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1、石油大学（北京）化工学院化工原理（下册）题库三、计算题1、（15分）在始终径为1.2m的MenePak250Y规整填料吸取塔中，用清水吸取空气混合气中的So2。吸取塔操作总压为101.3kpa,温度为20C,入塔混合气的流量为100Om3h,S（的摩尔分率为0.09,要求SO?的回收率不低于98%,承受其汽相总体积传质系Ka=0.0524kmol（m.s）o该体系的相平衡方程为：y3.3x。试求：（1）推导传质单元数计算方程；12）试证明：O=mn成立，其中为溶质的吸取率，m为相平衡常数；Vmin（3）最小溶剂用量，kgmol/h；（4）假设实际溶剂用量为最小溶剂量的1.2倍，计算出塔水中SO
2、2浓度（摩尔分率）；（5）计算传质单元数，传质单元高度及完成该分别任务所r需的填料高度。证明：N=出dYYe=mX=ftdVX=Xa+VL（Y-Ya）OGY-YY-JnX=J力dLVS=mV/LaY-mX（Y-Y）I1丫(17)产一dY=JWr)=Vv,nVJS(i-S)K(I-S)+(sr-Y-l(Y-Y-mXa一-S二Hr与旷工百击，声.=.c1川bamXaaa*N=1-5ogJZTZV(2)证明：由全塔物料平衡V(Yb-Ya)=LXb(LV)=(Yb-Ya)Xa当溶剂用量最小时，Xbe=YbZm因此，(L/V)min=m(YYa)/Yb=mnV=V(l-yb)=1273q_09)=37.
3、85kmolh273+20*22.4Yb=yb(l-yb)=0.099Ya=Yb(l-)=0.099*(1-0.98)=0.00198Xa=O1.min=V(yb-ya)(ybm-xa)=37.85*(0.099-0.00198)/(0.099/3.3-0)=122.4kmolhL=1.2Lmin=146.88kmolhxb=V(yb-ya)L+xa=37.85(0.099-0.00198)/146.88=0.025(5)1()丫-?X1S=mVL=3.3*37.85146.88=0.85中匚W-S厂祝+11/(1-0.85)0.099+0.85=14.15H=V=37.85/3600=0.1
4、78m1-0.85Loooi98IMKa.0.0524*0.785*12h=HnrNnr=14.15*0.178=2.52mOUCKj2、(15分)一座油吸取煤气中苯的吸取塔，煤气流量为2240(NM3hr),入塔气中含苯4%,出塔气中含苯0.8%(以上均为体积分率)，进塔油不含苯，取L=1.4Lmin,该体系相平衡关系为:Y*=0.126X,试求:(1)溶质吸取率(2)Lmin及L(kmolh)2(3)求出塔组成XJkmol苯kmol油)(4)求该吸取过程的对数平均推动力AYm(3) (5)用解析法求Nog；(4) (6)为了增大该塔液体喷淋量。承受局部循环流程，在保证原吸取率的状况下，最大
5、循环量U为多少，并画出无局部循环和有局部循环时两种状况下的操作线。解=(Yb-Ya)/YbayaYb=yb(i-yb)=.04(i-0.04)=0.04i7=(0.0417-0.008)/0.0417=80.7%2G=2240/22.4=100kmol/hGb=100(1-0.04)=96kmolh(3) (LG)min=(Yb-Ya)/(X-0)=(0.0417-0.008)/(0.0417/0.126-0)0.102(4) 1.min=0.10296=9.792kmolh(5) 1.s=1.4Lmin=1.49.792=13.7kmol/h(6) 1.sG=(Yb-Ya)(Xb-0)=13
6、.7/96=0.143Xb=(0.0417-0.008)(LsGb)=0.24(7) Y=Y,-Y*=0.0417-0.1260.24=0.01146DDDYm=(yb-ya)/ln(ybya)=(0.01146-0.008)/ln(0.01146/0.008)=0.00963(6)局部循环,S=mVL=0.126*96/13.7=0.883NoG=1111r(-S)嚏“+s1.丫J1，)0.04173.42Inl1-0.883,+0.8831-0.883L0.008J入口液量为(L+U),入塔浓度为Xa,在最大U下，X；处在最大。(LsG)max=(0.0417-0.008)/(Xb-Xa)
7、X/=Y/0.126=0.008/0.126=0.0635aa(Ls+Ls,)G)max=(0.0417-0.008)/(0.24-0.0635)=0.191Ls,max=0.19196-13.7=4.64kmolh1.,max=Ls,max(1-Xb)=4.64(1-0.24)=6.1kmol/h3、(20分)在一座逆流操作的低浓度气体填料吸取塔中，用纯矿物油吸取混合气中的溶质，进口混合气中溶质的含量为0.015(摩尔分率)，吸取率为85%,操作条件下的平衡关系Y*=0.5Xo试求：(1)出口矿物油中溶质的最大浓度和最小液气比；(2)取吸取剂用量为最小溶剂用量的3倍时，用解析法求Nog;(3
8、)求该吸取过程的气相总对数平均传质推动力AYm；4)气体总传质单元高度为Im时，求填料层高度；(5)为了增大该塔液体喷淋量，承受出塔液体局部循环流程。在保证原吸取率的状况下，假设气相流量为，那么最大循环量。为多少，并画出无局部循环和有局部循环时两种状况下的操作线。解：(1)=(Yb-Ya)/YbYbpyb=O015Ya=Yb(l-)=0.015/(1-0.85)=0.00225由平衡关系可知：出口矿物油中溶质最大浓度为Xl*=Ybm=0.015/0.5=0.03(2) (LG)min=(Yb-Ya)/(Xb*-0)=(0.015-0.00225)/(0.03-0)=0.425(3) 1.sG=
9、3(LG)min=3*0.425=1.275S=mGL=0.51.275=0.392(4) Xb=(Yb-Ya)(LG)=(0.015-0.00225)/1.275=0.01Yb=Yb-mXb=0.015-0.5x0.01=0.01AYa=Ya-mXa=0225Ym=(yb-ya)/ln(ybya)=(0.01-0.00225)/ln(0.01/0.00225)=0.0052(5) Hoc=Imh=HOGNOG=2.45m(5)局部循环，入口液量为(L+L,),入塔浓度X在最大U下，X；与Ya呈相平衡。吸取率不变，即YyYaXb保持不变。X=Ya0,5=0,00225/0,5=0,0045/.
10、(LS+Ls)/GB)max=(Yb-Ya)/(Xb-Xa)=(0.015-0.00225)/(0.01-0.0045)=2.32.*.Ls,max=(Ls+Ls,)/GB)max-(Ls/GB)*Gb=(2.32-1.275)100=104.5kmolh4、(20分)某逆流操作的填料吸取塔中，用清水吸取氨一空气混合气中的氨。混合气进塔时氨的浓度为y=0.01(摩尔分率)，吸取率为90%,气液相平衡关系为y=0.9xo在此条件下，试求：(1)溶液最大出口浓度；(2)最小液气比；(3)取吸取剂用量为最小吸取剂用量的2倍时，传质单元数为多少？(4)传质单元高度为0.5m时，填料层高为几米？解：(1
11、)y1=0.0in=0.90y2=yl(l-n)=0.01(1-0.9)=0.001x2=0x1,=y10.9=0.010.9=0.0111(2)(LV)min=(y1-y2)(x1w-x2)=(0.01-0.001)/(0.0111-0)=0.811(3LV=2(LV)min=2*0.811=1.62x1=(y1-y2)(LV)+x2=(0.01-0.001)/1.62=0.00556y2*=0y1*=0.9*0.00556=0.005ym=(y1-y2)ln(yj/y2)=(0.01-0.005)-(0.001-0)ln(0.01-0.005)/0.001=0.0025Noc=(yl-y2
12、)/yn=(0.01-0.001)/0.0025=3.64h=HOGNOG=0.5*3.6=1.8m5、110分)试证明吸取塔填料层高度计算过程中所用到的液相总传质单元数解析式：1 /Y-mx1N=ln94)人+AoOLfy1.bB证明：NdXe=YmOLxX-Xte，=JX,.Y=LV(X-Xb)+YbFXmdX,:A=LmV-jo-t(X-X)-k-XmVbm工1(Y-mXlN=Iri1-Ah&+A1OLI-A1Y-mXJ6、(20分)在一逆流量料破取塔内，用三乙醇胺水溶液吸取汽相中的HS,进塔气相中HS的含量为2.91%(体积乐下同)，要求HS的回收率不低于99%,操相温度为27,定力为
13、1atm。进塔为颖溶剂，出塔溶剂中HS浮度为0.013kmol(HS)kmol(溶剂)，塔内惰性气流速为0.015kmol(m2s),体系的相平衡关系为：Y*=2X1(1)试求最小液气比和实际操作的液气比。(2)假设Pall(鲍尔)环在该体系中的气相总体积传质系数为0.000395kml(,试求到达该生产要求所需要的填料高度。(3)假设承受浮阀塔板,共需要25层才能够到达该分别要求，试求浮阀塔板在该体系中的全塔效率。(4)试计算Pall环填料的等板高度HETP。解：(1)y=乙=0.0291=0.03b-y1-0.0291VH2S的回收率不减于99%Y=Y(If=0.03(l-0.99)=0.
14、0003Vy=2x在卜浓度下近似可表示为Y=2X并且Y=0.03bX=Y/m=0.03/2=0.015beb进塔为颖溶剂，即X=O；(Ly-丫0.030.000311=ba=1.98vJX-X0.015minbeaX=0.013b(2) S=mVL=22.28=0.877.Ka=0.000395kmol(Y惰性气体流速V=0.015kmol(m2s)h=HN=20.96x0.3748=7.86mOOGOG(3) INSTNOGMS理论板数N=0N=0877120.96=19.64InSOGIn0.877Y实际板数N=25，效率Eo=N/N=19.64/25=0.786(4) HETP二A理论7.84际o=0.4N19.64理论7、120分)某生产过程产生两股含有HCl的混合气体，一股混合气的流量G1,=0.015kmols,HCl浓度yG=0.1(摩尔分率)，另一股流量G2”=0.015kmols,HCl浓度yG2=0.04(摩尔分率)。今拟用一个吸取塔回收两股气体中的HCl,总回收率不低于85%,所用吸取剂为20C纯水，亨利系数E=2.786X105Pa,图1操作压力为常压，试求：(1)将两股物料混合后由塔底入塔(附图1中的a),最小吸取剂用量为多少？假设将其次股气流在适当高度单独参与塔内(
