化工原理下册习题课(期末).docx

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1、蒸馏内容小结p= p 0 xAAAP= p总+ pAx=P - p0p0 - p0ABv= pAx+ x= yBABAA+ yAxAABy= p0 xP= 1a= vvAAA总AB一个前提连续稳定；三种方法平衡关系、物料衡算、热量衡算不要求；三个方程平衡方程、操作线方程、 q 线方程；四个概念抱负溶液、相对挥发度、液相分率、回流比目的求塔 高、关键求理论板数。一、平衡关系 y - x 相图 t - x - y 相图y =1 + (a - 1)xax二、物料衡算三、操作线方程续F = D + WFx= Dx+ WxL = RDR = L D 回流比FDW()塔顶易挥发组分回收率hDx D 100

2、%=V = R +1 DL”= L + qFAFxFV ” = V + (q -1)F塔底难挥发组分回收率hB= W(1 - x W )F(1 - x )100%I- Iq =VF 将1kmol进料变为饱和蒸气所需 的热量F三、操作线方程y=Rx+xDI- I原料液的千摩尔汽化热VLq：进料中的液相分率，有五种进料热状况。n+1R +1 nR +1四、最小回流比L”Wx”x- yy=x-WR= Dqm+1V ”mV ”1 作图法miny - xqqy”=L”x”-Wx1xa(1-x )m+1L” -WmL” -W W2. 解析法泡点进料R=a- D -D L + qFWy =x -x露点进料m

3、in1axR=D1 xF- 1 - x1-xFD - 1L + qF -WL + qF -WWmina - 1yR = (1.1 2.0)R1 - yFFy =qx -xF五、全回流minq - 1q - 1y= xn+1n逐板计算法全凝器 y = x分凝器 y= x1D0Daxy = 1 + (a - 1)xRx六、塔板效率Dyn+1=xR +1 n+ R +11. 总板效率理N论E=T板TN数P图解法捷算法NET全塔效率求TNT理论板层数算NP实际板层数2. 单板效率E= yn - yn+1MVy* - ynn+1或者V, y1E= xn-1 - xnMLxn-1- x*n102L, xq

4、=10q1aaF, x Nyn+1VLF1xN123d4eq=0dye ddf5q0N1+1VymfLcxm-1mm+1ym+1 xmbbyN-1 xm+1xxxxxN-1xN-1Wx FDxexWFD最小回流比操作状况的分析V,yL,W, xWNx精馏塔的逐板计算枯燥内容小结一、湿空气的性质1. 湿度H0.622P0.622 jPPH = P- P总= P- jPs总sj= Pssj相对湿度 P 水的饱和蒸汽压 P水汽分压2.比体积湿体积u= (0.772 + 1.244H) 273 + t 1.013 105 H273p总u-湿空气的比体积 m3湿空气/kg 绝干气H3. 比热容和焓c=

5、1.01 + 1.88HI = (1.01 +1.88H)t + 2490HH二、湿度图1. 湿度图包括：等湿线等 H 线、等焓线等 I 线、等温线等 t 线、等相对湿度线等 j 线、水汽分压线p 线2. 重点应用：由两个独立参数确定其它参数 如：温度t湿球温度 t 、温度Wt露点温度 t 、温度 tj、d三、湿物料的性质1. 湿基含水量w和干基含水量(X)w = 湿物料的水分含量X = 湿物料的水分含量湿物料总质量湿物料绝干物料量sm2. 湿物料的比热容 cc= c + 4.187 Xmms3. 湿物料的焓湿物料的温度为q 四、枯燥过程的物料衡算I = (c+ 4.187 X )q = c

6、q21. 物料衡算绝干料衡算G = G2 (1- w) = G1(1- w )1水分蒸发量 W = L(H2L绝干空气流量 G绝干物料流量- H ) = G( X11- X)2绝干空气消耗量=G( XL1- X 2 ) =WKg 绝干气/sH- H21H- H21单位空气消耗量l = L =1kg绝干气/ kg水WH-H21颖空气消耗量L= L(1+ H01)kg颖空气/ s五、枯燥过程的热量衡算预热器的热量衡算Q= L(1.01 + 1.88H )(t- t )P010整个系统热量衡算Q整理得= 1.01L(t2- t ) + Gc(q0m2-q ) + W (2490 +1.88t12)

7、+ QLQ = Q+ Q= L(I- I ) + G(I - I ) + QPD20枯燥设备的热效率21L蒸发水分所需的热量 Qh=气化100%输入枯燥设备的总热量 QW (2492 + 1.88t=2)- c tl M1100%Q+ QPD六 枯燥速率、枯燥时间把握根本概念和性质l11 M1L,H0H ,t1 1t ,I00I预热器1H ,t ,I枯燥室 Q2 22dQG , ,tQG , ,tP22 M2吸取内容小结吸取操作是典型的传质过程。以下表四大方程菲克定律、吸取速率方程、平衡线方程、操作线方程为根底，以填料层高度计算为核心，将本章主要公式串成一体，3平衡线方程亨利定律1. 菲克定律

8、J= - Ddc A AABdzp* = Exp* = c HE 随 T 上升增大，H 随 T 上升减小，难溶气体 E 值很大、H 值很小2. 集中速率方程rH =EMy * = mxdcD dpSN = J=DA =-AmXAAdzRT dzY *=1 + (1 -m )X对于气体中集中系数当溶液浓度很低时简化为 P T1.75Y *= mXm = ED= D总1 2 P1AB2AB1P总2 T 总5.操作线方程4吸取速率方程dGA= -qn,VdY = qdXn, LN= kAG( p - pi) = k (CLi- C)q(Yn,V1- Y ) = q2( Xn,L1- X)2N= KA

9、G(p- p*) = KL(C*-C)j=1 - YY2Y1N= k (y - y ) = k (x - x)qY -YAyixi n,L =12n,V12qX* -XN= KAN=k(y - y*) = K (x* - x)yx(Y -Y ) =k (X - X)min留意：qn,V 为单位时间通过吸取塔的惰性气体,kmol/sAYiXiq=V 273.2 p(1 - y )N= KAY(Y -Y*) = KX(X*- X)n,VL22.4T101.3= (1 .1 2 .0 )( q1n , L)Vqn ,Vmin6集中系数之间的关系1 K1 K= 1 k= H+ 1 ( Hk+ 1 kG

10、)GGkLLL1 K1 KY= 1 kY+ m kXX= 1 (mk ) +1 kYX KG KY=H Km KL KXKGKYP C总 KXLT7填料层总高度计算7.1 传质单元数法Z = HOGNOG=VaYY1KWY2dYY - Y *传质单元数确实定1 脱吸因数法留意条件NOG=11 - Sln(1 - S)Y - Y*Y - Y*12+ S222. 对数平均推动力法N=Y- YD Y12OGmDY=m(Y - Y*) - (Y - Y*11lnY - Y2*2Y - Y*11227.2 等板高度法略例题P1582. 试分别计算含苯 0.4摩尔分数的苯甲苯混合液在总压100 kPa 和

11、 10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。苯A和甲苯B 的饱和蒸气压和温度的关系为1206.35lg p*Alg p*= 6.032 -= 6.078 -t + 220.241343.94Bt + 219.58式中 p的单位为 kPa，t 的单位为。苯甲苯混合液可视为抱负溶液。作为试差起点，100 kPa 和 10 kPa 对应的泡点分别取 94.6 和31.5 解：此题需试差计算（1） 总压 p 100 kPa总初设泡点为 94.6，则lg p*A= 6.032 -1206.35= 2.19194.6 + 220.24得p*A= 155.37 kPa1343.94同理 lg p*B= 6

12、.078 -94.6 + 219.58= 1.80p*B= 63.15 kPa100 - 63.15xA = 155.37 - 63.15= 0.3996 0.4或p (0.4 155.37 + 0.6 63.15)kPa = 100.04kPa总A则a= p*p*B= 155.37 = 2.4663.15ax2.46 0.4y = 1 + (a - 1)x=1 + 1.46 0.4= 0.6212（2） 总压为 p 10 kPa总p*通过试差，泡点为 31.5，A=17.02kPa， p * 5.313kPaBa= 17.02 = 3.203 5.3133.203 0.4y = 0.6811

13、 + 2.203 0.4随压力降低，增大，气相组成提高。P159 9在板式精馏塔中分别相对挥发度为 2 的两组分溶液，泡点进料。馏出液组成为 0.95易挥发组分的摩尔分数，下同，釜残液组成为 0.05，原料液组成为 0.6。已测得从塔釜上升的蒸气量为 93 kmol/h， 从塔顶回流的液体量为 58.5 kmol/h，泡点回流。试求1原料液的处理量；2操作回流比为最小回流比的倍数。解：1原料液的处理量 由全塔的物料衡算求解。qn,D= qn,V- qn,L= (93 - 58.5)kmol/h=34.5 kmol/hqn, W= qn, F- qn, D()0.6q则n, F= 0.95 34

14、.5 +qn, F- 34.5 0.05q= 56.45解得n,Fkmol/h2R 为 Rmin 的倍数对于泡点进料，q = 1qn(,V= q)n,V+ (q -1)qn,F= qn,L+ qn,D= Rqn,D+ qn,D= R + 1qn,D= 93kmol/h93 = (R + 1) 34.5R = 1.70对于泡点进料，Rmin 的计算式为1 xa(1 - x) 0.952 (1 - 0.95) R=D - D = - = 1.333mina - 1xF1 - xF 0.61 - 0.6RR于是min=1.71.333= 1.275P16014在常压连续精馏塔中分别两组分抱负溶液。该

15、物系的平均相 对挥发度为 2.5。原料液组成为 0.35易挥发组分的摩尔分数，下同，饱和蒸气加料。精馏段操作线方程为y = 0.75x+0.20，试求1操作回流比与最小回流比的比值；2假设塔顶第一板下降的液相组成为0.7，该板的气相默弗里效率 EMV1。解：1R 与 Rmin 的比值D先由精馏段操作线方程求得 R 和x由题给条件，可知 R= 0.75R + 1解得R = 3，再计算 Rmin。x= 0.20(R + 1) = 0.2 4 = 0.8D对饱和蒸气进料，q = 0，yq = 0.35yx=q=0.35= 0.1772qy+ a (1 - y )qq0.35 + 2.5(1 - 0.

16、35)x- yR=Dq=0.8 - 0.35= 2.604miny- xqq0.35 - 0.1772R=3= 1.152则Rmin2.6042气相默弗里效率气相默弗里效率的定义式为yE=1 - y2M,Vy* - y121y = x式中1D= 0.8y= 0.75x21ax+ 0.20 = 0.75 0.7 + 0.20 = 0.7252.5 0.71y * =11 + (a - 1)x1= 0.85371 + 1.5 0.7将有关数据代入式1，得0.8 - 0.725E= 0.583 = 58.3%M,V0.8537 - 0.725P277 7. 在常压下用热空气枯燥某湿物料，湿物料的处理

17、量为 l 000kg/h，温度为20 ，含水量为4(湿基，下同)，要求枯燥后产品的含水量不超过0.5，物料离开枯燥器时温度升至60 ，湿物料的平均比热容为3.28 kJ(kg绝干料)。空气的初始温度为20 ，相对湿度为50，将空气预热至100 进枯燥器，出枯燥器的温度为50 ，湿度为0.06 kg/kg绝干气，枯燥器的热损失可按预热器供热量的10计。试求1计算颖空气的消耗量；2预热器的加热量Qp；3计算加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数；4枯燥系统的热效率。解：颖空气消耗量，即L =绝干物料WH- H21G = G1(1 - w1)= 1000(1 - 0.04)kg绝干料 h = 960

18、 kg绝干料 hX= 4 kg kg 绝干料= 0.04167 kg kg 绝干料196X= 0.5 kg kg绝干料= 0.00503kg kg绝干料299.5所以W = G( X- X ) = 960(0.04167 - 0.00503)kg/h = 35.17kg/h1220 时空气的饱和蒸汽压为 p= 2.3346kPas0.622j pH=0s= 0.622 0.5 2.3346kgkg 绝干气 = 0.00723 kgkg 绝干气0101 .33 - j p0s101 .33 - 0.5 2.3346WL = H- H21=35.17 0.06 - 0.00723kg绝干气 h =

19、 666.5 kg绝干气 hL= L(1 + H00)= 666.5(1 + 0.00723)kg颖空气 h = 671.3 kg颖空气 h（2） 预热器的加热量p，用式 11-31 计算p，即Q= L(1.01+ 1.88H )(t - t )P =(010)()666.5 1.01+1.88 0.00723100 - 20 kJ/h= 54578kJ/h = 15.16kW（3） 加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数加热物料耗热Q = G(I ”- I ” ) = Gc(q -q )=21(m21 )960 3.28 60 - 20 kJ h = 125952 kJ h = 34.99k

20、W总耗热量Q = 1.01L(t2- t ) + W (2490 +1.88to2) + Gc(qm22-q ) + Q1L= 1.01 666.5(50 - 20)+ 35.17(2490 + 1.88 50)+ 1.25952 + 0.1 54578kJ h= 242484 kJ h = 67.36kW125952 100% = 51.9%加热物料消耗的热量占消耗总热量的百分数： 242484（4） 枯燥器的热效率h ，假设无视湿物料中水分带入系统中的焓，则用式 11-37 计算枯燥系统的热效率。W (2490 +1.88th=2) 100% = 35.17(2490 +1.88 50)

21、100% = 37.5%Q242484，221期中考试：某厂吸取塔填料层高度为 6.0m，用水吸取尾气中的有害组分 A，平衡关系为 Y=3.5X，塔顶 X =0，Y =0.009，塔底 X =0.008， Y =0.041试求：1气相总传质单元高度；（2） 操作液气比为最小液气比的多少倍；2（3） 由于法定排放浓度 Y 必需小于 0.003，所以拟将填料层加高，假设液气流量不变，传质单元高度的变化亦可无视不计，问填料层应加高多少适宜。解:1依据题意，得Y* = 3.5X11= 3.5 0.008 = 0.028Y* = 3.5 X= 022DY=(Y - Y* ) - (Y112- Y* )2

22、= (0.04 - 0.028) - 0.009= 0.0104mYln1- Y*10.04 - 0.028ln0.009Y- Y *22Y - Y0.04 - 0.00912NOG =DY=m0.0104= 2.98H= Z / NOGOG= 6.0 / 2.98 = 2.01m2由于 X =0，故 q/ q- YY=12= 0.04 - 0.009 = 3.882n,Ln,VX- X0.04 3.5Y120.008(qn,L/ qn,V)min- YY=12X* - X- Y=12Y / m= 0.04 - 0.009 = 2.71121则(q/ q)n,Ln,V(qn,L/ qn,V)m

23、in= 3.882.71= 1.433依据题意，知Y = 0.003 ，Y= 0.04 ， X = 0 ；则212Y - Y/0.04 - 0.003qn,L/ qn,V=12X/ - X/12= 3.88X/1X/1所以Y*= 0.0095= 3.5X/ = 3.5 0.0095 = 0.033311(Y - Y * ) - (Y - Y * )(0.04 - 0.0333) - 0.003DY =11m22= 0.00460.04 - 0.0333Yln1- Y *ln10.003Y - Y *22Y - Y/0.04 - 0.003N/=OG12 = 8.04DY0.0046mZ = HOG N /OG= 2.01 8.04 = 16.17m所以Z - Z = 16.17 - 6.0 = 10.17m