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化工原理下册计算题总结-天津大学

j07b20140

用一连续精馏塔在常压下分离甲醇~水混合物,进料为含甲醇0.41的饱和蒸汽,流率为100Kmol/h。要求塔顶馏出液含甲醇不低于0.95,塔底釜液甲醇不大于0.05(以上均为摩尔分率),已知操作条件下的平衡关系如附图,操作时回流比为2.4,试求:(1)塔顶、塔底产品的流率;

(2)所需理论塔板数及进料板位置;

化工原理下册计算题总结-天津大学

(3)两端的液相流率与汽相流率比和q线方

程;

(4)对应的最小回流比。

参见附图:j07b140.t

07b20140

解:(1)物料衡算:

F=D+W (a)

F x F=D x D+W x W(b)

由(a)得W=F-D

则:F x F=D x D+(F-D)x W

100×0.41=D×0.95+(100-D)×0.05

41=0.95D+5-0.05D

D=36/0.9=40Kmol/h

W=100-40=60 Kmol/h

(2)精馏段操作方程:

y=(R/(R+1)x+x D/(R+1)

x D/(R+1)=0.95/(2.4+1)=0.279≈0.28

提馏段的操作方程:

y′=((L+q F)/(L+q F-W))x′-WxW/(L+q F-W)

L=RD=2.4×40=96Kmol/h

Q线y=(q/(q-1))x-x F/(q-1)

y=x F

由图解得:N T=6-1=5(不含釜),进料位置Nf=5

(3)V=L+D=96+40=136 Kmol/h

L/V=96/136=0.706

L′/V′=L/V′=L/(V-(1-q)F

=96/(136-100)=2.67

(4)R min/(R min+1)=(y D-y0)/(x D-x0)

=(0.95-0.41)/(0.95-0.1)=0.6353

R min=(0.6353 R min+0.6353

R min=0.6353/(1-0.6353)=1.742

附图:j07b140.d

化工原理下册计算题总结-天津大学

j06c20098

一常压逆流吸收塔,塔截面积为0.5m2,填料层高为3米。用清水吸收混合气中的丙酮(分子量为58),丙酮含量为5%(体积),混合气流量为1120Nm3/h。已知在液体比为3的条件下,出塔气体中丙酮含量为0.005(摩尔分率)。操作条件下的平衡关系为y=2x。

试求:

(1)出口液体中的丙酮含量(质量分率);

(2)气体体积总传质系数K y(Kmol/m3.s);

(3)若填料增高3米,其他操作天骄不变,气体出口的丙酮含量为多少?

j06c20098

①L/G=(y1-y2)/x1, x1=(y1-y2)/(L/G)=(0.05-0.005)/3=0.015

a1=(0.015×58)/18=0.0483

②S=m/(L/G)=2/3=0.667

N OG=1/(1-S)Ln[(1-S)y1/y2+S]=4.16

H OG=h/ N OG=3/4.16=0.721m

H OG=G/K ya

G=1120/(22.4×3600×0.5)=0.0278 Kmol/㎡·S

K ya=G/ H OG=0.0385 Kmol/㎡·S

③h′=3+3=6m, H OG不变,S不变

N OG′=h′/ H OG=6/0.721=8.32

N OG′=1/(1-S)Ln[(-S)y1′/y2′+S]

y2′=0.0011

采用常压干燥器干燥湿物料。每小时处理湿物料1000Kg,干燥操作使物料的湿含量由40%减至5%,干燥介质是湿空气,初温为20℃,湿度H0=0.009Kg水/Kg绝干空气,经预热器加热至120℃后进入干燥器中,离开干燥器时废气温度为40℃,若在干燥器中空气状态沿等I线变化。试求:

(1)水份蒸发量W Kg/s

(2)绝干空气消耗量L Kg绝干气/s;

j09b10080

(1)W=Gc(x1-x2)

x1=0.4/(1-0.4)=0.667

x2=0.05/(1-0.05)=0.0526

Gc=1000(1-0.4)=600Kg绝干料/h

所以W=600(0.667-0.0526)

=368.64Kg/h=0.1024Kg/s

(2)L=W(H2-H1)

H1=Ho=0.009Kg水/Kg绝干气

t1=120℃,t2=℃

H2未知,可通过I1=I2求算

I1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=1.01t1+(1.88t1+2490)H1

I2=(1.01+1.88H2)t1+2490H2=1.01t2+(1.88t2+2490)H2

所以 H2=(1.01×120+(1.88×120+2490)×0.009-1.01×40)/(1.88×40+2490)=0.041Kg水/Kg绝干气

所以 L=0.1024/(0.041-0.009)=3.1974Kg绝干气/s

G2′=0.95G2

所以G2′=0.95×Gc(1+x2)

=0.95×600/3600×(1+0.0526)

=0.167Kg/s

V=L·v H

=3.1974[(0.772+1.244Ho)(to+273)/273

=3.1974[(0.772+1.244×0.009)×(20+273)/273

=2.69m3/s

j10a10035

现有含A40%的A、B混合液,拟用纯溶剂S进行单级萃取。求:

(1)要求分离后所得萃取液组成为70%,问每Kg原料需加多少纯溶剂?

(2)该萃取过程萃余相可能达到的最低浓度为多少?此时每Kg原料需加多少纯溶剂?

说明:①三角形相图如图1所示。

②以上计算不必算出具体数值,但必须写明作图步骤及线段的比例关系。

参见附图:j10a035.t

(1)由已知x =40%,y =70%,在AB 上得F 点和E ′点,连S ,E ′交右溶解度曲线于E ,由E 作平衡结线ER ,ER 与SF 交点得M ,S/F =MF/SM 。

(2)SF 交溶解度曲线于S ′,由S ′作平衡结线得Rmin ,由图得x min =2%,S/F =S ′F/SS ′。

参见附图:j10a035.d

化工原理下册计算题总结-天津大学

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.填空题

(1)t06a05003

吸收塔底部的排液管成U 形,目的是起 作用,以防止 。

操作中的吸收塔,若使用液气比小于设计的最小液气比,则其操作结果是吸收效

果 ;若吸收剂入塔浓度2X 降低,其他操作条件不变,吸收结果将使吸收率 出口气体浓度 。 (2)t07a05040

精馏操作的依据是 。实现精馏操作的必要条件包括 和 。 (3)t08a05001

① 塔板中溢流堰的主要作用是为了保证塔板上有 。

当喷淋量一定时,填料塔单位高度填料层的压力降与空塔气速关系线上存在着两个转折点,其中下转折点称为 ,上转折点成为 。

② 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔相比较,操作弹性最大的是 ; 单板压力降最小的是 ; 造价最便宜的是 。 A 筛板塔 B 浮阀塔 C 泡罩塔

(4)t09a05007

饱和空气在恒压下冷却,温度由1t 降至2t ,此时其相对湿度 ,湿度 ,湿球温度 ,露点 。

(1)t06a05003

液封作用 气体溢出,

吸收效果达不到要求 吸收率增大,出口气体浓度降低 (2)t07a05040

混合液中各组分的挥发度差异。 塔顶液相回流 塔底上升气流

(3)t08a05001 ①一定高度的液层 载点 泛点 ②B A A (4)t09a05007

不变,下降,下降,下降。

[三] j07a20158

苯和甲苯混合物中,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α=2.5。试求:

(1)塔顶产品量D ;

(2)塔底残液量W 及组成w x

; (3)最小回流比;

(4)精馏段操作线方程; (5)提馏段操作线方程;

(6)若改用饱和蒸汽进料,仍用(4)中所用之回流比,所需理论板数为多少?

[三]j07c20158

(1)D=1000*0.4*0.9/0.9=400 kmol/h (2)W=1000-400=600 kmol/h

w X =(1000*0.4-400*0.9)/600=0.0667

(3)Xq=Xf=0.4

Yq=2.5*0.4/(1+1.5*0.4)=0.625 Rm=(0.9-0.625)/(0.625-0.4)=1.22 (4)R=1.5*1.22=1.83

1n y

+=(1.83/2.83)Xn + 0.9/2.83=0.646Xn + 0.318 (5)V ′=V=2.83*400=1132

L ′=1.83*400 + 1000=1732 1n y +′=(1732/1132)Xn ′ - 600*0.0667/1132=1.53 Xn ′ – 0.0353 (6)

q y =

f

X =0.4

q y =αq X /(1+(α-1) q X

) 得 q

X =0.21

Rm = (0.9-0.4)/(0.4-0.21) = 2.63 R < Rm

T N =∞

[三] j07a20003

某一正在操作的连续精馏塔,有塔板15块,塔顶设为全凝器,用于分离苯-甲苯混合液,液中含苯35%,泡点进料,馏出液含苯97%,残液含苯5%(以上皆为摩尔分率)(1)求最小回流比Rmin。

(2)如采用回流比R=4.3,求理论塔板数Nt及总板效率Et。

(3)如果单板效率等于总板效率,试求提馏段最下一块板上升蒸汽的组成。

参见附图:j07a003.t

化工原理下册计算题总结-天津大学

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[三] j07a20003

已知:Np=15块,xF=0.35, q=1,xD=0.97, xW=0.05

解:(1)求Rmin

因为q=1,做q线交于平衡曲线,得d′点(0.35,0.557)

所以Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)=(0.97-0.557)/(0.557-0.35)=2

(2)当R=4.3时,求E T与N T

因为 y n+1=[(R/R+1)]x n+x D/(R+1)=[.3/(4.3+1)] x n+[0.97/(4.3+1)] 所以y n+1=0.8113 x n+0.183

在x-y相图中做精馏段操作线:a(0.97,0.97),c(0,0.183),精馏段操作线与q线交于d点,以d点与b(0.05,0.05)点做提馏段操作线,从a点向b点在平衡线与操作线之间做操作,由图可知:N T=10.8-1=9.8,

E T=9.8/15=0.653

(3)令最下一块塔板为n板,ηn=E T=0.653

因为在塔釜内残液进行部分汽化,为一个平衡级

所以 y釜应与xw成平衡关系,从平衡曲线上得y釜=0.11

而y釜与xn成操作关系,所以提馏段操作线上得xn=0.1

而yn*=f平(xn)所以从平衡曲线上得=0.21

所以 yn=0.653(0.21-0.11)=0.175

[四]j09a10084

在一干燥器中干燥某湿物料,每小时处理湿物料1000Kg,经干燥后物料的含量由40%减至5%(均为湿基),干燥介质为373K的热空气,其中所含水汽的分压为1.0KN/m2,空气在313K及相对湿度70%下离开干燥器,试求所需要的空气量。

水在313K时的饱和蒸汽压可取为7.4KN/m2,湿空气的总压为101.3KN/m2。

[四]j09a10084

1.求W

W=Gc(x1-x2)

G1=1000Kg/h=0.278Kg/s

所以Gc=0.278(1-0.4)=0.167Kg/s

x1=w1(1-w1)=0.40/(1-0.40)

=0.667Kg/Kg绝干料

x2=w2/(1-w2)=0.05/(1-0.05)

=0.053Kg/Kg绝干料

所以W=Gc(x1-x2)=0.167(0.667-0.053)

=0.1025kg/s

2.求H1

H1=0.622p/(P-p)

=0.622×1.0/(101.3-1.0)

=0.0062kg/kg干空气

3.求H2

H2=0.622ψp s/(P-ψp s)

=0.622×0.7×7.4/(101.3-0.7×7.4)

=0.0062kg/kg干空气

4.求L

L=W/(H2-H1)=0.1025/(0.0335-0.0062)

=3.76kg干空气/s

进口的湿空气量=L(1+H1)=3.76(1+0.0062)

=3.783Kg/s

[五] j10b10040

某A、B混合液用纯溶剂S单级萃取。已知:

化工原理下册计算题总结-天津大学

F=10Kg/h,X f=0.4(质量分率,下同)。K A=1,

萃取相的组成X A/XB=1/3。试求:(1)萃余液量;

(2)溶剂量。

[五] j10b10040

解:(1)x A/x B=x A o/x B o=x A o/(1- x A o)=1/3

解知萃余液组成x A o=0.25,连R1o S得R点。作RE平行BS,连SE延长与AB边交于点E′,得萃余液组成y x A o=0.75。据杠杆法则:

E0=Fx(xf-x A o)/(y x A o-x A o)=100×(0.4-0.25)/(0.75-0.25)=30kg/h

(2)RE与FS交点M。S=F×FM/SM=100×24/24=100kg/h

化工原理下册计算题总结-天津大学

3、某A、B、C三元体系的溶解度曲线和辅助线如图所示。原料液由A、B两组分组成,其中A的质量分率为0.4,每批处理量为400kg。

试求:(1)萃取剂的最大用量S max和最小用量S min;

(2)单级萃取可获得的最高萃取液组成y’、量E’和相应的溶剂用量S;

(3)单级萃取可获得的最低萃余液组成x min’;

(4)获得最高萃取液组成时溶剂的选择性系数β和分配系数k A;

(5)若分别用400kg纯萃取剂进行两级错流萃取,

最终萃余液的组成x’如何?

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