化工原理习题集.docx
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化工原理习题集
《化工原理》习题集
第二章气体吸收
1、当总压为101.3kPa,温度为25℃时,100克水中含氨1克,该溶液上方氨的平衡分压为0.933kPa;若在此浓度范围内亨利定律适用,试求溶解度系数H和相平衡常数m(溶液密度近似取为1000kg/m3)。
2、含有4%(体积)氨气的混合气体,逆流通过水喷淋的填料塔,试求氨溶液的最大浓度,分别以摩尔分率,质量分率,比摩尔分率,比质量分率表示。
塔内绝对压强为2.03×105Pa,在操作条件下,气液平衡关系为p*=2000x(式中p的单位为mmHg,x为摩尔分率)。
3、已知NO2水溶液的亨利系数如下:
温度/℃
5
10
15
20
25
30
35
E/×102kPa
1.19
1.43
1.68
2.01
2.28
2.62
3.06
指出下列过程是吸收过程还是解吸过程,推动力是多少?
并在x-y图上表示。
(1)含NO20.003(摩尔分率)的水溶液和含0.06(摩尔分率)的混合气接触,总压为101.3kPa,T=35℃;
(2)气液组成及总压同
(1),T=15℃;
(3)气液组成及温度同
(1),总压达200kPa(绝对压强)。
4、已知某吸收系统中,平衡关系为y=0.3x,气膜吸收分系数ky=1.815×10-4kmol/(m2.s),液膜吸收分系数kx=2.08×10-5kmol/(m2.s),并由实验测得某截面上气液相浓度分别为y=0.014,x=0.02,试求:
(1)界面浓度yi、xi分别为多少?
(2)液膜阻力在总阻力中所占的百分数,并指出控制因素;
(3)气相推动力在总推动力中所占的百分数。
4、在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇,操作温度为27℃,压力为101.3kPa(绝对压力)。
稳定操作状况下,塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07kPa,液相中甲醇浓度为2mol/m3。
甲醇在水中的溶解度系数H=1.995kmol/(m3.kpa.),液膜吸收分系数kL=2.08×10-5m/s,气膜吸收分系数kG=1.55×10-5kmol/(m2.s.kpa.)。
试计算该截面上的吸收速率。
5、在某填料吸收塔中,用清水处理含的SO2混合气体。
逆流操作,进塔气中含SO20.08(摩尔分率),其余为惰性气体。
混合气体的平均分子量取28,水的用量比最小用量大65%。
要求每小时从混合气体中吸收2000kgSO2的,操作条件下气液平衡关系为Y=26.7X,计算每小时用水量为多少m3?
6、在总压为101.3kPa,温度为20℃的吸收塔中,用清水吸收SO2-空气混合气体中的SO2。
入
塔时SO2浓度为5%(体积),要求在处理后的气体中,SO2含量不超过1%(体积)。
在101.3kPa
和20℃时,平衡关系可近似写为Y*=35X。
试问:
(1)逆流操作和并流操作时最小液气比(L/V)min各为多少?
由此可得出什么结论?
(2)若操作总压增为303.9kPa时,采用逆流操作,其最小液气比为多少?
并与常压逆流操作的最小液气比作比较讨论。
7、由矿石焙烧炉送出的气体含SO29%(体积%),其余可视为空气。
冷却后送入吸收塔用水
吸收,以回收其中SO2的95%。
在操作条件下的平衡关系为Y*=48X,吸收塔每小时处理的炉气量为1000m3(303K,100kPa),所用液气比为最小液气比的1.4倍。
求每小时用水量和出塔溶液的浓度。
8、在一逆流吸收塔中用吸收剂吸收某混合气体中的可溶组分。
已知操作条件下该系统的平衡
关系为Y=1.15X,入塔气体可溶组分含量为9%(摩尔%),吸收剂入塔浓度为1%(摩尔%);当液气比分别取L/V>m,L/V 并在Y-X图上画出上述情况的操作线与平衡线的相互关系。 9、用水吸收丙酮——空气混合物中的丙酮(逆流操作),入塔混合气中含丙酮7%(体积), 混合气体流量为1500m3/h(标准状态),要求吸收率为97%,丙酮溶解于水的平衡关系可用Y*=1.68X表示,试计算: (1)每小时被吸收的丙酮量和水的最小用量为多少? (2)若用水量为3200kg/h,求溶液的出口浓度? 在此情况下,塔进出口处的推动力ΔY 各为多少? (3)若溶液的出口浓度x1=0.0305,求所需用水量,此用水量为最小用水量的多少倍? (4)做图说明 (2)、(3)两种情况操作时,那种所需的传质面积较小? 为什么? 10、在一逆流填料吸收塔中,用清水处理SO2混合气体。 进塔气中含SO20.09(摩尔分率), 水的用量比最小用量大70%。 要求SO2吸收量为2000kg/h,操作条件下的气液平衡关系为Y=26.7X,计算每小时用水量为多少立方米。 11、需要设计用清水作吸收剂的填料塔,因算出的填料层高度与直径之比过大,拟改为两个高度较小的塔联合操作,现提出以下几个流程方案,各种方案中 (1)每塔L/V相等; (2)Yb1、YD、Ya2不变,设平衡关系服从亨利定律,试分别做出其平衡线与操作线的示意图,并比较这三种方案。 方案1方案2方案3 11、在逆流操作的填料塔中,用纯溶剂吸收某气体混合物中的可溶组分,若系统的平衡关系为Y=0.4X。 试求: (1)回收率为93%时的最小液气比(摩尔比); (2)当液气比为最小液气比的1.4倍,塔高不受限制时该系统的最大回收率。 (3)如果吸收因子A=1.2,回收率为90%,并已知该系统的气、液相传质单元高度HL 和HG都是2m,其填料层高度为多少? ? 13、混合气中含CO25%(体积),其余为空气。 于30℃及2MPa下用水吸收,回收率为90%,溶液出口浓度x1=0.0004,混合气体处理量为224m3/h(操作状态),亨利常数E=200MPa,液相体积总传质系数KLa=50kmol/(m3h(kmol/m3)),塔径为1.5m,求每小时用水量和填料层高度。 14、在一逆流填料吸收塔中,用纯水吸收空气—氨混合气中的氨。 入塔气体中含氨9%(体积),要求吸收率为90%,水用量为最小用量的1.2倍,操作状态下平衡关系为Y*=1.8X,HOG=1m。 试求: (1)填料层的高度; (2)若改用含氨0.08%的稀氨水作吸收剂,Y1及其他条件不变,吸收率为多少? (3)画出两种情况下的操作线及平衡线的示意图。 15、有一吸收塔,填料层高度为3米,可以将含有NH36%(体积)的空气—氨混合气中的NH3回收99%,气体速率为600kg惰气/(m2h),吸收剂用水,其速率为900kg/(m2h)。 在操作范围内,氨的气液平衡关系为Y*=0.9X,,受液体速率影响很小,而W气是单位时间内通过塔截面的气体质量,试计算将操作条件作下列变动,所需填料层有何增减? (1)气体速度增加20%; (2)液体速度增加20%; 假设气、液速率变动后,塔内不会发生液泛。 16、已知某填料塔直径为1米,填料层的高度为4米。 用清水逆流吸收空气混合物中的某可溶组分,该组分进、出口浓度分别为8%和1%(摩尔分率),混合气流率为30kmol/h,操作液气比为最小液气比的1.24倍,相平衡关系为Y*=2X,试计算: (1)塔高为3米处气相浓度; (2)若塔高不受限制,最大吸收率为多少? 17、某厂有一填料吸收塔,直径为880mm,填料层高6m,所用填料为50mm拉西环,每小时处理2000m3g丙酮-空气混合气(T=298.15K,P=101.3kPa),其中含丙酮5%(体积%);用水作溶剂。 塔顶放出废气中含丙酮0.263%(体积%),塔底排除的溶液每kg含丙酮61.2g;在此操作条件下,平衡关系Y=2.0X。 根据上述测得数据试计算: (1)气相体积总传质系数KYa; (2)每小时回收多少丙酮; (3)若保持气液流量V、L不变,将填料层高度加高3m,可以多回收多少丙酮。 18、在高度为5m的填料塔内,用纯溶剂除去混合气中的某组分,在操作条件下相平衡常数 m=0.6,当L/V=0.9时,溶质回收率可达90%。 现改用另一种性能较好的填料在相同 条件下其吸收率可提高到95%,问此填料的体积传质系数是原填料的多少倍? 19、在逆流操作的填料塔中,用稀硫酸吸收空气中所含的氨(低浓度),溶液上方氨的分压为 零(相平衡常数m=0)。 在下列两种情况下,气体与液体流率以及其他操作条件大致相 同,传质单元高度HOG都可取为0.5m,试比较所需的填料层高度有何不同? (1)要求回收率为90%; (2)要求回收率为95%。 20、要从CCl4—空气混合物中吸收所含的CCl4,处理的混合气体量为1500kmol/h,混合气体中含CCl45%(mol%),回收率为90%,吸收塔操作压力为101.325kPa,温度为298K。 有两股吸收液送入塔内,第一股含CCl42.26%(质量%)的煤油,其量为222kmol/h,从塔顶送入;第二股为含CCl413.7%(质量%)的煤油,其量为153kmol/h,在塔中段液体浓度与它相同处送入。 在操作条件范围内,平衡曲线可表示为Y*=0.13X,已知吸收过程属气膜控制,kG=1.2kmol/(m2.h.atm),纯煤油的平均分子量为170,CCl4的分子量为154,塔径为3.5m,填料的比表面积a=110m2/m3,试求: (1)填料层高度; (2)第二股煤油应在距填料层顶部若干米处送入? (3)若将两股煤油相混,一起从塔顶送入,欲得到同样的回收率,塔高应为多少? 21、现有一填料塔,在301K和101.3kPa下,用清水吸收200m3/h氨—空气混合物中的氨,使其含量从5%(体积%)降低到0.04%(体积%)。 出塔氨水浓度为最大浓度的80%,填料塔直径为0.5m,填料层体积为0.98m3,其平衡关系式为Y*=1.4X,已知: KGa=0.272G0.35L0.36kmol/(h.atm);G——混合气体的质量流速kg/(m2h);L——液体的质量流速kg/(m2h)。 问: 该塔能否适用? 为什么? 22、以2.5N的NaOH溶液在常压下吸收CO2—空气混合物中的CO2。 实验使用的填料塔为塔径350mm,塔高3m,以19mm的拉西环填充。 实验结果为: 气速G’=0.34kg/(m2s),液速L=3.94kg/(m2s);入口气体中CO2含量为315ppm,而出口气体中CO2含量为31ppm;溶液密度为1100kg/m3,吸收为气相扩散控制,问总气相传质系数KGa的值为多少? 23、空气和丙酮混合气体2000m3/h(标准状态),其中含丙酮10%(体积%),于293K和202.65kPa下,在直径为0.62m的填料吸收塔中用水吸收,吸收率为80%,塔中选用25×25×3乱堆瓷环,比表面积a=200m2/m3,吸收系数KY=0.6kmol/(m2.h),吸收剂用量为最小用量的3倍,操作条件下的平衡数据如下表,试计算填料层高度。 X 0 0.0526 0.075 0.111 0.250 0.430 0.668 1.0 Y 0 0.0318 0.0425 0.0542 0.0776 0.0915 0.101 0.1095 第三章蒸馏 1、在101.3kPa下,C6H6(A)与C6H5Cl(B)的饱和蒸汽压(kPa)和温度(K)的关系如下:
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