四川大学化工原理下册习题集.docx

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四川大学化工原理下册习题集

《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：

　试计算：

（１）C6H6（A）与C6H5Cl（B）的汽液平衡相组成，并画出t-x-y图；

（２）平均相对挥发度（该溶液可视为理想溶液）。

２、如果C6H6（A）与C6H5Cl（B）的混合液中C6H6摩尔分率为0.5，根据上题的T-x-y图回答以下问题：

（1）此溶液开始沸腾的温度，以及此瞬间的蒸汽组成；

（2）若将此溶液加热至388.15K，溶液的状态如何？

各相组成又如何？

（3）此溶液加热到什么温度时才能完全汽化为饱和蒸汽？

此时蒸汽的组成又为多

少？

（4）若要使此溶液得到初步分离，加热温度应控制在什么范围？

3、苯-甲苯混合物可视为理想体系，纯苯（A）和纯甲苯（B）的蒸汽压分别可用下式表示：

式中P0的单位为mmHg，t的单位为℃。

今测的蒸馏釜中温度为108℃，釜液组成为4.3%（质量%），试求：

（1）该蒸馏釜的操作压强；

（2）与釜液呈平衡的蒸汽组成。

（3）当蒸馏釜的操作压强为500mmHg，组成为0.55（苯的摩尔分数）的蒸汽的温度和与此蒸汽呈平衡的液相组成。

4、C6H6（A）与C6H5Cl（B）混合液在常压下进行简单蒸馏。

其中C6H6（A）初始浓度为0.5（摩尔分率，下同），最终液相产品浓度为0.36，且该体系为理想体系，平均挥发度为2.16，试求：

（1）所得气相产品的量和平均组成；

（2）如改为平衡蒸馏，液相产品浓度仍为0.36，其气相产品的量和平均组成。

5、在连续精馏塔中分离CS2-CCl4混合液。

已知原料液于泡点加入，流量为3500kg/h，其中含CS230%（质量%，以下同），回流比为2.8，塔顶产品中含CS292%，馏出液回收率为62%，试求：

（1）塔顶产品量和塔底残液量及残液组成；

（2）塔顶回流量及蒸馏釜汽化量（分别以kg/h及kmol/h表示）。

6、在连续精馏塔中分离乙醇-水混合液。

原料液含乙醇63%（质量%，以下同），泡点进料；要求塔顶产品量为1500kg/h，组成为90%，温度为78.3℃，其回收率为0.97，回流比为2.3，试求：

⑴塔顶及塔底产品量；

⑵蒸汽冷凝器中每小时所冷凝的蒸汽量。

7、在常压操作的连续精馏塔中分离含丙酮30%（摩尔%）混合物，分别计算20℃溶液进料、

饱和液体进料、饱和蒸汽进料时的q值。

常压下丙酮-水体系的平衡数据如下表：

t（℃）

100

92.7

86.5

75.8

66.5

63.4

62.1

61.0

60.4

60

59.7

59.0

58.2

57.5

57.0

56.13

x

0.0

0.01

0.02

0.05

0.10

0.15

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0.95

1.0

y

0.0

0.253

0.425

0.624

0.755

0.798

0.815

0.830

0.839

0.849

0.859

0.874

0.898

0.935

0.963

1.0

8、对于习题6的体系，如果原料流量为150kmol/h，馏出液组成为96%，釜液组成为3%（均为mol%），回流比为2.5，试求上述三种进料状况下的汽、液相组成。

9、在某一连续精馏塔操作中，操作线方程可表示为：

精馏段：

y=0.76x+0.23；提馏段：

y=1.20x–0.02

料液为饱和液体。

试求回流比及原料液、馏出液、残液的组成。

10、在连续操作的精馏塔,精馏段操作线方程为y=0.75x+0.2075，q线方程为y=-0.5x+1.5zF，相对挥发度为2.5，试求：

（1）回流比R；

（2）馏出液的组成xD；

（3）进料热状态参数q值，并判断进料热状态；

（4）当进料组成zF=0.44时，精馏段操作线与提馏段操作线交点处的x值为多少?

（5）回流比为最小回流比的多少倍?

11、用一连续精馏塔分离两组份理想混合液。

原料和馏出液中分别含A组分0.44、0.96（摩尔分率）。

溶液的平均相对挥发度为2.35，最小回流比为1.62，试说明原料液的进料热状况，并求出q值。

12、在一常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。

在回流比为2.48时测得精馏段某相邻三板的液相组成分别为0.70、0.63、0.51（摩尔分率），求下面两层塔板的气相与液相单板效率。

苯-甲苯溶液的平均相对挥发度为2.48。

13、含甲醇35%（mol%，以下同）的甲醇水汽液混合物，在常压连续精馏塔中分离。

进料速率为100kmol/h，其中蒸汽量占1/2，操作回流比为3，进料中甲醇的96%进入馏出液中，要求馏出液的组成为93%。

塔底的相对挥发度为7.54。

试求：

（1）塔顶产品浓度；

（2）残液中甲醇含量；

（3）塔内由下往上数塔釜以上第一块理论板上液体组成；

（4）若该板的气相板效率为0.52，则液体实际组成为多少？

14、在常压连续精馏塔中分离含丙酮25%（质量%，以下同）的丙酮水溶液，要求馏出液组成

为99%，原料液中有80%（摩尔）丙酮进入馏出液中。

进料为泡点液体，操作回流比为最

小回流比的1.7倍，塔釜为间接蒸汽加热，试求：

（丙酮水溶液平衡数据见习题7）

（1）所需理论塔板数及进料板位置；

（2）釜中液体改用水蒸汽直接加热，所需理论塔板数又为多少。

15、在常压连续精馏塔内，分离含苯64%（mol%、以下同）的苯和甲苯混合液，进料量为4000kg/h，进料为泡点液体。

要求馏出液中含苯99.2%，塔底产品中含苯1%，取实际回流比为最小回流比的1.58倍，平均相对挥发度2.54，塔底为间接蒸汽加热，回流液为泡点液体。

试求：

（1）塔顶及塔底产品的摩尔流率；

（2）用图解法求所需的理论塔板数及加料板位置。

苯—甲苯溶液在常压下的平衡数据见下表：

t（℃）

80.2

84.0

88.0

92.0

96.0

100.0

104.0

108.0

110.0

x

1.000

0.823

0.639

0.508

0.376

0.256

0.155

0.058

0

y

1.000

0.922

0.82

0.720

0.596

0.453

0.304

0.128

0

16、在上题条件下，将进料状态改为65℃及饱和蒸汽，试求：

（1）两种情况下的最小回流比，并与泡点液体进料时所需的最小回流比比较；

（2）如维持15题所给的回流比，定性分析所需的理论塔板数和加料板位置有何变化。

17、在常压连续精馏塔中分离CS2-CCl4混合液。

已知原料液于泡点加入，流量为3500kg/h，其中含CS230%（摩尔%，以下同），馏出液中含CS294%，残液中含CS22%，回流比为最小回流比的1.6倍，全塔操作平均温度约为61℃，空塔气速为0.8m/s，板间距为0.4m，全塔效率为50%，试求：

（1）实际塔板层数；

（2）塔径；（3）塔的有效高度。

CS2—CCl4混合液平衡数据（101.3kPa）

x

0

0.0296

0.0615

0.1106

0.1435

0.258

0.3908

0.5318

0.6630

0.7574

0.8604

1.0

y

0

0.0823

0.1555

0.2660

0.3325

0.4950

0.634

0.747

0.829

0.879

0.932

1.0

18、在常压连续精馏塔中分离含甲醇40%（摩尔%，以下同）的甲醇水溶液，要求馏出液组成为98.6%，残液组成为2%，进料为泡点液体，操作回流比为最小回流比的2.2倍。

塔顶采用一个部分凝器和一个全凝器进行冷凝，部分凝器控制回流为饱和液体，其余以饱和蒸汽状态进入全凝器冷凝冷却得到塔顶产品。

若全塔效率为0.6，求实际塔板数。

甲醇—水溶液平衡数据（101.3kPa）

t（℃）

100

96.4

91.2

87.7

81.7

78.0

75.3

73.1

71.2

69.3

67.6

66.0

65.0

64.5

x

0

0.02

0.06

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

0.95

1.00

y

0

0.134

0.304

0.418

0.579

0.665

0.729

0.779

0.825

0.870

0.915

0.958

0.979

1.00

19、将含乙醇50%（摩尔%，以下同）的乙醇水溶液2000kmol/h及乙醇20%的乙醇水溶液

2000kmol/h，分别加入一常压连续精馏塔内进行分离，两股进料均为泡点液体。

要求馏出液

中含乙醇82%，釜液中含乙醇1%，操作回流比为2，塔釜为间接蒸汽加热。

试求：

（1）馏出液及釜液的摩尔流率；

（2）所需理论塔板数及两股进料的位置。

乙醇—水溶液的平衡数据（（101.3kPa）

x

0.00

0.01

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.14

0.18

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

y

0.00

0.11

0.175

0.273

0.34

0.392

0.43

0.482

0.513

0.525

0.551

0.575

0.595

0.614

x

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.894

0.90

0.95

1.00

y

0.635

0.657

0.678

0.698

0.725

0.755

0.785

0.82

0.855

0.894

0.989

0.942

1.00

20、在常压连续精馏塔内分离乙醇20%（摩尔%，以下同）的乙醇水溶液。

要求馏出液组成大于82%，釜液组成小于1%，并在精馏段内某一塔板上抽出泡点液体产品，其量为馏出液的1/2，浓度为60%，操作回流比为2，试确定所需理论塔板数，加料及侧线产品的位置。

21、在常压连续精馏塔中，含易挥发组分50%（摩尔%，以下同）的泡点溶液从塔顶加入，要求塔顶和塔底产品中的易挥发组分含量分别为80%及1%，系统相对挥发度为2.5，泡点回流，回流比为3，试求：

（1）回收率；

（2）操作线方程；（3）最小回流比。

22、在一常压连续精馏塔内分离含苯40%（摩尔%，以下同）的苯-甲苯混合物，处理量为11100kg/h，进料温度为95.4℃。

要求分离后得到的馏出液中含苯98%，塔底产品含甲苯99%。

操作回流比为4.5，塔顶采用全凝器，回流液为泡点液体，冷却水进出口温度分别为25℃及40℃。

蒸馏釜用3kgf/cm2饱和水蒸汽间接加热，塔板效率为52%，若忽略热损失，试确定：

（1）塔顶及塔底产品的摩尔流率；

（2）实际塔板数及加料板位置；

（3）蒸馏釜中加热所需的饱和水蒸汽量；

（4）冷凝器中冷却水消耗量。

23、某两组份混合液在连续精馏塔内进行分离。

已知料液中易挥发组份含量为50%（摩尔%，以下同），泡点进料；塔底产品中易挥发组份含量为10%；平均相对挥发度为4，理论板数为4块（包括再沸器）。

料液自第二层理论板进入，提馏段上升汽