整为700mm。 (4)由式(6-47) Z=(NP-1)HT=(22-1)×0.4=8.4m 22、求习题21中冷凝器的热负荷和冷却水的消耗量以及再沸器的热负荷和加热蒸气的消耗量。 假设热损失可以忽略。 已知条件如下: (1)塔内各处的操作温度为: 进料62℃、塔顶47℃、塔釜75℃。 回流液和馏出液温度为40℃。 (2)加热蒸气表压强为100kPa,冷凝水在饱和温度下排出。 (3)冷却水进出口温度分别为25℃和30℃。 解: (1)塔顶近似按CS2,因塔顶泡点温度ts=47℃,而回流液和馏出液温度tL=40℃,查47℃rA=350kJ/kg 47+40/2=43.5℃下CPA=0.98kJ/kg Qc=(R+1)D[rA+CPA(ts-tL)]=(2.57+1)×727.89×[0.98×(47-40)+350] =9.3×105kJ/h (2)塔釜可近似按CCl4,查75℃下rB=195kJ/kg又V‘=V QB=V‘rB=(2.57+1)×727.89×195=5.07×105kJ/h 查饱和水蒸气101.33+100=201.33kPa(绝压)下,r=2205kJ/kg 第二章吸收 在一个接触效能相当于8层理论塔板的筛板塔内,用一种摩尔质量为250、密度为900kg/m3的不挥发油吸收混于空气中的丁烷。 塔内操作压强为101.33kPa,温度为15℃进塔气体含丁烷5%(体积),要求回收率为95%。 丁烷在15℃时蒸气压强为194.5kPa,液相密度为580kg/m3。 假定拉乌尔定律及道尔顿定律适用,求: 14.在一逆流吸收塔中用三乙醇胺水溶液吸收混于气态烃中的H2S,进塔气相中含H2S(体积)2.91%要求吸收率不低于99%,操作温度300K,压强101.33kPa,平衡关系为Y*=2X,进塔液体为新鲜溶剂,出塔液体中H2S浓度为0.013kmol(H2S)/kmol(溶剂) 已知单位塔截面上单位时间流过的惰性气体量为0.015kmol/(m2·s),气相体积吸收总系数为0.000395kmol/(m3·s·kPa)。 求所需填料蹭高度。 解: y2=y1(1-η)=0.0291×0.01=0.000291 Y2=y2=0.000291Y1=0.0291/(1-0.0291)=0.02997 ΔYm=[(Y1-Y1*)-Y2]/ln[(Y1-Y1*)/Y2] =[(0.02997-0.013×2)-0.000291]/ln[(0.02997-0.013×2)/0.000291] =0.0014 ∴ΝOG=(Y1-Y2)/ΔYm=(0.02997-0.000297)/0.0014=21.2 HOG=V/(KYaΩ)=0.015/(0.000395×101.33) =0.375 H=ΝOG×HOG=21.2×0.375=7.9m 15.有一吸收塔,填料层高度为3m,操作压强为101.33kpa,温度为20℃,用清水吸收混于空气中的氨。 混合气质量流速G=580kg/(m2﹒h),含氨6%(体积),吸收率为99%;水的质量流速W=770kg/(m2﹒h)。 该塔在等问下逆流操作,平衡关系为Y*=0.9X。 KGa与气相质量流速的0.8次方成正比而与液相质量流速大体无关。 试计算当操作条件分别做下列改变时,填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率(塔径不变); (1)操作压强增大一倍; (2)液体流量增大一倍;(3)气体流量增大一倍。 混合气体的平均摩尔质量 M=0.06×17+29×0.94=28.28 根据物料守恒 得 则 (1)当操作压强增大一倍 则 另一方面, 综上得 所以=0.3994×3=1.198m (2)当液体流量增大一倍,即 ,由物料衡算, 而总传质单元高度不变。 所以 所以 (3)当气体流量增大一倍 由物料衡算, 同时 所以 所以 第三章干燥 1.已知湿空气的总压强为50kPa,温度为60℃相对湿度40%,试求: (1)湿空气中水气的分压; (2)湿度;(3)湿空气的密度 解: (1)查得60℃时水的饱和蒸汽压PS=19.932kPa ∴水气分压P水气=PSф=19.932×0.4=7.973kPa (2)H=0.622P水气/(P-P水气)=0.622×7.973/(50-7.973) =0.118kg/kg绝干 (3)1kg绝干气中含0.118kg水气 x绝干=(1/29)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.84 x水气=(0.118/18)/[(1/29)+(0.118/18)]=0.16 ∴湿空气分子量M0=18x水气+29x绝干气=18×0.16+29×0.84 =27.249g/mol
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