《化工原理》复习提要下.docx

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《化工原理》复习提要下

总复习

第七章

1、相组成

例题：

含丙酮12.5%（质量分数）的水溶液，其密度为966.7kg/m3，试计算丙酮的摩尔分数、摩尔比及物质的量浓度。

xA=0.0425、XA=0.0444、cA=2.086

2、质量传递

（1）等分子反方向传递（摩尔汽化潜热相等的蒸馏）

（2）一组分通过另一停滞组分（吸收操作）

例题：

在直径为0.015、长度为0.52m的圆管中CO2气体通过N2的温度为383K，总压为158.6kPa，管两端CO2的分压分别为95.0kpa和12.0kpa。

试计算CO2的扩散通量。

已知该条件下CO2在N2中的扩散系数为0.165×10-4m2/s。

NA=1.32×10-6kmol/（m2·s）

3、对流传质

例题：

在常压下，30℃的空气从厚6mm、长度为500mm的萘板的上下表面沿水平方向吹过。

在30℃下，萘的饱和蒸汽压为51.7pa，固体萘的密度为1152kg/m3，空气与萘板间的对流传质系数为0.0159m/s。

试计算萘板厚度减薄6%所需要的时间。

时间=1.38h

习题

1、气体吸收属于_____，液体精馏属于_____，液体萃取属于_____，固体干燥属于______。

（气液传质过程、液液传质过程、液固传质过程、气固传质过程）

2、在平衡分离过程中，i和j两组分的分离因子aij越大，则该两组分（）分离

A、越容易B、越不容易C、不能够D、无法判断

3、在分子传质过程中，若漂流因素P总/PBM＞1，则组分A的传质通量NA与组分A的扩散通量JA的关系为（）。

A、NA=JAB、NA＜JAC、NA＞JAD、不好判断

4、气体中的扩散系数DAB与温度T的关系（），与压强P的关系（）

A、DAB∝T1.0B、DAB∝T0.5C、DAB∝T2.0D、DAB∝T1。

75

A、DAB∝P1.5B、DAB∝P0.5C、DAB∝P1.0D、DAB∝P-1.0

第八章

1、亨利定律

（1）表达式

（2）换算关系

2、相平衡

（1）传质方向

Y＞Y*或X＜X*，则为吸收

Y=Y*或X=X*，则为平衡

Y＜Y*或X＞X*，则为解吸

（2）推动力

气液组成为Y、X，则推动力表示为（Y-Y*）或者（X*-X）

（3）传质极限

例题：

1、在常压及25℃下测得氨在水中平衡数据为：

组成为1gNH3/100gH2O的氨水上方的平衡分压为520Pa。

在该组成范围内相平衡关系符合亨利定律。

试求亨利系数、溶解度系数及相平衡常数。

稀氨水密度近似取为1000kg/m3。

E=4.952×104pa、m=0.489、H=1.12×10-3kmol/（m3·pa）

2、若

（1）氨水的温度与组成不变，而氨水上方的总压力升高到202.6kPa；

（2）氨水的组成与总压力不变，而氨水的温度升高到40℃，此时氨水上方的平衡分压为750Pa。

试求以上两种情况的亨利系数、溶解度系数及相平衡常数。

（1）E=4.952×104pa、m=0.244、H=1.12×10-3kmol/（m3·pa）；

（2）E=7.413×104pa、m=0.705、H=7.76×10-4kmol/（m3·pa）

3、在总压为101.3kpa、温度为30℃的条件下，某含SO2为0.098（摩尔分数，下同）的混合空气与含SO2为0.0025的水溶液接触，试判断SO2的传递方向。

已知操作条件下气液相平衡关系为Y*=45.8X。

解吸

4、在某填料塔中用清水逆流吸收混于空气中的CO2，空气中CO2的体积分数为8.5%。

操作条件为15℃、405.3kpa，15℃时CO2在水中的亨利系数为1.24×105kpa，吸收液中CO2的组成为x1=1.65×10-4.试求塔底处吸收总推动力△y、△x、△P、△c、△X、△Y。

3.416×10-2、1.129×10-4、13.99kpa、6.263×10-3kmol/m3、1.129×10-4、0.0397

3、速率关系

（1）膜吸收速率

（2）总吸收速率

例题：

1、用填料塔在101.3kpa及20℃下，以清水吸收混于空气中的甲醇蒸气。

若在操作条件下平衡关系符合亨利定律，甲醇在水中的亨利系数为27.8kpa。

测得塔内某截面处甲醇的气相分压为6.5kpa，液相组成为2.615kmol/m3，液膜吸收系数kL=2.12×10-5m/s，气相总吸收系数KG=1.125×10-5kmol/（m2·s·kpa）。

求该截面处

（1）膜吸收系数kG、ky及kx；1.533×10-5kmol/（m2·s·kpa）、1.533×10-3kmol/（m2·s）、1.176×10-3kmol/（m2·s）

（2）总吸收系数KL、Kx、Ky、KX、KY；5.64×10-6m/s、3.124×10-4kmol/（m2·s）、1.14×10-3kmol/（m2·s）、3.128×10-4kmol/（m2·s）、1.14×10-3kmol/（m2·s）

（3）吸收速率6.327×10-5kmol/（m2·s）

2、已知某低组成气体溶质被吸收时，平衡关系服从亨利定律，气膜吸收系数为3.15×10-7kmol/（m2·s·kpa），液膜吸收系数为5.86×10-5m/s，溶解度系数为1.45kmol/（m3·kpa）。

试求气膜阻力、液膜阻力和气相总阻力，并分析该吸收过程的控制因素。

3.175×106（m2·s·kpa）/kmol、1.706×104s/m、3.187×106（m2·s·kpa）/kmol、气膜控制

4、计算

（1）物料衡算

a

b

Y2a

X2a

X2b

Y2b

Y1b

X1b

Y1a

X1a

Y2b

Y1b=Y1a

Y2a

X2b

X1b=X2a

X1a

C

D

A

B

（2）吸收剂用量

例题：

在101.3kpa、20℃下用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的硫化氢。

已知混合气进塔的组成0.055（摩尔分数，下同），尾气出塔的组成为0.001。

操作条件下系统的平衡关系为p*=4.89×104xkpa，操作时吸收剂用量为最小用量的1.65倍。

（1）计算吸收率和吸收液的组成；98.3%、7.3×10-5

（2）若维持气体进出填料塔的组成不变，操作压力提高到1013kpa，求吸收液组成。

7.3×10-4

5、塔径塔高

（1）塔径

（2）塔高

1、在101.3kpa、20℃下用清水在填料塔内逆流吸收空气中所含的二氧化硫气体。

已知混合气摩尔流速为0.025kmol/（m2·s），二氧化硫的组成为0.032（体积分数）。

操作条件下气液平衡关系为Y=34.6X，气相总体积吸收系数为1.98kmol/（m3·h·kpa），操作时吸收剂用量为最小用量的1.55倍，要求二氧化硫的回收率为98.2%。

试求

（1）吸收剂的摩尔流速（kmol/（m2·s））1.275kmol/（m2·s）

（2）填料层高度。

3.782m

2、某工厂现有一直径为1.2m、填料层高度为8m的吸收塔，用清水逆流吸收空气中所含的有害气体。

已知操作压力为125kpa、温度为25℃。

现场测得入塔和出塔混合气体中溶质的含量分别为5.25%和0.055%（体积分数），出塔吸收液的组成为0.0155（摩尔分数）。

操作条件下的气液平衡关系为Y=2.12X，气相总体积吸收系数为65.5kmol/（m3·s）。

试核算：

（1）吸收剂用量是最小用量的多少倍；1.664

（2）该吸收塔的生产能力（单位：

m3混合气/年，每年7200h）9.477×106m3/年

3、在一逆流操作的填料塔中，用循环溶剂吸收某气体混合物中的溶质组分。

已知进塔气体组成为0.025（摩尔比，下同），操作液气比为1.62，操作条件下气液平衡关系为Y=1.23X，循环溶剂组成为0.0012。

出塔气体组成为0.0023。

现因解吸不良，循环溶剂组成变为0.0086，试求此时出塔气体组成。

0.0111

习题

1、吸收操作的依据是_____，以达到分离____混合物的目的。

2、若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式____，E称为____，若E值很大，说明该气体为____气体。

3、吸收速率方程式中，KY是以____为推动力的____吸收系数，其单位是____。

4、

，其中

表示____，当H____时

可忽略，则该吸收过程为____控制。

5、增加吸收剂用量，操作线的斜率____，吸收推动力____。

6、对接近常压的低组成溶质的气液平衡系统，当温度升高时，亨利系数E将____，相平衡常数m将____，溶解度系数H将____。

A、增大B、不变C、减小D、不确定

7、如图所示为不同温度下某气体在水中的溶解度曲线，由图可知，温度t1、t2、t3由高到低的次序为____

A、t1、t2、t3

B、t1、t3、t2

C、t3、t2、t1

D、t2、t1、t3

8、在下列吸收过程中，属于气膜控制的过程是____。

A、水吸收氨B、水吸收硫化氢C、水吸收氢D、水吸收氧

塔设备

填料塔

1．填料的几何特性参数主要包括____、____、____等。

2．通常根据____、____及____三要素衡量填料性能（板塔呢？

）的优劣。

3．填料因子是指____________。

4．填料操作压降线（Dp/Z~u）大致可分为三个区域，即____、____和____。

填料塔操作时应控制在____区域。

5．（）属于散装填料，（）属于规整填料。

①格栅填料②波纹填料③矩鞍填料④鲍尔环填料⑤脉冲填料⑥弧鞍填料

6．填料的静持液量与（）有关，动持液量与（）有关。

①填料特性②液体特性③气相负荷④液相负荷

7．（）越小，（）越大，越易发生液泛。

①填料因子②气体密度③液体密度④液体粘度⑤操作液气比

8、填料因子

值减小，泛点气速uF_____

A、减小B、增大C、不变D、不确定

板式塔

1．塔板的主要类型有____、____、____、____等。

2．气体通过塔板的总压降包括____、____和____。

3．塔板上的异常操作现象包括____、____、____。

4．塔板的负荷性能图由五条线构成，它们是____、____、____、____、____。

5、流体力学性能的验算包括___、___、___、____、____。

6．塔板的操作弹性是指________。

7．气液在塔板上有四种接触状态，优良的接触状态是（）和（），操作时一般控制在（）。

①鼓泡接触状态②蜂窝接触状态③泡沫接触状态④喷射接触状态

8．板式塔塔板的漏液主要与（）有关，液沫夹带主要与（）有关，液泛主要与（）有关。

①空塔气速②液体流量③板上液面落差④塔板间距

9、以下板塔中，操作弹性最大的是___，单板压降最小的是___，生产能力最大的是___，造价最低的是___。

A、泡罩塔B、筛板塔C、浮阀塔

10、在板式塔设计中，加大板间距，负荷性能图中液泛线___。

A、上移B、下移C、不变D、不确定

第九章

1、气液平衡

（1）

（2）

（3）

例题：

在连续精馏塔中分离苯（A）和甲苯（B）两组分理想溶液。

现场测得：

塔顶全凝器，第一层理论板的温度计读数为83℃，压力表读数pD=5.4kpa；塔釜温度计读数为112℃，压力表读数p2=12.0kpa。

试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。

（当地大气压为101.3kpa）

塔顶：

xD=0.964aD=2.608

塔底：

xW=0.0509aW=2.372

2、物料衡算与操作线

例题

1、在连续精馏塔中分离甲醇水溶液。

原料液的处理量为3250kg/h，其中甲醇的摩尔分数为0.37（下同），泡点进料，操作回流比为2.5。

要求馏出液中甲醇的收率为94%，组成为0.96.试求：

（1）馏出液和釜残液的流量和组成；D=41.52W=73.08xW=0.0348

（2）精馏段、提馏段的气液相流量；L=103.8D=145.3L’=218.4D’=145.3

（3）欲获得馏出液46kmol/h，其最大可能组成；xD,max=44.17

（4）若保持馏出液组成为0.96，可能获得的最大馏出液量。

Dmax=44.17

2在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液，物系的平均相对挥发度为2.0。

馏出液组成0.94（摩尔分数，下同），釜残液组成为0.04，釜残液流量为150kmol/h。

回流比为最小回流比的1.2倍。

且已知进料方程为y=6x-1.5。

试求精馏段操作线方程与提留段操作线方程。

精：

y=0.76x+0.226提：

y=1.507x-0.0202

3、在连续精馏塔中分离A、B两组分理想溶液。

料液处理量为120kmol/h，泡点进料，其组成为0.48（摩尔分数，下同）。

操作回流比为2，要求馏出液组成为0.94，轻组分收率95%。

物料的平均相对挥发度为2.48。

试分别计算泡点（83℃）和50℃回流下精馏段和提留段操作线方程。

回流液汽化热为3.2×104kJ/kmol，平均比热容为140kJ/（kmol·℃）。

83℃：

精：

y=0.667x+0.3133提：

y=1.354x-0.0165

50℃：

精：

y=0.696x+0.2859提：

y=1.323x-0.015

3、理论板层数的计算

（1）逐板计算法：

平衡方程、操作方程交替使用

（2）图解法

（3）简捷法

（4）塔高T

（5）总板效率、单板效率

（6）热量恒算：

P122，例9-12

例题、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。

塔顶设置全凝器和分凝器，分凝器向塔顶提供泡点回流液，从全凝器得到馏出液产品。

原料液的处理量为160kmol/h，其组成为0.55（摩尔分数，下同），泡点进料。

已测得与进料成平衡的气相组成为0.71。

要求馏出液的组成为0.95，釜残液组成为0.04，精馏段操作气液比为1.4，试求：

（1）塔顶馏出液中易挥发组分的收率；96.8%

（2）操作回流比与最小回流比的比值；1.667

（3）离开塔顶第一层板的气液相组成；y1=0.9177、x1=0.8479

（4）若塔顶第一层板液相默弗里效率为0.6，再求离开该板气液相组成。

y1=0.9177、x1=0.8707

习题

1、蒸馏是依据______，通过建立两相体系，组分在两相间___而实现混合物分离操作的。

2、精馏过程连续操作的必要条件是___和___。

3、精馏塔的塔釜温度总是高于塔顶温度，其原因是______。

4、精馏塔进料可能有___种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2:

3时，则进料热状况参数q值为___。

5、精馏塔可分为___和___两段。

精馏塔从塔底到塔顶易挥发组分含量逐渐___，温度逐渐___。

操作时若发现塔顶温度升高，则分离效果___。

6、欲保持塔顶馏出液中轻组分收率不变，将间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热，则xW将___，所需理论板层数NT将___。

7、拉乌尔定律是说明（）。

A、气相中两组分之间关系；

B、气相与液相中同一组分之间的平衡关系；

C、液相中两组分之间关系；

D、气相与液相中不同组分之间的平衡关系。

8、精馏塔的操作线为直线，是基于（）。

A、理论板假设B、恒摩尔流假设

C、泡点回流D、理想物系

9、精馏塔采用全回流时，其两操作线（）。

A、与对角线重合B、距平衡线最近

C、斜率为0D、在y轴上的截距为1

10、在精馏塔中相邻两层塔板（从上往下）上取三个样品yn、yn+1、xn，试判断如下两种操作方式中哪个分析结果正确：

全回流（）；部分回流（）。

A、yn＞yn+1＞xnB、yn＞yn+1＝xn

C、yn＞xn＞yn+1、D、yn+1＞yn＞xn

11、气液相组成相同的两组分混合物，泡点t1和露点t2的关系是（）。

A、t1＞t2B、t1＜t2C、t1＝t2D、不确定

12、精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则提馏段下降液体流量L’（）。

（P总、R、a、F、D、W、xF、xD、xW、NT）

A、减小B、不变C、增加D、不确定