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化工原理下册习题

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1 化工原理下册习题

第九章 吸收

1．已知在25℃时，100g水中含1g NH3，则此溶液上方氨的平衡蒸气压为986Pa，在此浓度以内亨利定律适用。试求在1.013×105Pa（绝对压力）下，下列公式中的常数H和m

（1）p*=c/H； （2）y*=mx

2．1.013×105Pa、10℃时，氧气在水中的溶解度可用下式表示：

p=3.27×104x

式中 p——氧在气相中的分压，Pa；

x——氧在液相中的摩尔分率。

试求在此温度和压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。

3．某混合气体中含2%（体积）CO2，其余为空气。混合气体的温度为30℃，总压强为5×1.013×105Pa。从手册中查得30℃时CO2在水中的亨利系数E=1.41×106mmHg。试求溶解度系数H，kmol（m3·kPa）及相平衡常数m，并计算100g与该气体相平衡的水中溶有多少克CO2。

4．在1.013×105Pa、0℃下的O2下的O2与CO混合气体中发生稳定扩散过程。已知相距0.2cm的两截面上O2的分压分别为100和50Pa，又知扩散系数为0.18cm2/s，试计算下列两种情形下O2的传递速率kmol/（m2·s）：

（1）O2与CO两种气体作等分子反向扩散；

（2）CO气体为停滞组分。

5．一浅盘内存有2mm厚的水层，在20℃的恒定温度下靠分子扩散逐渐蒸发到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气膜层，此空气膜层以外的水蒸气分压为零。扩散系数为2.60×10-5m2/s，大气压强为1.013×105Pa。求蒸干水层所需时间。

6．于1.013×105Pa、27℃下用水吸收混于空气中的甲醇蒸气。甲醇在气、液两相中的浓度很低，平衡关系服从亨利定律。已知H=1.955kmol/（m3·kPa），气膜吸收分系数kG=1.55×10-5kmol/（m2·s·kPa），液膜吸收分系数kL=2.08×10-5kmol/（m2·s·kmol·m-3）。试求吸收总系数KG并算出气膜阻力在总阻力中所占的百分数。

7．在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇，操作温度27℃，压强为1.013×105Pa。稳定操作状况下塔内某截面上的气相中甲醇分压为37.5mmHg，液相中甲醇浓度为2.11kmol/m3。试根据上题中的有关数据计算出该截面的吸收速率。

8．在逆流操作的吸收塔内，于1.013×105Pa、24℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（体积百分数）。该系统符合亨利定律，亨利系数E=545×1.013×105Pa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比qmL/qmV及出口液相组成X1。

若操作压强改为10×1.013×105Pa而其它已知条件不变，再求L/V及X1。

9．一吸收塔于常压下操作，用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为5000标准m3/h，氨的浓度为10g/标准m3，要求氨的回收率不低于99%。水的用量为最小用量的1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为1.1m/s。操作条件下的平衡关系为Y*=1.2X，气相体积吸收总系数为KYa=0.0611kmol/（m3·s）。试分别用对数平均推动力法及数学分析法求气相总传质单元数，再求所需的填料层高度。 2 10．600m3/h（28℃及1.013×105Pa）的空气-氨的混合物，用水吸收其中的氨，使其含量由5%（体积）降低到0.04%。

今有一填料塔，塔径D=0.5m，填料层高Z=5m，总传质系数KYa=300kmol/（m3·h），溶剂用量为最小用量的1.2倍。在此操作条件下，平衡关系Y*=1.44X，问这个塔是否适用？

11．有一直径为880mm的填料吸收塔，所用填料为50mm拉西环，处理3000m3/h混合气（气体体积按25℃与1.013×105Pa计算）其中含丙酮5%，用水作溶剂。塔顶送出的废气含0.263%丙酮。塔底送出的溶液含丙酮61.2g/kg，测得气相总体积传质系数KYa=211kmol/（m3·h），操作条件下的平衡关系Y*=2.0X。求所需填料层高度。

在上述情况下每小时可回收多少丙酮？若把填料层加高3m，则可多回收多少丙酮？

（提示：填料层加高后，传质单元高度HOG不变。）

12．一吸收塔，用清水吸收某易溶气体，已知其填料层高度为6m，平衡关系Y*=0.75X，气体流速G=50kmol/（m2·h）清水流速L=40kmol/（m2·h），y1=0.10，吸收率为98%。求（1）传质单元高度HOG；（2）若生产情况有变化，新的气体流速为60kmol（m2·h），新的清水流速为58.6kmol/（m2·h），塔仍能维持正常操作。欲使其他参数y1，y2，x2保持不变，试求新情况下填料层高度应为多少？假设KYa=AG0.7L0.8。

第十章 蒸馏

1．苯和甲苯的饱和蒸气压数据为

温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压

温度/℃ Pa0/kPa Pb0/kPa

80．2 101．33 39．99

84．1 113．59 44．4

88．0 127．59 50．6

92．0 143．72 57．6

96．0 160．52 65．66

100 179．19 74．53

104 199．32 83．33

108 221．19 93．93

110．4 233．05 101．33

根据上表数据作101.33kPa下苯和甲苯溶液的t-x-y图及x-y图。此溶液服从拉乌尔定律。

2．在101.33kPa下正庚烷和正辛烷的平衡数据如下：

温度/℃ 液相中正庚烷摩尔分率 气相中正庚烷摩尔分率

98．4 1．0 1．0 3 105 0．656 0．81

110 0．487 0．673

115 0．311 0．491

120 0．157 0．280

125．6 0

0

试求：

（1）在101.33kPa下溶液中含正庚烷为0.35（摩尔分率）时的泡点及平衡蒸气的瞬间组成？

（2）在101.33kPa下加热到117℃溶液处于什么状态？各相的组成如何？溶液被加热到什么温度全部气化为饱和蒸气？

3．利用习题1的数据

（1）计算相对挥发度α；

（2）写出平衡方程式；

（3）算出x-y的一系列平衡数据与习题1作比较。

4．苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73kPa和57.6kPa。试求苯的摩尔分率为0.4，甲苯的摩尔分率为0.6的混合液在92℃各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。此溶液可视为理想溶液。

5．甲醇和乙醇形成的混合液可认为是理想物系，20℃时乙醇的蒸气压为5.93KPa，甲醇为11.83kPa。试求

（1）两者各用100g液体，混合而成的溶液中甲醇和乙醇的摩尔分率各为多少？

（2）汽液平衡时系统的总压和各自的分压为多少？气相组成为多少？

6．由正庚烷和正辛烷组成的溶液在常压连续精馏塔中进行分离。混合液的质量流量为5000kg/h，其中正庚烷的含量为30%（摩尔百分数，下同），要求馏出液中能回收原料中88%的正庚烷，釜液中含正庚烷不高于5%。试求馏出液的流量及组成，分别以质量流量和质量分率表示。

7．将含24%（摩尔百分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入—连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分，釜液含3%易挥发组分。送至冷凝器的蒸气摩尔流量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h。试求

（1）每小时能获得多少kmol的馏出液？多少kmol的釜液？

（2）回流比R= ？

8．有10000kg/h含物质A（摩尔质量为78）0.3（质量分率，下同）和含物质B（摩尔质量为90）0.7的混合蒸气自一连续精馏塔底送入。若要求塔顶产品中物质A的浓度为0.95，釜液中物质A的浓度为0.01，试求

（1）进入冷凝器的蒸气量为多少？以摩尔流量表示之。

（2）回流比R为多少？

9．某连续精馏塔，泡点加料，已知操作线方程如下：

精馏段 y=0.8x+0.172

提馏段 y=1.3x－0.018 4 试求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。

10．要在常压操作的连续精馏塔中把含0.4苯及0.6甲苯溶液加以分离，以便得到含0.95苯的馏出液和0.04苯（以上均为摩尔分率）的釜液。回流比为3，泡点进料，进料摩尔流量为100kmol/h。求从冷凝器回流入塔顶的回流液的摩尔流量及自釜升入塔底的蒸气的摩尔流量。

11．在连续精馏塔中将甲醇30%（摩尔百分数，下同）的水溶液进行分离，以便得到含甲醇95%的馏出液及3%的釜液。操作压力为常压，回流比为1.0，进料为泡点液体，试求理论板数及加料板位置。常压下甲醇和水的平衡数据如下。

12．练习题6，进料为泡点液体，回流比为3.5，求理论板数及加料板位置。常压下正庚烷、正辛烷的平衡数据见习题2。

13．用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合液，原料中含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.97，釜液中含苯0.02（以上均为摩尔分率），若原料液温度为25℃，求进料热状态参数q为多少？若原料为汽液混合物，汽液比3∶4，q值为多少？

14．练习题11，若原料为40℃的液体，其他条件相同，求所需理论板数及加料板位置。并与习题11比较。

温度/℃ 液相中甲醇

摩尔百分数 气相中甲醇

摩尔百分率 温度/℃ 液相中甲醇

摩尔百分数 气相中甲醇

摩尔百分数

100 0．0 0．0 75．3 40．0 72．9

96．4 2．0 13．4 73．1 50．0 77．9

93．5 4．0 23．4 71．2 60．0 82．5

91．2 6．0 30．4 69．3 70．0 87．0

89．3 8．0 36．5 67．6 80．0 91．5

87．7 10．0 41．8 66．0 90．0 95．8

84．4 15．0 51．7 65．0 95．0 97．9

81．7 20．0 57．9 64．5 100．0 100．0

78．0 30．0 66．5

15．求习题11的最小回流比Rmin。

16．求习题13的最小回流比Rmin。

17．用一常压连续精馏塔分离含苯0.4的苯-甲苯混合液。要求馏出液中含苯0.97，釜液中含苯0.02（以上均为质量分率），操作回流比为2，进料温度为25℃，平均相对挥发度为2.5，用简捷计算法求所需理论板数。并与图解法比较之。

18．有一20%甲醇溶液，用一连续精馏塔加以分离，希望得到96%及50%的甲醇溶液各半，釜液浓度不高于2%（以上均为摩尔百分数）。回流比为2.2，泡点进料，试求

（1）所需理论板数及加料口、侧线采出口的位置；

（2）若只于塔顶取出96%的甲醇溶液，问所需理论板数较（1）多还是少？

19．在连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液。在全回流条件下测得相邻板上液体组成分别为0.28，0.41和0.57，试求三层板中下面两层的单板效率。

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化工原理习题

化工原理习题

一、选择题󰀡

1.实验室用水吸收CO2，基本上属于（󰀡󰀡󰀡󰀡）󰀡

A.气膜控制󰀡󰀡B.液膜控制󰀡󰀡C.两相扩散控制󰀡

󰀡

2.根据双膜理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡。󰀡

A.大于液相传质分系数󰀡󰀡󰀡B.近似等于液相传质分系数󰀡

C.小于气相传质分系数󰀡󰀡󰀡C.近似等于气相传质分系数󰀡

󰀡

3.某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成Xa=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的

气相组成Ya=0.7，相应的露点为t2，则（󰀡󰀡󰀡󰀡）󰀡A.t1=t2󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡B.t1＜t2󰀡󰀡󰀡󰀡C.t1＞t2󰀡󰀡󰀡󰀡D.不能判断󰀡

󰀡

4.最大吸收率ηmax与（󰀡󰀡󰀡󰀡）无关。󰀡

󰀡󰀡A.液气比󰀡󰀡B.液体入塔浓度X2󰀡󰀡C.相平衡常数󰀡󰀡D.吸收塔形式󰀡

󰀡

5.在常压下苯的沸点为80.1℃，环己烷的沸点为80.73℃，为使这两组份的混合液能得到分

离，可采用哪种分离方法？（󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡）󰀡A.恒沸精馏󰀡󰀡󰀡󰀡B.普通精馏󰀡󰀡󰀡󰀡C.萃取精馏󰀡󰀡󰀡󰀡D.水蒸气直接加热精馏󰀡

󰀡

6.精馏的操作线是直线，主要基于如下原因（󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡）󰀡

A.理论板假定󰀡󰀡󰀡B.理想物系󰀡󰀡󰀡C.塔顶泡点回流󰀡󰀡󰀡󰀡D.恒摩尔流假设󰀡

󰀡

7.精馏塔设计时，若F、XF、XD、Xw、V均为定值，将进料热状态从q=1变为q＞1，则设计

所需理论板数（󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡）󰀡A.多󰀡󰀡󰀡B.不变󰀡󰀡󰀡󰀡C.判断依据不足󰀡󰀡󰀡D.少󰀡

󰀡

二、填空题󰀡

1.当温度增高时，溶质在气相中的分子扩散系数将󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡，在液相中的分子扩散系数

将󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡󰀡。󰀡󰀡

化工原理习题 2

化工原理习题 2

第一章 流体流动

填空题

（1）边界层的形成是液体具有 的结果。

答案：粘性

（2）用离心泵在两个敞口容器间输液。若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将____。

答案：不变

分析：在两个液面间列柏努力方程式，因位能、静压能和动能均不变化，所以管道总损失不变；阀门开度减小后，导致局部阻力增大，水量减小，直管阻力减小，总阻力不变化。

（3）粘性流体流体绕过固体表面的阻力为 和 之和，称局部阻力。

答案：摩擦阻力；形体阻力

（4）经内径为158mm的钢管输送运动粘度为902mm/s的燃料油。若保持油品作滞流流动，最大流速不能超过 。

答案：1.14sm/

分析：令临界雷诺数等于2000，即可求得大速度。

20001090158.0Re6uvdu 解之 smu/14.1

（6）流体在阻力平方区流动，若其他条件不变，其压降随着管子的相对粗糙度增加而_____，随着流体的密度增大而_____。 答案：增加：增大

分析：在阻力区，只与相对粗糙度有关，且随其增大而增大。由范宁公式

22udlhpff

（7）流体沿壁面流动时，在边界层内垂直于流动方向上存在着显著的_____，即使_____很小，_______仍然很大，不容忽视。

答案：速度梯度；粘度；内摩擦应力

选择题

（1）滞流与湍流的本质区别是（ ）

A． 流速不同； C. 雷诺数不同；

B． 流通截面积不同 D 滞流无径向运动，湍流有径向运动；

答案：D

（3）完成下面各类泵的比较：

(1) 离心泵( )； (2) 往复泵( )； (3) 旋转泵( )。

A． 流量可变，压头不很高，适用于粘性大的流体；

化工原理习题 3

化工原理习题 3

【带泵管路】

【1】采用离心泵将45m3/h水从水池送至一水洗塔，已知水洗塔塔顶表压为49.05kPa，管路系统吸入段管长为50m(包括局部阻力当量长度，下同)，泵出口阀全开时排出管线长度为273m，所用管线规格均为Φ108×4，管内流体流动阻力系数为0.024，其它数据如图所示，试求：

1. 完成以上输送任务，管路所需泵的压头；

2. 现有一台离心泵，其特性曲线方程为H=50-0.008qV2，（单位：H，m；qV，m3/h）该泵能否满足需要？若在上述管路中使用该离心泵，求在泵出口阀门全开的条件下泵的工作点，此时泵的有效功率为多少？

3. 若通过调节阀门使流量达到45m3/h，则损失在阀门上的压头为多少？

4. 若水温度升高，使水的密度下降（假设粘度不变），请说明泵的工作点怎样变化，并图示泵工作点的变化情况。

1. s/m...u5911078503600452

249050502731.59150.0243010009.810.129.81eHm

2. 管路特性曲线方程为：

23200.00495(/)vHeqmh

泵的特性曲线方程为：H=50-0.008qV2，联立求解得：

h/m.qm.Hv313484731

有效功率

1 m 14 m 31.4748.1310009.814.133600100036001000veHqgPkw

3. 阀门损失压头：

222500.008500.0084533.8200.00495453033.8303.8vHqmHemHm

4. 密度下降，管路特性曲线截距增大，流量变小，压头增加。

【2】如图所示的一输水管路。用泵将水池中的水输送到敞口高位槽，管道直径均为mm4108，泵的进、出口管路上分别安装有真空表和压力表。已知在阀门全开时，水池液面至入口真空表所在截面的管路长50m，真空表所在截面至高位槽液面的管路长150m（均包括局部阻力的当量长度）。设流动已进入阻力平方区，摩擦系数03.0。管路的输水量为36m3/h。水的密度3/1000mkg，系统为稳态流动，两水池液面高度保持不变。试求：

化工原理习题 4

化工原理习题 4

6-1．对常压，低浓度溶质的气液平衡系统，当气温一定，总压增加时，亨利系数E不变，H不变，相平衡常数m减小；当压力一定，温度降低时，E减小，H增大，m减小。

6-2．在常压下，xA=0.2(摩尔分数)的溶液与yA=0.15的气体接触，已知m=2.0，此时将发生解析过程。

6-3．双组分理想气体混合物中，当系统的总压增大，扩散系数将减小，当系统的温度增大时，扩散系数将减小，D=4.36×10-5T3/2（MA-1+MB-1）/ρ(VA1/2+VB1/2)2。

6-4．漂流因数反映了主体流动对A组分传质速率的影响，单项扩散中的漂流因数大于1。

6-5．在气体流量、气相进口组成和液相进口组成不变的条件下，若减少吸收剂用量，则操作线将靠近平衡线。传质推动力将减小，若吸收剂用量减至最小的吸收剂用量时，意味着完成吸收任务需要的填料高度为无穷大。

6-6．低浓度气体吸收过程，已知相平衡常数m=1，气膜和液膜体积吸收系数分别为Kya=2.0×10-4kmol/(m3•s),Kxa=0.4kmol/(m3•s),该吸收过程为气膜阻力控制。

6-7．对气膜控制的吸收过程，若系统的溶质摩尔分数不变，且亨利系数适用，压力增加，则ky 减小，Ky基本不变。

6-8．吸收塔的填料层高度计算中，表示设备效能高低的量是传质单元高度，而表示传质任务难易程度的量是传质单元数。

6-9．在填料塔中清水吸收混合气中的氨气，当水泵发生故障使水量减少，x1增加y1增加。

6-10某逆流吸收塔填料层高度为无穷大，节吸引数s=0.5，且y=mx,入口气体Y1将大于Y1*。出口气体y2将等于y2*

6-11低浓度易溶气体吸收，若入塔气量增加Y2增大X1增大，吸收率减小。

6-12某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中的易溶气体，设填料塔为无穷高，入塔气体组成Y1=0.08（摩尔比）。平衡关系Y*=2x，若Ls/VB=2.5时，吸收率=100%，若Ls/VB=1.5时，吸收率为75%