化工原理下 考试大题

1、今有连续逆流操作的填料吸收塔，用清水吸收原料气中的甲醇。已知处理惰性气体量为131000-⋅h m （操作状态），原料中每立方米惰性气体含甲醇g 100，吸收后水中含甲醇量等于与进料气体中相平衡时浓度的%67。设在常压、25℃下操作，吸收的平衡关系取为X Y 15.1=，甲醇回收率要求为%98，塔径为0.84 m 13100--⋅⋅=h m

kmol a K Y 。试求：（1）水的用量为多少1-⋅h kg ？（2）传质单元高度OG H ；（3）传质单元数OG N ；（4）

填料层高度。

1、解：（1）()

19.40252732734.221000-⋅=+⨯=h kmol V B （1分） 0764.025

2732734.221321010031=+⨯⨯=-Y （1分） ()()00153.098.010764.0112=-⨯=-=ψY Y （1分）

0445.015

.10764.067.067.011=⨯=⨯=m Y X （2分） 1

212181.689.400445

.000153.00764.0-⋅=⨯-=⨯--=h kmol V X X Y Y L B S 16.1238-⋅=h kg （2分）

（2） ()m a K V H y B OG 7384.084.041009.402

=⨯⨯=Ω=π

(2分)

（3） 00445.000153.00764.02121====X X Y Y ，，，

00512.015.1*21*1===∴Y X Y ，

()()

()00845.000153.00252.0ln 00153.00512.00764.0ln *22*11*22*11=--=-----=∆∴Y Y Y Y Y Y Y Y Y m 86.800845

.000153.00764.021=-=∆-=∴m OG Y Y Y N （4分） 或用解析法求OG N 684.081

.689.4015.1=⨯=L mV Θ

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∴L mV mX Y mX Y L mV L mV N OG 22211ln 11

()86.8684.000153.00764.0684.01ln 684.011=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡+--= （4）m H N Z OG OG 54.67384.086.8=⨯=⋅= （2分）

2、用一精馏塔分离二元理想混合物，塔顶为全凝器冷凝，泡点温度下回流，原料液中含轻组分0.5(摩尔分数，下同)，操作回流比取最小回流比的1.4倍，所得塔顶产品组成为0.95，釜液组成为0.05，料液的处理量为100h kmol /，料液的平均相对挥发度为3，若进料时蒸气量占一半，试求： （1）提馏段上升蒸气量；（2）自塔顶第2层板上升的蒸气组成。

2、解：（１）由相平衡方程 x

x x x y 213)1(1+=-+=αα （1分） 及进料方程 11

5.05.015.05.011+-=---=---=x x q x x q q y F （1分） 联立解得 22x ＋x 2-１＝0 4842+±-=

x 取 367.0=q x （2分）

则 633.0213=+=q q

q x x y （1分） 23.137

.063.063.095.0min =--=--=q q q

D x y y x R （2分） R=722.14.1min =R （1分）

再由物料衡算方程 W D F += 及 W W F Wx Dx Fx +=

解得 h kmol D /50= h kmol D F W /50=-=

h kmol F V F q V V h kmol D R V /1.86501.1365.0)1(/1.13650)1722.1()1('=-=-=--==+=+= （3分）

（2）已知95.01==D x y （1分）

由相平衡关系 86.0)1(1

11=--=y y x αα （1分） 再由精馏段操作线方程解得

88.01

722.195.086.01722.1722.11112=++⨯+=+++=R x x R R y D （2分） 3 某精馏塔用于分离苯－甲苯混合液，泡点进料，进料量30kmol/h ，进料中苯的摩尔分 率为 0.5，塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为0.95和0.10，采用回流比为最小回流比的

1.5倍，操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=

2.40。

(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，求离开第二块板的蒸汽和液体组成。 答文

解：F=D+W F ｘF ＝ＤｘD ＋Ｗｘw 30=D+W 30×0.5=D ×0.95+W ×0.10 D=14.1kmol/h W=15.9kmol/h x e =x F =0.5, ｙe=αｘe ／[1+(α-1)ｘe]=2.40×0.5/[1+(2.40-1)×0.5]=0.706 Rmin=（ｘD －ｙe ）／（ｙe －ｘe ）＝(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18 R=1.5×1.18=1.77 y=[R/(R+1)]x+ｘD ／（R+1)=[1.77/(1.77+1)]x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343 ｙ1＝ｘD ＝0.95 ｘ1＝ｙ1／[α－y 1(α－1）]=0.95/[(2.40-0.95(2.40-1)]=0.888 ｙ2＝0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910 ｘ2＝0.910/[2.40-0.910(2.40-1)]=0.808

4 采用常压干燥器干燥湿物料。每小时处理湿物料１０００ｋｇ，干燥操作使物料的 湿基含量由４０％减至５％，干燥介质是湿空气，初温为２０℃，湿度Ｈo ＝０．００９ ｋｇ水／ｋｇ绝干空气，经预热器加热至１２０℃后进入干燥器中，离开干燥器时废气 温度为４０℃，若在干燥器中空气状态沿等Ｉ线变化。试求： （１）水分蒸发量Ｗ ｋｇ／ｓ； （２）绝干空气消耗量Ｌ ｋｇ绝干气／ｓ； （３）干燥收率为９５％时产品量 ｋｇ／ｓ； （４）如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为多少ｍ3

／ｓ？ 答文