化工原理期末复习(07)

考试与复习总评成绩期末期中平时55％25％20％11/20/20231☆题型1.单项选择与填空题（每小题2分，共50分）2.计算题（共50分，3小题分值20、20、10分）11/20/20232①气液平衡关系的表达式（亨利定律）③物料衡算(1)吸收②菲克定律☆主要公式11/20/20233

④吸收速率方程▲用分吸收系数表示的吸收速率方程▲用总吸收系数表示的吸收速率方程11/20/20234⑤填料层高度基本计算公式填料层高度=传质单元高度×传质单元数

a)传质单元数反映吸收过程的难易程度b)传质单元高度传质单元高度由过程条件决定11/20/20235

传质单元数求法：a．平均推动力法b．脱吸因子素法11/20/20236（2）蒸馏①气液平衡的表达方式A）拉乌尔定律

B）具体表达形式11/20/20237②物料衡算（A）全塔物料衡算：

（B）精馏段物料衡算（精馏段操作线方程）：式中，R=L/D为回流比

（C）进料线方程（q线方程）

（D）提馏段物料衡算（提馏段操作线方程）：

式中

11/20/20238③板效率A)单板效率气相默弗里板效率

液相默弗里板效率

B)全塔效率

C)点效率④最小回流比：⑤芬克斯（Fenske）方程

11/20/20239(3)干燥①湿空气的性质

湿度：

绝热饱和温度：

湿空气的焓：

湿空气的比容：②物料衡算11/20/202310③热量衡算干燥器的热效率④干燥速率

恒速干燥阶段的速率：

⑤干燥时间

恒速阶段：

降速阶段：

11/20/202311（1）双膜理论的基本论点有哪些？有何局限性？论点：①相界面间存在气膜、液膜。②相界面处气液平衡，界面上无传质阻力。③气液相主体湍流，无浓度差。局限：对具有自由界面的两相系统在高度湍动情况下不适用。☆问题思考11/20/202312通常生产中可从以下两个方面来强化吸收过程：（1）增大吸收推动力①增加吸收剂用量L或增大气液比L/G，这样操作线位置上移，吸收平均推动力增大。②改变相平衡关系，可通过降低吸收剂温度、提高操作压强或将吸收剂改性，从而使相平衡常数m减小，这样平衡线位置下移，吸收平均推动力增大。③降低吸收剂入口组成X2，这样液相进口处推动力增大，全塔平均推动力也随之增大。（2）减小吸收过程阻力（即提高传质系数）①开发和采用新型填料，使填料的比表面积增加。②改变操作条件，对气膜控制的物系，宜增大气速和增强气相湍动；对液膜控制的物系，宜增大液速和湍动。此外吸收温度不能过低，否则分子扩散系数减小、粘度增大，致使吸收阻力增加。（2）强化吸收过程措施有哪些？11/20/202313（3）动量、热量、质量传递现象的比较项目动量传递热量传递质量传递物理量的不均匀导致传递速度梯度温度梯度浓度梯度传递方向均为梯度的反方向高速度向低速度高温向低温高浓度向低浓度数学模型描述（传递现象规律的基本定律）牛顿粘性定律傅里叶定律菲克定律基本定律系数只是状态的函数与传递的物理量或梯度无关粘度μ

为动量传递物性常数，反映了流体的流动特性，其值越大，流体产生的剪应力越大，流动阻力就越大导热系数λ为热量传递物性常数，反映了物质的导热能力，其值越大，导热速率越快扩散系数D为质量传递物性常数，反映了物质扩散传递的特性，其值越大，传递能力越强11/20/202314（4）在连续精馏操作过程中，可从几个方面进行操作条件的优化？①选择最佳的进料位置：两操作线交点稍下的位置。②保持全塔物料平衡：③选择适宜的塔顶回流：适宜的回流比及回流温度。④选择合适的进料热状况：工业上多采用饱和液体进料，以节省能耗。⑤在灵敏板进行温度控制。11/20/202315①恒速阶段的干燥速率UC

空气温度愈高、湿度愈低或流速愈快，则UC愈高，空气条件一定时UC与物料的种类无关②临界含水量XC

通常吸水性的物料的XC比非吸水性的大；同一物料，UC愈大XC愈高；物料愈厚则XC愈高。③平衡含水量X*X*与物料的种类及空气的状态有关，非吸水性的物料的X*要低于吸水性物料的X*；同一物料，温度一定时，空气的相对湿度愈大X*愈高；空气的相对湿度一定时，温度愈高X*愈小。（5）简述干燥条件对干燥速率曲线的影响

11/20/202316(6)气温下降，应添加衣服，把保暖性好的衣服穿在里面好，还是穿在外面好？为什么？因为保暖性好的衣服导热系数小，热阻大，热损失小，所以把保暖性好的衣服穿在里面好。(7)若将一盘热水和一盘冷水同时放在冰箱中，哪盘水冷却快些？为什么？

热水冷却快些，因为热水与冰箱内温差大些，对流传热速率快些。11/20/202317典型例题【例1】

在一逆流操作的吸收塔中，用清水吸收原料气中的甲醇。已知原料气中含甲醇0.5kg/5m3，处理气量为0.278Hm3/s，吸收后的溶液中甲醇浓度5％（mol%）。设在标准状况下操作，吸收平衡关系为Y*＝1.15X，甲醇的回收率为98％，KYa=26.41mol/m3·s），塔内气体的空塔流速为0.5m/s，试求：

(1)水的用量；

(2)塔径；

(3)填料层的高度。11/20/202318解：首先对已知数据进行处理

kmol甲醇/kmol混合气

kmol甲醇/kmol惰气

kmol甲醇/kmol水kmol甲醇/kmol惰气

①求水的用量L＝1043kg/h②求塔径D11/20/202319③求填料层高度Z

因为

所以用脱吸因素法算所得结果一致。11/20/202320【例2】将含苯5％（体积分率）的混合气体（其余为空气），用纯煤油作吸收剂，经一逆流吸收塔吸收。要求苯的回收率为90％（体积分率），入塔混合气体流量为513m3/h。煤油的用量。已知该系统的平衡关系为Y*=0.14X，气相体积吸收总系数=0.014kmol/(m3·s·atm)，纯煤油的平均分子量为170，塔径D＝0.8m。操作温度25℃,压强2atm。试求：（1）煤油的实际用量(kg/h)；（2）出塔吸收液的饱和度；（3）填料层高度Z。

(4)若混合气体的处理量增加25%，则煤油用量如何变化才能保持相同吸收率？（假设

）11/20/202321解：（1）煤油用量11/20/202322（2）出塔吸收液的饱和度由物料衡算得：（3）塔高Z

11/20/202323又

则

11/20/202324(4)G提高25%时，解得：即煤油用量提高88.6%。11/20/202325【例3】用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为200kmol/h，其中易挥发组分的摩尔分率为0.5，进料为饱和液体，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热。已知两组分间的平均相对挥发度为2.0，精馏段操作线方程为塔底产品中易挥发组分的摩尔分率为0.05，试求：（1）操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率；（2）塔顶产品的流量和塔顶产品中易挥发组分的回收率

；（3）精馏段的气相负荷、提馏段的液相负荷（kmol/h）；（4）实际回流比是最小回流比的多少倍；（5）提馏段操作线方程和q线方程；（6）塔顶第2块理论板上升蒸汽的组成；（7）若塔顶第1块实际板的液相默弗里板效率为0.6，求塔顶第2块实际板上升蒸汽的组成。11/20/2023261、

①②③④11/20/202327⑤⑦⑥

11/20/202328【例4】用一连续精馏塔分离苯－甲苯液体混合物，塔顶设全凝器，塔底设再沸器，露点进料。通过取样测得原料液组成为0.5（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.02。设该塔在适宜位置进料。试求：（1）每获得1kmol/h馏出液时的原料液用量F；（2）若回流比为2.0，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0.5，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）（4）因长期操作。再沸器结垢，试问对塔顶、塔底产品质量有何影响？写出分析过程（假设此时F、D、q、不变）。为维持塔顶、塔底产品质量不变，应采取何种措施？说明理由。典型例题11/20/202329解：（1）求当D＝1kmol/h时F为多少？已知xF=0.5，xD＝0.9，xW＝0.02，D＝1kmol/h，由全塔物料衡算可得：

代入已知量可得：可求出解出W＝0.83kmol/h，F＝1.83kmol/h。（2）求R/Rmin，已知①露点进料q＝0，则yq＝xF＝0.5

②由气液平衡方程：11/20/202330③求Rmin，

④求R/Rmin，（倍）

（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y2①露点进料q＝0，已知F＝1.83kmol/h，W＝0.83kmol/h，xW＝0.02，x1＝0.5

kmol/h②提馏段操作线方程为：11/20/202331代入已知量：

即

③所求

（4）再沸器内结垢，导致传热不良，↓，而F、D又不变。由

精馏段操作线斜率=R/（R+1）↓，

靠近平衡线，不利于分离，故

得R↓，11/20/202332【例5】常压连续干燥器干燥处理量为1800kg/h的湿物料，要求湿物料含水量由8%降至1%（均为湿基）。干燥介质为温度t0=25℃，湿度H0=0.011kg/(kg干空气)的新鲜空气。空气经预热器加热至t1=110℃后进入干燥器，经过理想干燥过程后，在干燥器出口处空气的湿度为0.023kg/(kg干空气)。试求：（1）水分蒸发量及干燥产品量；（2）干燥器出口处空气的温度以及新鲜空气的用量（m3/h）；解：

（1）蒸发水分量:干燥产品量:11/20/202333（2）由I1=I2,H1－H0=0.011kg/(kg干空气)所以,出口空气温度t2=80℃干空气用量:又因为湿比容所以,新鲜空气用量为11/20/202334【例6】某种湿物料在常压气流干燥器中进行干燥，湿物料的流量为1kg/s，初始湿基含水量为3.5%，干燥产品的湿基含水量为0.5%。空气状况为：初始温度为25℃，湿度为0.005kg/kg干空气，经预热后进干燥器的温度为140℃，若离开干燥器的温度选定为60℃和40℃，

(1)试分别计算需要的空气消耗量及预热器的传热速率。

(2)又若空气在干燥器的后续设备中温度下降了10℃，试分析以上两种情况下物料是否返潮？假设干燥器为理想干燥器。11/20/202335解:(1)因在干燥器内经历等焓过程，℃℃