化工原理下考试大题

1、精品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 1000m3h 1 （操作状态） ，原料中每立方米惰性气体含甲醇100g ，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 Y 1.15X，甲醇回收率要求为98% ，塔径为 0.84 mK Y a100kmolm 3h 1。试求：（ 1 ）水的用量为多少 kgh 1 ？（ 2 ）传质单元高度H OG ；（ 3）传质单元数NOG ；（4）填料层高度。1、解：（1） VB100027340.9 kmolh 1（1 分）22.427325Y110010 33

2、20.0764（1 分）127322.427325Y2Y1 10.076410.980.00153 （ 1分）X1Y10.670.0764（2 分）0.67m0.04451.15LSY1Y2VB0.07640.0015340.9 68.81 kmolh 1X1X 20.04451238.6 kgh 1 （ 2分）（ 2 ）H OGVB40.90.7384m(2 分)K y a210040.84（ 3 ）Y10.0764，Y20.00153 ，X10.0445 ，X 2 0Y1*1.15 X10.0512，Y2*0YmY1 Y1*Y2Y2*0.07640.05120.001530.00845ln

3、 Y1Y1*ln 0.0252Y2Y2*0.00153N OGY1Y20.07640.00153（4 分）Ym0.008458.86感谢下载载精品或用解析法求 N OGmV1.1540.90.684L68.81N OG1ln1mVY1mX 2mVmVLY2mX 2L1L11ln10.684 0.07640.6848.860.6840.00153（4） ZN OGH OG8.860.73846.54m（ 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

4、组成为0.05 ，料液的处理量为100kmol / h ，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：（）由相平衡方程yx3x（ 1分）1(1) x12x及进料方程yqxF0.50.5x 1（ 1分）qx0.5x11q 110.5联立解得2x 2 2x - 0x2484取xq0.367（2 分）则yq3xq0.633（1 分）1 2xqRminxDyq0.950.631.23（2 分）yqxq0.630.37R= 1.4Rmin1.722（1 分）再由物料衡算方程FDW及Fx FDx WWxW解得D 50k

5、mol / hWFD 50kmol / h感谢下载载精品V(R1)D(1.7221)50136.1kmol / hV 'V(1q)FV0.5F136.150（ 3分）86.1kmol / h（2 ）已知 y1xD0.95（1分）由相平衡关系x1y10.86（1分）(1) y1再由精馏段操作线方程解得y2Rx1xD1.7220.860.950.88R 1R 11.722 11.722 1（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

6、条件下可取系统的平均相对挥发度=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+WFF D w30=D+W30 ×0.5=D ×0.95+W ×0.10D=14.1kmol/hW=15.9kmol/hxe=x F=0.5, e= e 1+( -1) e=2.40 ×0.5/1+(2.40-1)×0.5=0.706Rmin= （ D e ）（ e e） (0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18R=1.5 ×1.18=1.77y=R/(

7、R+1)x+D （ R+1)=1.77/(1.77+1)x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343 1 D 0.95 1 1 y 1(1 ） =0.95/(2.40-0.95(2.40-1)=0.8882 0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910感谢下载载精品 2 0.910/2.40-0.910(2.40-1)=0.8084 采用常压干燥器干燥湿物料。每小时处理湿物料，干燥操作使物料的湿基含量由减至，干燥介质是湿空气，初温为，湿度o 水绝干空气，经预热器加热至后进入干燥器中，离开干燥器时废气温度为，若在干燥器中空气状态沿等线变化。试求

8、：（）水分蒸发量；（）绝干空气消耗量绝干气；（）干燥收率为时产品量；（）如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为多少3？答文（） c（ 1 2） 1（） 2（） c（）绝干料（）（）（ 2 1 ） 1 o 水绝干气 1 ，2 2 未知，可通过1 2 求算 1 (1.01+1.88 1) 1+2490 1 1.01 1+(1.88 1+2490) 1 2 (1.01+1.88 2) 2+24902 1.01 2+ (1.88 2+2490) 22 （ 1.01 ×120+(1.88×120+2490) ×0.009-1.01×40 ）（ 1.88 

9、15;40+2490 ）感谢下载载精品水绝干气 0.1024/(0.041-0.009)绝干气（） 2 22 × c（ 2 ）××（）（）· H3.1974(0.772+1.244 o)( o+273)/273 3.1974(0.772+1.244 ×0.009) ×(20+273)/273 3 5 用填料塔从一混合气体中逆流吸收所含的苯。混合气体中含苯（体积），其余为空气 , 要求苯的回收率为90 （以摩尔比表示） ，吸收塔为常压操作，温度为25 ，入塔混合气体为每小时标准 3 ，入塔吸收剂为纯煤油，煤油的耗用量为最小耗用量的.倍，

10、已知该系统的平衡关系Y= . X（其中 Y、 X 为摩尔比），已知气相体积传质系数Y a .035Kmol/m3.s ，纯煤油的平均分子量s ， 塔径 . 。试求：（）吸收剂的耗用量为多少Kg/h？（）溶液出塔浓度x1 为多少？（）填料层高度Z 为多少 ？答文解：（ 1 ） =90%,yb =0.05,进口：Yb =y b /(1-y b )=0.05/(1-0.05)=0.05263（mol苯 /mol气体）出口Ya=Y b (1- )=0.005266感谢下载载精品（气体苯流量）V=940/22.4=41.96 kmol/h（气体流量）VB =V(1-yb )=41.96(1-0.05)=

11、39.87 kmol/h(Ls /V B )min =(Yb-Y a)/(Y b /m)=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126Ls =1.5L s min =1.5×0.126 ×39.87=7.536 kmol/h=7.536 ×170 Kg/h=1281Kg/h（ 2 ） Xb =(Y b -Y a )/ （ 1.5(L s /V B )min）=(0.05263-0.00526)/(1.5×0.126)=0.251xb =X b /(1+X b )=0.2006（ 3 ） OG =V B /( Y )=(39

12、.87/3600)/(0.035×0.785 × 2 )=1.12 m OG =(Yb -Y a )/YmY =Yb-Yb*=0.05263-0.14×0.251=0.01749bYa=Y a -Y a*=0.00526 0=0.00526Ym =(0.01749-0.00526)/ln(0.01749/0.00526)=0.01018 OG =(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65 OG ×OG =1.12×4.65=5.2 m6 在 B-S 部分互溶物系的单级萃取中，料液中溶质A 与稀释剂B 的质量比为40 60 。采

13、用纯溶剂 S=200kg，溶剂比 S / F 为 1，脱出溶剂后萃余液R ' 浓度 xA ' =0.3 （质量分率），选择性系数= 8 。试求：萃取液量E ' 为多少 kg ？感谢下载载精品yA xAyA 'xA 'yA ' xA '解：yB 'xB '(1 yA ') /(1 xA ')yB xByA 'xA '80.30.7741 (1) xA '1 (81)0.3FS 200kg, xF40 /(4060)0.4FxFE ' yA ' R ' xA &#

14、39;即 2000.4E ' 0.774 R' 0.3FE' R'200E 'R'7 在常压下用热空气干燥某湿物料，湿物料的处理量为l 000kg/h，温度为 20 ，含水量为 4%( 湿基，下同 )，要求干燥后产品的含水量不超过0.5% 。空气的初始温度为20 ，相对湿度为50% ，将空气预热至 100 进干燥器，出干燥器的温度为50 ，湿度为 0.06 kg/kg绝干气。20 时空气的饱和蒸气压为2.3346kPa试求（ 1）新鲜空气的消耗量；（ 2 ）预热器的加热量 QP1. 解：（）（ 6 分） 新鲜空气消耗量，即LWH2 H1绝干物料G

15、G1 1w11000 10.04 kg 绝干料 h 960 kg绝干料 hX14 kgkg 绝干料0.04167 kg kg 绝干料96X 20.5 kg kg 绝干料0.00503kg kg 绝干料99.5所以WG( X1X 2 )960(0.041670.00503)kg/h 35.17kg/h20 时空气的饱和蒸气压为 ps2.3346kPa感谢下载载精品H 00.6220 ps0.6220.52.3346 kgkg 绝干气 0 00725 kgkg 绝干气0 ps101.330.52.3346.101.33LW35.17kg绝干气.绝干气hH 10.060.00725h 666 7 k

16、gH 2L0 L1H 0.新鲜空气h.新鲜空气h666710 00725 kg671 6 kg（ 2）预热器的加热量 p ，用式11-31计算 p ，即 （ 4分）QP L (1.011.88H 0 )(t1t0 )666.7 1.011.880.00725 100 20 kJ h54596kJ h15.17kW8 在连续精馏塔中分离A 、B两组分溶液。 原料液的处理量为 100 kmol/h，其组成为 0.45（易挥发组分 A 的摩尔分数，下同） ，饱和液体进料，要求馏出液中易挥发组分的回收率为96% ，釜液的组成为 0.033。试求（ 1 ）馏出液的流量和组成； （ 2 ）若操作回流比为

17、2.65 ，写出精馏段的操作线方程； （ 3 ）提馏段的气、液相负荷。 （4 ）提馏段的操作线方程8 解：（ 1）馏出液的流量和组成（ 6分）由全塔物料衡算，可得q n,D xD0.96qn,F xF0.961000.45kmol/h 43.2 kmol/hq n,W xW1 0.961000.45kmol/h1.8 kmol/hq n,W xW1.8kmol/h54.55 kmol/h0.033q n,Dq n,Fqn,W10054.55 kmol/h45.45 kmol/h43.2xD0.950545.45（ 2）精馏段操作线方程（ 2 分）RxD2.650.95050.2604yxx0.

18、726xR1R 13.653.65（ 3）提馏段的液、气相负荷（4 分）qn ,L qn,Lqq n,FRqn,Dqn,F 2.6545.45 100 220.4 kmol/h感谢下载载精品qn ,V /qn,Vqn, F (1q)qn ,Vqn, D (1 R) 165.9kmol / h2. （ 4） yqn ,Lxqn , WxW1.32x0.0108qn , Vqn , V（2分）9 在 101.3 kPa及 25 的条件下， 用清水在填料塔中逆流吸收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Y1 =0.0417 、Y2=0.002 。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，亨

19、利系数为4.13 ×10 3kPa ，吸收剂用量为最小用量的1.45 倍。求：（1） 试计算吸收液的组成；E4.13 10340.77（6 分）9 （ 1 ） m101.3pt吸收剂为清水，所以X 2 0qqn,LY1Y20.0417 0.002.Y1 mX 20.0417 40.77 038 81n,Vmin所以操作时的液气比为qqn,L.qn,L.1 45qn ,V1 4538 8156 27n,Vmin吸收液的组成为X 1qn ,VX q10 7.055 104Y1 Y20.0417 0.002qn ,L56.27（ 2 ）mE4.131034.077pt1013（ 4分）qn

20、,LY1Y20.04170.002qn,VY1 mX 20.0417 40.773.881min0q n,Lq n,L1.453.8815.627q n,V1.45q n,VminX1qn ,VY1Y2X q10.0417 0 .002 0 7.055 103qn ,L5.62710 一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A 。已知操作条件下气相总传质单元高度为 1.5m ，进塔混合气组成为0.04 （ A 的摩尔分率，下同） ，出塔尾气组成为0.0053 ，出塔感谢下载载精品水溶液浓度为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

21、）所需填料层高度？（ 3 ）若气液流量和初始组成不变， 要求尾气浓度降至 0.0033 ，求此时填料层高度为若干米？10 解11. 在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6 （摩尔分数，下同） ，馏出液组成为0.9 ，釜残液组成为0.02 。泡点进料。 （1 ）求每获得1kmol/h馏出液时的原料液感谢下载载精品用量 F；（2 ）若回流比为1.5 ，它相当于最小回流比的多少倍？（3）假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6 ，求上升到加料板上的气相组成。（物系的平均相对挥发度为 3）11 解：（1 ）求当 D 1kmol/h 时 F 为多少？已知xF=0.6 ，xD

22、0.9 ， xW 0.02 ，D 1kmol/h，由全塔物料衡算可得：FDW1WFxFDxDWxW （2 分）代入已知量可得：0.61 W1 0.90.02W 可求出 0.60.02W0.90.6 0.3，解出 W 0.52kmol/h， F 1.52kmol/h。（2 分）（ 2 ）求 R/Rmin ，已知 m 3泡点进料q 1 ，则 xq xF 0.6 （ 1 分），由气液平衡方程：yqmxq30.61 xq10.8181m2 0.6（2 分）RminxDyq0.9 0.818yqxq0.0.376求 Rmin ，818 0.6（2 分）R / Rmin1.53.99求 R/Rmin ，0

23、.376（倍）（1 分）（3 ）求上升到加料板上的气相组成。因加料板是提馏段第一层板，故所求量为y2 L RD1.5 1 1.5 kmol/h （ 1分）泡点进料q 1 ，已知 F 1.52kmol/h ， W 0.52kmol/h， xW 0.02 ， x1 0.6LqFxm'WxWym 1 'qFqF W提馏段操作线方程为：LWL，代入已知量：ym 1 '1.51.520.520.02xm '1.5 1.52 0.52 ，即 ym1 ' 1.208xm ' 0.00416 （3 分）1.51.52 0.52所求 y2 '1.208x1

24、 ' 0.004161.2080.60.004160.721（ 1 分）12 在恒定干燥条件下的箱式干燥器内，将湿染料由湿基含水量45% 干燥到 3% ，湿物料的感谢下载载精品处理量为 8000湿染料，实验测得：临界湿含量为30% ，平衡湿含量为 1% ，总干燥时间为 28h 。试计算在恒速阶段和降速阶段平均每小时所蒸发的水分量。X 1w 10.8181w 112 解： w1 = 0.45kg 水 /kg 干料X 2w 20.031w 2w2 = 0.031kg 水/kg干料同理 X0 = 0.429 kg水 /kg干料 X* = 0.01 kg水 /kg 干料（4 分）1G cX 1

25、X 0Au 0（1分）G c (X 0X*) X0X *2lnX *Au 0X 2（1 分）1 = 0.312 （2分）又 1 +2 = 28h （ 1 分）1 = 6.6h2 = 21.4h （ 2 分）Gc = 8000 ×(1 0.45) = 4400 kg干料（ 2分）G cX 1X 0259.31kg水 /h （1 分）G cX 0X 2818.2kg水 /h （ 1 分）13 在常压下逆流操作的填料吸收塔中，用纯溶剂吸收混合气体中的溶质组分。入塔气体流量为 1120m 3/h （标准状况），入塔气体中溶质的浓度为5% （体积），吸收率为90% ，操作条件下的气液平衡关系为

26、Y*=1.5 X，液气比L/ V=3 ，体积传质系数KYa =100kmol/m2 h( Y) ，塔径为 0.8m 。试求（ 1）出塔液体浓度 X1；（ 2）所需填料层高度 Z。1120解：（ 1 ）进塔惰性气体量V10.0547.5kmol/h22.4感谢下载载精品Y10.050.0526Y2Y1 10.0526 0.10.0052610.05V1X 20X 1Y1Y20.05260.005260.01578L3（2） Y1*1.50.015780.02367Y2*0N OGY1Y20.05260.005263.41Ym0.05260.02367 0.005260.05260.02367ln

27、0.00526H OGV47.50.9455mK Y a1000.785 0.82ZHOG NOG0.94553.413.224m14 有苯和甲苯混合物，含苯0.4 ，流量 1000kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9 （以上均为摩尔分率） ，苯的回收率不低于 90% ，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5 倍，已知相对挥发度= 2.5 。试求（ 1）塔顶产品量 D；塔底残液量 W 及组成 xW ；（ 2）回流比 R 及精馏段操作线方程；（ 3）由第二块理论板（从上往下数）上升蒸汽的组成。0.9D90%D 400 kmol/hW600kmol/h解：（

28、1）0.4100010000.44000.91000 0.4 400 0.9600xWxW6000.0667（ 2） q 1qzFq 线方程：x 0.4yx1q 1q平衡线方程：2.5yxy2.5x1 x1.5x11联立求得：xd0.4yd0.625minxDyd0.9 0.6251.222R1.5 min 1.8333Rydxd0.625 0.4R感谢下载载精品精馏段操作线：yRxD0.647x0.317RxR11（ 3） y1 xD0.9由平衡线方程可得：0.92.5x1x10.78261 1.5x1由精馏段操作线：y20.647x10.3170.823415 （12 分） 干球温度为20

29、 、湿度为 0.009 kg水 kg 绝干气的湿空气通过预热器加热到 80 后，再送至常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为35 ，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程，试求（ 1） 1 m 3 原湿空气在预热过程中焓的变化；（2 ）1 m 3 原湿空气在干燥器中获得的水分量。 （ 3 ） 2 m 3 原湿空气在预热器中的加热量。273t0H0.7721.244H2731. 解：（解：（ 1）1 m 3 原湿空气在预热器中焓的变化当 t020、 H00.009kg/kg 绝干气时，计算 I043kJ/kg 绝干气。当 t180、 H1H 00.009 kg/kg 绝干气时，计算I1 104 k

30、J/kg 绝干气。故 1 kg 绝干空气在预热器中焓的变化为II1 I010443 kJ kg 绝干气61 kJ kg 绝干气原湿空气的比体积H0.7721.244H273t0 1.013105273P0.7721.2440.009273 20 m 3湿 空气 kg绝干 气2730.84 m 3湿 空气 kg绝干 气故 1 m 3 原湿空气焓的变化为感谢下载载精品I61 kJ m 3湿空气72.6kJ m 3 湿空气H 0.84（ 2） 1 m 3 原湿空气在干燥器中获得的水分由 t235I 2 I 1 104 kg/kg绝干气求出空气离开干燥器时的湿度H2 0.027 kg/kg 、绝干气。

31、故1 m 3 原空气获得的水分量为H2 H10.0270.009 kJ m 3 原湿空气0.0214kJ m 3原湿空气H0.84（ 3 ） QpL (I1 I0)72.6 2 145.2KJ16 在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50 kmol/h，要求馏出液中易挥发组分的收率为94 。已知精馏段操作线方程为y = 0.75 x +0.238 ； q 线方程为 y =2-3 x。试求（ 1 ）操作回流比及馏出液组成；（ 2 ）进料热状况参数及原料的总组成；（ 3）两操作线交点的坐标值xq 及 yq；（ 4 ）提馏段操作线方程2. 解：（ 1）解：（ 1 ）操作回流比及馏出液

32、组成由题给条件，得R0.75及xD0.238R1R1解得R = 3 ， xD = 0.952（ 2）进料热状况参数及原料液组成由于q3及 xF2q11q解得q = 0.75（气液混合进料） ， xF = 0.5（ 3）两操作线交点的坐标值x q 及 y q联立操作线及q 线两方程，即y0.75x0.238y2 3x解得xq = 0.4699及 yq = 0.5903（ 4）提馏段操作线方程其一般表达式为感谢下载载精品yqn,L xqn,W xWq n,Vqn,V式中有关参数计算如下qqA q n,F xF0.9450 0.524.68kmol/hn,Dkmol/hxD0.952n,Wqn,F

33、qn ,D5024.68 kmol/h25.32kmol/hxW1Aqn ,F xF10.94500.50.0592qn ,W25 .32q n,LRqn ,Dqqn,F3 24.680.75 50 kmol/h111.54kmol/hq n,Vqn,Lqn,W111.5425.32 kmol/h86.22kmol/h则111.54x25.320.0592 1.294x 0.01739y86.2286.2217 在一直径为 0.8 m的填料塔内，用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为 45 kmol/h，二氧化硫的体积分数为0.032 。操作条件下气液平衡关系为 Y 34

34、.5X ，气相总体积吸收系数为0.0562 kmol/(m 3 ·s) 。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的 76% ，要求回收率为98% 。求水的用量（ kg/h ）及所需的填料层高度。3.解： Y1y10.0320.03311y110.032Y2 Y11A0.033110.980.000662X 1*Y10.03319.594 10 4m34.5X10.76 X 1*0.769.59410 47.29110 4惰性气体的流量为q n,V4510.032kmol h43.56 kmolh水的用量为q n, Lq n ,VY1Y243.560.0331 0.000662kmol h 1.938 103kmol hX1X 27.29110 40q m ,L1.93810318 kgh3.