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《化工原理II》计算试题

《化工原理II》计算试题

石油大学(北京)化工学院(第二部分)题库

2,计算题

1,(15分)在直径1.2m的Mellepak 250Y规整填料吸收塔中,空气混合物中的SO2用清水吸收吸收塔的总操作压力为101.3kpa,温度为20℃,混合气体进入塔内的流量为1000 m3/h,SO2的摩尔分数为0.09,SO2的回收率要求不低于98%,采用气相kya = 0.0524 kmol/(m·s)的总体积传质系统系统的相平衡方程为:ye=3.3x试着找出:

(1)推导出计算传质单元数的公式;

L?敏。m?成立,哪一个?是溶质的吸收率,m是相平衡常数;(2)测试证书:V(3)最小溶剂剂量,千克摩尔/小时;

(4)如果实际溶剂量是最小溶剂量的1.2倍,计算塔水中SO2浓度(摩尔分数);(5)计算完成分离任务所需的传质单元数量、传质单元高度和填料高度

2,(15分)一种吸收煤气中苯的吸油塔。已知煤气的流速为2240(NM3/hr),进入塔的气体中苯含量为4%,离开塔的气体中苯含量为0.8%(以上均为体积分数)。进入塔内的油不含苯。取L=1.4 Lmin。已知体系的相平衡关系为Y * = 0.126 x。试着找出:(1)溶质吸收率?

(2)Lmin和L (kmol/h)

(3)求柱组成Xb(kmol苯/kmol油)(4)求吸收过程的对数平均驱动力?Ym (5)解决非政府组织问题;用分析法;

(6)以增加塔内的液体喷射量使用部分循环流量,在保证原始吸收率

的条件下,最大循环量L’是多少,并画出无部分循环和部分循环两种情况下的操作线。

3,(20分)在一个逆流操作的低浓度气体填料吸收塔中,纯矿物油被用来吸收混合气体中的溶质。已知在操作条件下,进口混合气体中的溶质含量为0.015(摩尔分数),吸收率为85%,平衡关系Y*=0.5X努力找出:出口矿物油中溶质的最大浓度为

(1)最小液气比;

(2)当吸收剂用量为最小溶剂用量的3倍时,NOG是用解析法计算的。(3)找到吸收过程的总对数平均传质驱动力?Ym。(4)当总气体传质单元的高度为1m时,计算填料层的高度;

?1?

(5)为了增加塔内液体的喷淋量,采用塔外液体部分循环流动。在保证原吸收速率的条件下,假设气相流速为,最大循环量L’是多少,并画出无部分循环和部分循环两种情况下的操作线

4。在吸收塔中,某种气体混合物与清水逆流吸收。塔中的气相组成为0.05(摩尔分数,下同)。在该操作条件下,系统的平衡关系为y*=2x,操作液气比为1.25(L/V)min,塔内气相组成为0.01,吸收过程为气膜控制,Kya∝V0.7(V为气相摩尔分数)

试算:(1)液相出口组成xb,NOG传质任务所需;

(2)如果初始气液组成、流速和操作条件保持不变,当原始塔与另一个相同的塔串联和逆流操作时,离开塔的气体的最终组成是什么(3)如果初始汽液组成、流速和操作条件不变,原塔和另一个相同的塔平

行逆流操作,汽液两相流分布相等,此时的气体出口组成是什么

5,(20分)在逆流操作的填料吸收塔中,用清水吸收氨-空气混合物中的氨。已知当混合气体进入塔时,氨浓度为y1=0.01(摩尔分数),吸收率为90%,气液平衡关系为y = 0.9x在这些条件下,试着找出:(1)溶液的最大出口浓度;(2)最小液气比;

(3)当吸收剂的量是最小吸收剂量的两倍时,传质单元的数量是多少?(4)当传质单元高度为0.5m时,填料高度是多少米?

6,(10分)试验证明吸收塔填料层高度计算中液相传质单元总数的解析公式为

NOL???是吗?mxaln??1?a。b?a。1?a。Yb?mxb?1

7,(20分)在逆流填料吸收塔中,用三乙醇胺水溶液吸收气相中的H2S。塔气相中H2S含量为2.91%(体积%,下同)。要求H2S回收率不低于99%,操作温度为27℃,压力为1个大气压。进料溶剂新鲜,出料溶剂中H2S浓度为0.013 kmol(H2S)/kmol(溶剂),塔内惰性气体流速为0.015 kmol/(m2s),系统相平衡关系为:Y*=2X(1)尝试找到最小液气比和实际液气比

(2)如果系统中鲍尔环的总体积传质系数为0.000395 kmol/(m3.s.kpa),请尝试找出满足生产要求所需的填料高度。

(3)如果使用浮阀塔板,总共需要25层以满足分离要求,并测试和计算系统中浮阀塔板的总塔效率。

?2?

(4)尝试计算鲍尔环填料的等板高度HETP

8,(20分钟)一个生产过程产生两种含盐酸的混合气体,一种流量yG1=0.1摩尔/秒,盐酸浓度yG1 = 0.1(摩尔分数),另一种流量yG2=0.04摩尔/秒,盐酸浓度yG2 = 0.04(摩尔分数)如今,有人建议用吸收塔从这两种气体中回收氯化氢,总回收率不低于85%。所用吸收剂为20℃的纯水,亨利系数E = 2.786×105帕,工作压力为常压。试着找出:(1)将两种材料混合后,从塔底进入塔内(图1中的A),吸收剂的最小量是多少?如果第二股气流在适当的高度单独加入塔中(图1中的b),最小吸收剂用量的变化是什么?(2)如果空塔气速为0.5m/s,在该气速下测量的Kya = 8×10-3mol/(s . m3),实际液气比是最小液气比的1.2倍,混合进料所需的填料层高度是多少?

(3)塔径和实际液气比与(2)相同。第二股气流在最佳位置输送。要求的包装高度是多少?中间进料在哪里?

9,(27分)填料吸收塔(见右图)用清水逆流吸收二元工业尾气中的有害成分A。已知填料层为4m高,进入塔的气体浓度yb=0.02(摩尔分数,下同),溶剂对组分A的吸收率为80%,离开塔的液体组成xb=0.008,还已知操作条件下的气液平衡关系为Y * = 1.5x。;

(2)最小液气比是工作液气比的多少倍;

(3)由于法定排放浓度ya必须≤0.002,因此建议增加填料层。如果液气比

和气液入口组成保持不变,填料层应提高多少?

(4)如果气相和液相的数量以及入口的组成保持不变,并且同一塔与

该塔串联,那么

相因蒸汽而产生的出口浓度ya是多少?

(5)如果吸收后塔内混合气体的浓度不能满足环保要求,可以采取什么措施来提高组分A的

溶剂的回收率?

10。填料塔设计用于在常温常压下吸收空气-丙酮混合蒸汽中的丙酮和清水。混合气体进入塔的流速为80千摩尔/小时,含有5%(体积分数)的丙酮,所需的吸收率为95%已知柱径为0.8m,操作条件下的相平衡关系可表示为y=2.0x,气相体积的总传质系数kya为150 kmol/m3?H、出口溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%,试着找出: (1)完成分离任务需要多少水量[·m3/h];(2)所需填料层高度,m;(3)最低用水量是多少倍

?3?

(4)可以采取什么措施来提高气体回收率?

11逆流操作常压填料吸收塔,用清水吸收混合气体中的溶质A。进入塔的气体中的浓度为0.01(摩尔分数)。吸收后,溶质A的回收率为80%。此时,水消耗是最小溶剂消耗的1.5倍,相平衡线的斜率是1 L?试着找出:(1)最小液气比???;

?v?(2)液体从塔中流出形成XB;

(3)当气相总传质单元高度为1m时,所需填料层高度为

12,(28分)连续蒸馏塔分离二元理想混合物。已知进料速率F=10

kmol/s,进料组成xF = 0.5(摩尔分数,下同),进料为饱和蒸汽,顶部产物的组成xd为0.95,底部产物的组成xw为0.1,系统的相对挥发度α为2塔底采用再沸器,塔顶采用全冷凝器,泡点回流,塔底蒸发量为最小蒸发量的2倍。设法找出

: (1)塔顶挥发性组分的回收率;

(2)塔底汽化;

(3)液相成分流出第二块板(从上到下)

13,(27分)连续精馏塔分离二元理想混合物,已知进料速率F=100 kmol/h,进料组成为0.5(摩尔分数,下同),进料为气液混合物,气液摩尔比为1∶1;塔底使用重沸器,塔顶使用全冷凝器。实际回流比r 是最小回流比Rmin的3倍。塔顶产品组成xd为0.8,塔底产品组成xw为0.2,系统相对挥发度α为3

试算:(1)原料气相和液相组成;

(2)塔顶挥发性组分回收率;(3)塔釜的汽化量;

(4)完成分离任务所需的理论塔板数

14,(15分钟)用连续精馏塔分离苯-甲苯混合溶液。原料液含0.40苯,塔顶馏出物含0.95苯(以上均为摩尔分数)。原料液为蒸汽和液体的混合进料,其中蒸汽占1/3(摩尔分数),苯-甲苯的平均相对挥发度为2.5,回流比是最小回流比的2倍。试着找出:(1)原料液中气相和液相的组成;(2)最小回流比;

(3)如果塔顶采用全冷凝器,计算从塔顶下降的第二块理论塔板的液

体组成。

?4?

15,(10分)在连续精馏塔中,精馏段操作线方程y=0.75x+0.2075,q 线方程y=-0.5x+1.5xF,试找出:

(1)回流比r,馏出液组成xD,进料液q值;

(2)当进料组成xF=0.44时,精馏段操作线和汽提段操作线交点处的x值是多少,并判断进料的热状态

16,(20分钟)组成为0.40的原料以气液混合状态进入精馏塔,原料气液摩尔比为1∶2,进料摩尔流量为f,塔顶产品组成为xD=0.95,塔顶挥发性组分回收率为95%(以上为摩尔分数),回流比R=2Rmin,组分相对挥发度为2.5,试

(2)塔顶产品量,塔底产品量和组成;(3)列出整风断面作业线方程;

(4)列出汽提段的操作线方程;(5)列出进料热状态线方程;

17,(25分)如图所示,甲、乙混合液在常压连续精馏塔中分离。两种进料为

F1=100千克摩尔/小时,xF1=0.6(摩尔分数,下同),饱和液体进料,F2=100千克摩尔/小时,xF2=0.2,饱和液体进料。要求是:分离后馏出液中组分a的含量不小于0.8,釜液中组分a的浓度不大于0.02,操作回流比R=2Rmin,系统的相对挥发度α为1.6试着找出:(1)塔顶和塔底的产品数量;(2)操作回流比;(3)精馏段操作线方程;

(4)气液流速和汽提段操作线方程;

(5)两个进料之间中间部分的气体和液体流速和操作线方程

18。用精馏塔分离二元水溶液时,水很难挥发成分。进料中轻组分的组成为0.3(摩尔分数,下同),进料速率为100克分子/小时,进料的热态q=1.1。二元混合物符合相平衡关系。2x1?X、塔顶采用全冷凝器,泡点回流,回流比R=1.5Rmin,塔底直接用饱和蒸汽加热

,蒸汽量为s,塔顶馏出物xD=0.9试着找出:(1)最小回流比;

?5?