化工原理下计算题.doc

吸收1．在一内径为0.8m、填料塔高度为4m的吸收塔中，用清水吸收混合气体中的溶质组分吸收塔操作压强为101.33kPa、温度为20℃，混合气体积流量为1000 m3/h，进塔气相组成为0.05，出塔气相组成为0.01（均为摩尔分数）吸收剂用量为96kmol/h操作条件下相平衡关系为Y*=2X（X、Y为摩尔比），试求：（1）吸收剂用量为最小吸收剂用量的倍数；（2）气相体积吸收总系数KGa, kmol/(m3•h•kPa)解：（1）最小吸收剂用量可用下式计算：Lmin=V(Y1-Y2)/[(Y1/m)-Y2]其中：Y1=y1/(1-y1)=0.05/(1-0.05)=0.0526Y2=y2/(1-y2)=0.01/(1-0.01)=0.0101X2=0 m=2惰性气体摩尔流量为：V=（V//22.4）×[273/(273+t)]×(1- y1)=（1000/22.4）×（273/293×）(1-0.05)=39.5kmol/hLmin=39.5×(0.0526-0.0101)/[ (0.0526/2)-0]=64 kmol/hL/ Lmin=96/64=1.5(2) Kyɑ=V(Y1-Y2)/ZΩΔYm其中： Ω=（3.14/4）×0.82=0.502m2Z=4m ΔYm= (ΔY1-ΔY2)/ln(ΔY1/ΔY2)因出塔液相组成为：X1=（V /L）(Y1-Y2)+X2=（39.5/96）×（0.0526-0.0101）+0=0.0175ΔY1=Y1-mX1=0.0526-2×0.0175=0.0176ΔY2=Y2-mX2=0.0101ΔYm=(0.0176-0.0101)/ln(0.0176/0.0101)=0.0135因ΔY1/ΔY2=0.0176/0.0101=1.74‹2，ΔYm也可用算术平均值运算，即ΔYm=(Y1+Y2)/2=(0.0176+0.0101)/2=0.0139Kyɑ=39.5×（0.0526-0.0101）/（4×0.502×0.0135）=61.9 kmol/(m3•h)KGɑ= Kyɑ/P=61.9/101.33=0.611 kmol/(m3•h•kPa)2、在逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收混合气体中的溶质组分A。

进塔气体组成为0.03（摩尔比），吸收率为99%，出塔液相组成为0.013（均为摩尔分数）操作压强为101.33kPa、温度为27℃，操作条件下相平衡关系为Y=2X（X、Y为摩尔比）已知单位塔截面上惰性气体流量为54 kmol/（m2•h）,气相体积吸收总系数为0.95 kmol/(m3•h•kPa)，试求所需的填料塔高度解：Z=HOGNOG=( V/KyɑΩ) ×(Y1-Y2) /ΔYm其中： Y1=0.03 Y2= Y1（1-φA）=0.03×（1-0.99）=0.0003X1=0.03 X2=0ΔYm=[(Y1-mX1)-（Y2+ mX2)]/ln(Y1-mX1)/( Y2- mX2)=[(0.03-2×0.013)-（0.0003-0)]/ln(0.03-2×0.013)/(0.0003-0)=0.00143Kyɑ= KGɑ×P=0.95×101.33=96.26 kmol/(m3•h)V/Ω=54 kmol/(m2•h)则：Z=（54/96.26 ）×（0.03-0.0003）/0.00143=11.7m 蒸馏1、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为100kmol/h，组成为0.3（摩尔分数），其中精馏段操作线和提馏段操作线分别为：y=0.714x+0.257 和y=1.686x-0.0343 试求：（1）馏出液组成和釜残液组成（2）精馏段下降液体流量，kmol/h；（3）进料热状况参数q。

解：（1）求xD，xw馏出液组成可由精馏段操作线方程与对角线方程联立求得xD=0.257/(1-0.714)=0.899釜残液组成可由提馏段操作线方程与对角线方程联立求得xw=0.343/(1.686-1)= 0.05(2) 精馏段下降液体流量 L=RD由 R/（R+1）=0.714 得 R=2.5D+W=F=1000.899D+0.05W=100×0.3解得 D=29.5 kmol/h， W=70.5 kmol/h故 L=RD=2.5×29.5=73.8 kmol/h （3）进料热状况参数线方程为 y=[ qx/(q-1)]-[xF/(q-1)]=[qx/(q-1)]-[0.3/(q-1)]上式中的x,y可由两操作线方程联立求得0.714x+0.257=1.686x-0.0343解得： x=0.3将x=0.3代入操作线方程可得 y=0.714×0.3+0.257=0.471将x,y值代入q线方程，可得q=1(泡点进料)2．用板式精馏塔在常压下分离苯-甲苯溶液，塔顶为全凝液，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47已知为饱和蒸汽进料，进料流量为150 kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分数），操作回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95，试求：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液的组成；（2）精馏段及提馏段操作线方程；（3）回流比与最小回流比的比值；（4）若塔改为全回流操作，测得塔顶第一块板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器冷凝液组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成。

解： （1）XD和XW 分析：本题已知塔顶易挥发组分的回收率ηD及塔底难挥发组分的回收率ηW，将它们与物料衡算关系结合即可求出XD和XW由全塔易挥发组分物料衡算式可得： XF=（D/F）XD+（W/F）XW （a）由塔顶易挥发组分回收率定义式可得： D/F=ηD XF/ XD （b）由塔底难挥发组分回收率定义式可得： W/F=ηW（1- XF）/1- XW （c）把式（b）和式（c）代入式（a）得XF=ηD XF+[ηW（1- XF）/1- XW] XW即： 0.4=0.97×0.4+[0.95（1-0.4）/1- XW] XW解得 XW=0.0206因为 D/F=（XF- XW）/（XD- XW）=ηDXF/XD即 （0.4-0.0206）/（XD-0.0206）=0.97×0.4/ XD解得 XD=0.929（2） 求精馏段及提馏大操作线方程精馏段操作线方程 y=(R/R+1)x+ XD/（R+1）=(4/5)x+0.929/5=0.8x+0.1858因为饱和蒸汽进料q=0，所以yd= XF=0.4，把yd代入精馏段操作线方程得 0.4=0.8 Xd+0.1858解得 Xd=0.2678又由 （y- XW）/（X- XW）=（yd- XW）/（Xd - XW） 得 （y-0.0206）/（X-0.0206）=（0.4-0.0206）/（0.2678-0.0206）化简上式得提馏段操作线方程 y=1.535 x-0.011（3）求R/Rmin因为 q=0， ye= XF=0.4所以 Xe= ye/[α（α-1）ye] =0.4/（2.47-1.47×0.4）=0.2125则 Rmin= （XD- ye）/（ye- Xe）=（0.929-0.4）/（0.4-0.2125）=2.82 R/Rmin=4/2.82=1.42倍（4） 全回流操作时求y2。

已知Emv,1=0.6，塔顶为全凝器所以y1= XD=0.98，全回流是操作线方程为yn+1=Xn，所以 y*1=αX1/[1+（α-1）X1]=αy2/[1+（α-1）y2]=2.47 y2/（1+1.47 y2）则Emv,1=（y1- y2）/（y*1- y2）=（0.98- y2）/{[2.47 y2/（1+1.47 y2）]- y2}=0.6整理上式得 y22+0.7507 y2-1.6667=0解得 y2=0.969， y2= -1.7198（舍去）所以 y2=0.969干燥1、在常压流化床干燥器中将颗粒状物料的含水量从0.18降到0.025（干基）湿物料处理量为2000kg/h已测得在流化状态下该物料的临界含水量为0.02，平衡含水量接近0t0=30℃、φ=40%的空气经预热器升温至100℃（对应湿球温度为tw=33℃）后进入干燥器，废气湿度为0.027kg/kg绝干气试求：（1）绝干空气消耗量；（2）预热器的传热量；（3）离开干燥器的废气温度及物料温度假定空气在干燥器内为等焓过程30℃下水的饱和蒸气压为4.242kPa解：（1）绝干空气消耗量H1=H0=0.622φps/(P-φps)=0.622×0.4×4.242/(101.33-0.4×4.242)=0.0106kg/kg 绝干气G=G1/(1+X1)=2000/(1+0.18)=1695kg/hL=G(X1- X2)/( H2- H1)=1695(0.18-0.025)/(0.027-0.0106)=16020kg/h（2）预热器的传热量I0=(1.01+1.88H0)t0+2490H0 =(1.01+1.88×0.0106)×30+2490×0.0106=57.3kJ/kg绝干气I1=(1.01+1.88H0)t1+2490H0 =(1.01+1.88×0.0106)×100+2490×0.0106=129.4 kJ/kg绝干气则 Qp=L(I1-I0)=16020×(129.4-57.3)=11.55×105kJ/h=320.8kW或 Qp=L(1.01+1.88H0)（t0-t1） =320.8 kW(3) 废气温度及物料出口温度对于等焓干燥过程，符合下列关系：(1.01+1.88 H2) t2+2490 H2=I1(1.01+1.88×0.027)t2+2490×0.027=129.4解得 t2=58.2℃在恒速干燥阶段，物料表面温度t等于空气的湿球温度tw=33℃。

2、在常压绝热干燥器中将1500kg湿物料从原始含水量18%降到1.5%（均匀湿基）t0=25℃、H0=0.010kg/kg绝干气的空气在预热器中升温至90℃后进入干燥器，离开干燥器空气的温度为50℃试求：（1）完成上述干燥任务所需空气量；（2）预热器中加热蒸汽消耗量（蒸汽的相变热为2205kJ/kg，忽略预热器损失）；（3）干燥系统的热效率；（4）通过恒定条件下的干燥测得，物料的临界含水量Xc=0.10kg/kg绝干料，平衡含水量X*=0.01kg/kg绝干料;已知干燥面积为48m2，恒速阶段的干燥速率Uc=2.2kg/(m2•h),假定降速阶段干燥速率与自由含水量（X-X*）呈直线关系，则所需干燥时间。