化工原理下 考试大题.docx

1 .今有连续逆流操作的填料汲取塔用清水以取原料气中的甲静已知处理惰性气体录为100O尸（操作状态）,原料中每立方米惰性气体含甲,100g,汲取后水中含甲酹破等于及进料气体中和平衡时浓度的67%.设在常压、25C下操作，汲取的平衡关系取为y=1.15X,甲静回收率要求为98%,塔径为0.8ImKra=（X）kf>1.i31t试求：<1水的用量为多少Ag"'?<2>伸质单元裔度，凶；（3）传质单元数Mb：（I）填料层高度.1、解：（1）Vw=-X-i-273=40.9kn>1.-h'（1分）“22.4（273+25）匕=用哪1.=OO7N门分）三x273+25X=X（I-W）=0.（J764×（1-0.98）=（KX）153（1分X=0.67X=0.67幽史=0.0445（2分）m1.15.Y1-Y2.0.0764-O.（X）I53,n.QQ一,.-1=!-×Vt1.=X40.9=68.81kn）1.h-Xi-X20.（M45=I2386JW（2分）V409(2) H(Xi=J=0.7384"?(2分)>ai100XmX(0.84)2(3) Y1=0.0764,Y2=0.00153,X1=0.(M45,X,=0.y；*=1.15X,=O,O5I2,Y：=0.-.W=抬M)二)=(0864.0.0.00153=0345Ey-Y；1.0.0252In!-Iny,_y：().(M)I53,NoCY,-Y,0.0764-O.53ooz=-=8.86%,0.0(35（4分）WGeaiCr*z»1V1.15×40.9n,o,或用解析法求NOG=0-6841.68.811-0.684'n°-684+0.684=8.86（4）Z=NM所=8.86x0.73K4=6.Xm（2分）2、用一精调塔分别二元走向混合物,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,釜漱祖成为0.05,料液的处理崎为100A口力，料液的平均相对挥发度为3,若进料时然气量占一半，试求：1）提馅段上升然气量：2）自塔顶第2层板上升的蒸气祖成。2、解：（1由相平衡方程V=一=一二（1分）I+（-1.）xI+Ix及进料方程（1分）联立解得2/+2x7=0取A-=0.367（2分）。”但"30.63-0.37则“分）（2分）R=1.40=1.722（1分）再由物料衡算方程F=D+W及Fxf=Dxw+W1.t价得D=50jIwwW=F-D=50krt>1.hV=（R+Y）D=（.722+1）50=136.1A三.（3分）V=V-（1.-q）F=V-0.5F=136.1-50=SGAknio1.Zh（2）已知X=Xi）=O.95（1分）由相平衡关系X1=a-（-1.）y10.86（1分）再由相憾段探作战方程解得釜液的组成为O（）33.试求（I）慵出液的流贵和1成:<2）若禁作回流比为265.写出精诩段的操作线方程：（3）提福段的气、液相负荷.（4）提幅段的操作规方程8解：播出液的流收和组成（6分）他全塔物料衡算,可得%,x1.,0.96fntx,;0.96×100×0.45k11x>1.1.h-43.2kmo1.ht.,v,xv,=(*-0.96)×100×0.45knx)b'h=1.8kn>1.'1.hIQquw=kn01.'h=54.55kmo1.'h以0.033%,<>=r-/,W=(100-54.55)kn>1.,h=45.45k11x)b（2）精馀段操作战方程（2分）R.%2.650.9505CfN.VX.X-0.726.v÷0.2604'R+1.+1.3.653.65（3）提懦段的液、气相负荷（4分）4，/=41+"仆=Rq“D+q1.t,F=(2.65×45.45÷100)=220.4kmoUh%小，=。”.丫一4"。一。)=q”,v=q,e(1.+R)=1659kmoUh2.(=-w=.31r-0.0108.v4,v,(2分)9在101.3kPa及2SC的条件卜；用清水在加料塔中逆流汲取某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为H=O.0417、匕=0.002.他设操作条件下平衡关系听从亨利定律.亨利系数为4.13X10'kPa,汲取剂用城为最小用炭的1.45倍.求：<1）试计算汲取液的组成：9<1.>W=-=-1.3x1.0=40.77（6分）p1.101.3汲取剂为清水，所以X2-O（q）Y1-Y,0317-0.002g.、JYJm-X2O.O4I7/4O.77-0所以操作时的液气比为1.45x38.81=56.27汲取液的组成为X1=11.(y-K)+X=!x(O.()417-O.(X)2)+O=7.O551.O"<7.1.*56-271013P,C,E4.13×IO,<2)in=4.077（4分）匕一匕Q0417-0.002YJnt-Xz0.0417/40.77-0=3.881II=1.45-I,=1.45x3.881=5.627X；=U>JU-.v1.,K)+X.,=×(0.(MI7-0.002)+0=7.055x10,562710填料塔用清水逆流汲取混合气中的行力组分A.己知操作条件下气相总传侦单元高度为1.Sm,进塔混合气组成为0.2（A的摩尔分率，卜同.出塔尾气纲成为0.0053,出塔水溶液浓度为0.0128.操作条件下平衡关系为Y=2.5X试求：（1）液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需填料层高度？（3）若气液流量和初始现成不变，要求尾气浓度降至0.0033,求此时填料层高度为若干米？10解三r°M7O.<JO53I-00)53=U.OO533X1-0.001281-U.00128>0.01297GC(X1.X2)s,s=8IX2kg水7h(I分)13在常压下逆流操作的填料汲取塔中，用纯溶剂汲取混合气体中的溶质组分.入塔气体流家为112OmVh(标准状况)，入塔气体中溶烦的浓度为5%(体积)，汲取率为90%,操作条件下的气液平衡关系为r=1.5X,液气比UV=3.体积传质系数Ka=I(X)knob'n2h(Y).塔径为0.8m.试求(1)出塔液体浓度X”(2)所需填料层高度Z。解：1进塔幡性气体业V=1122X(i-o,O5)=47.5kn>o1.'h22.4K=-005-=0.0526K=K(I-力=0.0526x0.1=0.(X)526,1-0.052"”Xz=0X1=-(k;-K)=-X(O.O526-0.526)=0.01578/3(2)=1.5×0.01578=0.02367Y；=0yt-y2O.O526-O.OO526Ay0.0526-0.02367-0.005261=3.41Hrxj=,0.0526-0.02367In0.0052647.5KVaCI(X)×().785×().S2二0.9455Z=HoCNOG=0.9455×3.41=3.224m14有学和甲苯混合物,含笨0.4.流贵100OkmO%在一常压精饰塔内进行分别，要求塔原13出液中含茶0.9(以上均为摩尔分率,茶的回收率不低于90%,泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的15倍，已如相对挥发度=250试求(I)塔顶产品MD；塔底残液中W及坦成一(2)同流比R及精储段操作线方程：(3)由其次块理论板(从上往下数)上升蒸汽的组成“解：(>Q2J=90%O=400kmo1./hW=6(M)kmoVh1.0×0.41000X0.4=400x0.9+600".ru.=1。QoX°”7000.9=667600q线方程：X=0.4平衡线方程：=2,5y=-y=-1.+(-1.)A-I+1.5x联立求得：xrf=0.4,=0.625Rmn=v03'rf=史=1222e=1.5Kmn=1.8333m"ya-xj0.625-0.4m"精耀段操作戏：V=X+二*=0.647x+0.317R+1.R+(3)y,=.%=0.9由平衡线方程可得：0.9=x1.=0.7826I+I由精您段操作战；y2=0.647X1+().317=0.823415(12分)干球抽位为20'C,湿度为0009kg水/kg绝干气的湿空气通过预热器加热到80C后，再送至常压干燥器中,离开干燥器时空气的相对湿度为359,若空气在干燥器中经脸等婚干燥过程.试求(1)Im?原湿空气在预热过程中均的变更：(2)Im*晚湿空气在干燥涔中获得的水重量.(3)2m?原湿空气在预热器中的加热量。P11=(0.772+1.244M)y1.解：(蟀：(I)I11原湿空气在预热器中培的变更当/,1=20C,W11=().(X)9kg-'kg绝干气时，计算Io=43kJ/kg绝干气.当4=80C、H1=Hv=0.009kg.'kg-干气时,计算1.-04kJkg绝干气。故Ikg绝干空气在预热涔中场的变更为=-/O=(KM-43)kJkg绝干气=61kJ/kg绝干气原湿空气的比体积vh=(0.772+1.2447)xx1011°-=(0.772+1.2440.009)肖芸111湿空气kg绝F气=084m'湿空气kg绝T气故1.n原湿空气培的变更为P=段kjm,海空气=72.6Um'泡空气(2)111原湿空气在干燥器中获得的水分由=3SX/,=1=KMkgg绝干气求出空气离开干燎器时的湿度也=O.O27k©kg绝干气。故1m*原空气获得的水正崎为%F=Om7-。009kj11原湿空气=0.0214Um'原湿空气um0.84Qr=1.(1.-11)=72.6x2=1.45.2J16在连续操作的精镭塔中分别两组分志向溶液.原料液流址为5()kmo1.11h.要求饱出液中易挥发组分的收率为94%.已知精饿段操作级方程为Y=0.75x-0.238;q税方程为y=2-3,r.试求U)操作回流比及缁出液S1.成：(2)进料热状况卷数及原料的总组成：3两操作戏交点的坐标值与及X：(4)提慵段操作战方程2 .Mt(1)解：操作回流比及博出液蛆成由遨给条件,得及解得R=3,m=O.952(2)进料热状况参数及原料液机成由于及解得g=075(气液混合进料,*=0.5(3)两操作战交点的坐标值与及”联立愫作及q线两方程，即y=O.75.r+O.238y=2-3x解得.t=0.4699及治=0.5903(4)提匐段操作线方程其一IR衣达式为式中有关参数计算如下nrfxf0.94×50x(15,1,1.q.amo1.24.o8kno!111, X0().9529".w=%,-/,15=(50-24.68)km1.,h=25.32km<Wh(-7,.,iXf(1.-0.94)×50×0.5,、,、</.«25.32<,x.=.,>+w,t=(324.68+0.75X5Okm(Wh=111.54kmb'hg.V三<7-Qaz054-25.32JkmoUh-86.22kmo1.1.h111<4oX)则=11.1.2y_z±2±x0.0592=1.294x-0.0173986.2286.2217在始终径为0.8m的填斜塔内，用清水汲取某工业废气中所含的二更化硫气体,已知混合气的流状为45kmMh,二氧化硫的侬枳分数为(“)32.操作条件下气液平衡美系为y=345X气相总体积汲取系数为00562kmo1."m's)。若汲取液中：氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%,要求回收率为98%.求水的用(kg')及所需的填料层高度.3.睇y=U-=0-=o.o3311.-y1.1-0.032X=Y(一SJ=0.0331.×(1.-0.98)=0.000662Xm，逊h9594x1.,m34.5X,=0.76XJ=O.76x9.594x1。'=7.29OT情性气体的流Ift为<,v=45×(10.032)kmo1.h43.56kn>1.h水的用fit为右、亿一%)43.56X(0.0331-0.000662)X1-X.7.291.0,-0kmo1.h=1.938×10'kmo1./h夕“人=1-938X【O'X8kgh=3.488×IO4kg/h求埴料层而度仇、43.56/3600Af1.0.0562×0.785X0.82m-0.429m=-*=0.0331-34.5X7.291.×IOj=0.(X)795AY2=Y1-Y*=0.000662-34.5×0=0.(XX)662AA=AX-AK0.00795-0.(XX)662,0.W795In0.0(X)662=0.00293=N=O。33TOoo662=UCFrt0.00293Z=o0Wo=11.07X0.429rn=4.749m2.在一连续精缁中分别茶、甲米的混合，进料吊为】OOkm1.h,原料液中米0J,塔顶燃出液中劣的回收率为83.3%,塔底慵出液中含苯0.1(以上均为摩尔分数,原料液为饱和液体进料，笨甲苯的相对挥发度为2.5.回流比为最小回流比的3倍,塔底为主凝揖.(1储出液及釜残夜证(2)塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体埴。(3)禹开塔段第一层理论板的液相组成解：(1)馅出液及釜残夜卡F=D+W=Fxf=Dx1.,+Wrw,7=().838%Zo=0.838fW(O.I62Evf)O.I62*1(X)*O.4,.q,.W=-=M.Shno1.Ih%iD=F-=00-64.8=35.Ikmo1.1.hx1.,=0.952(2)塔釜产生的蒸汽量及塔顶回流的液体质。凡=(而一/)"匕一X,)当原料液位饱和液体进料时q=Xq=XFRmi1.1.=(-(1.-xo)(1.-x,)(a-1)=0.952).4-2.58(I-0.952)/(1.-0.4)H2.5-1.)XF=1.453R=3Rni1.1.HD=R=I=RD=3R1.1.ubD=31.453*35.2=153AhnotIhV,+H,=1.'=>V'=1.-VV=1.+F-W=153.4÷1.(X)-64.8=188.6w(3)离开塔Ri第一层理论板的液相殂成X”=0.952y=tf,r1.+(-1.).ry-Xn=0.952a=2.50.952=2.5.r(1.+1.5x)x=0.8883 .一连续干燥器中,每小时处理湿物料100Okg经干燥后物料含水量有8%降至2E(均为湿暴湿度为0.009kB水kg,绝干气的旗新空气经预热器预热后进入干燥涔后空气湿度为0.022kg水kg绝干气。(1)水分蒸发量(2)被新空气的消耗尿.解；(1)水分蒸发比G=G产(I-叱)=1000*(10,08)=920kgh第一种解方法：G2=C1(I-W1.)Zd-W,)=920/(1-0.2)=938.8植IhW=G1-G,=1.000-938.8=6!.2kg1'h=0.0!7kgs其次种解方法：X1.=以/(1一卅)X2=WJ(I-W2)W=G(Xt-X2)代人数据解得W=61.2kg(2)候新空气的消耗盘.1.=W/(H2-H1.)=6.2*(0.022-0.009)=4707.7依Ih俄新空气消耗量:1.=1.(I+Hj=4707,7*(1+0.009)=4750kg/h4 .姆小时将1500Okg含米40%(侦此分数下同)和卬苯60%的溶液，在连续精慵塔中进行分别,要求釜残夜中含茶不高于2%,塔顶馅出液中奉的回收率为97.1%.(p171-4>(1)求出搐舟液和釜残液的流锻及组成以及摩尔流量及摩尔分数表示.解：条的摩尔质量为78,甲米的摩尔J质量为92进科组成“40/7840/78+60/92=0.44釜残液组成与2/782/78+98/92=0.0235原料液的平均摩尔顺信Mf=0.44*78+0.56*92=85.8依题意知QJE,=0.971所以。，=0.97P1.75-»0.44全塔物料衡算。+W=F=I75D1+O.O235IV=175*0.44i联立式a、式b、式c,解得I)=8().OknM)Uh,W=95.0nf>/h,XC=0.9355 .在一单壳程、四管程管光式换热器中，用水冷却热油，冷水在管内流消，进口温度为I5C,出口温度为32C,.热油在光方流淌，进口温度为20C,出口汨度为40C,热油流盘为1.25kgs,平均比热容为1.9KJ(kg*C).若传热的总传热系数为470W(m1C).试求换热器的传热面积.(p2364-8)解：换热器传热面积可依据总传热速率方程求得，即，换热器的传热最为Q="4<.(7；-7；)=!.25*1.9*10(120-W)=190kB1-1型管壳式换热器的对数平均血度基先按逆流计算，即=50。C,120-32In40-151.r-1.(120-32)-(40-15),m=-i=温度差校正系数为：R="=貂=47P=0'62由图1T7（八）中食汨；,M,'=0.89,所以,=%Ar：=0.89*50=44.5。Ct,rcQ19()*IO5n,?故S=9.1"KM1.470*44.56 .在单效蒸发器中将每小时5400kg、20WOH水溶液浓缩至50%,原料液温度为GO1C,平均比热容为3.4KJ/(k>,加热蒸汽及二次蒸汽的肯定压强分别为IC1.oKPi及50KPa,操作条件下溶液的沸点为126-C.总传热系数为Ka=I56OT/(KJ/(Itff加热蒸汽的冷凝蚀和水在饱和甜度下解除.热报失忽视不计.试求(1>考虑浓缩热时加热然汽消M城及单位蒸汽消耗博传热面积(2)忽视浓缩热时加热蒸汽消耗呆及单位蒸汽消耗量若原料液的温度改为30及126C分别求一项.(p3105-3)解：从附录分别查出加热蒸汽、二次蒸汽及冷凝水的有关参数如下400kPa:蒸汽的给H=2742.IkJZkg,汽化热r=2138.5kJk冷凝水的培儿=603.61kjkg,温度T=143.4。CSOkPa:蒸汽的培H'=2644.3kJkg,汽化热r,=2301.5,温度T'=81.2(1)考虑浓缩热时加热蒸汽消耗量及单位蒸汽消耗ht蒸发量W=F(1.-=54(XX1.-=3240kj/kgx1.0.5由图5-11看出60°C时2ONaOH水溶液的场、126°C时50NiaoH水溶液的均分别为%=210kj/kg,h1.=620kjk用式5T1.a求加热蒸汽消耗埴，即O=W",+(f-W)4-f=3240*2644.3+(5400-3240)*620-5400*210一r_2318.502kj/kg传热面积Q=Dr=4102*2138.5=8772t,10,kJkg=2437kWKI)=1560W/(m2*oC)=.56kW/(m2*)z=143.4-126=17.4oCAi所以S。=瑞i=89.78，/IR20%的平安系数.则SO=1.2«89.78=1(Y1.Jmi(2)忽视浓缩热时忽视浓缩热时按式5-21计算加热蒸汽消耗量。因忽视热损失，放式5-21改为V½'+Fcj1.0(1-1,)3240*2304.5+5400*34126-60)jn.fiD=i=4058kjkr'2138.5由此看出不考虑浓缩热时约少消耗居的加热蒸汽,计算时低如玦乏溶液的焰浓轨据,可先按不考虑浓缩热的式521计算.最终用适当的平安系数加以校正.变更原料液谓度时的状况原料液为30°C时：C324()*2304.5+54(X)*3.4(126-30)一O=2三5=4316kj/kg原料液为126时:=3492kj/kg324O*234.5÷54OO3.4(26-126)2138.5S=DX11/FX1=0.8.DF=0533(2分)DF=(Xf-XWMX1.XW>=0.533：.Xw=0.0857(2分)1.'N'=ED=1.876<1分)W,V,-WD=(FDyD=0.876(1分)ym+!=(1.,V,)Xm-(WV,)Xu.=1.876Xw-O.0751(2)ym=X1.+(«-IH=3X(1+2X)(2分)ym=0X11TI1.-H三-I)xu.)=022(1分)XI=(yw*0.0751)/1.876=0.157“分)y1.=Xo=0,3<I分)x1.=y1.-(-1.)y1.)=O.125<1分)EM1.=(X0-1-Xy<Xn-1.-X*n)=(Xf-xIy(Xr-X*1)=O.573(I分)18如图示的精饰塔由一只蒸储釜及一层实际板所现成,只有提馆段，没有精描段。料液由塔膜加入.泡点进料,1.'=F,V，=D.XF=0.2(摩尔分率,下同,今测得塔璐易挥发组分的I可收率为80%,且XD=03,系统相对挥发度a=3.0.i殳蒸馈釜可视为一个理论板.试求：(1>残液组成XW；(2>该层塔板的液相默夫里板效率EM1.提示：EM1.=(X“-1-XI1.y(Xn-I-Xn*)=(XF-XIy(XF-X产)D.x11W.XwXi然缁釜