化工原理计算题答案

4.有一连续干燥器在常压下，生产能力为1000（以干燥产品计），物料水分由降为（均为湿基），空气的初时温度为，湿度为，经预热器后升温至，干燥器出口废气为，设空气在干燥器进出口处焓值相等。（初时空气的湿比容）。问：在图上表示空气状态变化？空气用量（单位为，初始状态下）为多少？解：（1）如图所示：（2）kgkgH/02.02除去水分量：故绝干空气用量为：H2CBII22249245)88.101.1(01.0249270)01.088.101.1(HHhkgH0空气用量为：6.氨气（A）与氮气（B）在一等径管两端相互扩散，管子各处的温度均为K298、总压均为Pa510013.1。在端点1处，氨气的摩尔分率15.01Ay；在端点2处，06.02Ay，点1、2之间的距离为1m。已知此时smDAB/103.225。试求A组分的传质通量，并求出A组分的浓度分布。解：由于管中各处的温度、压力均匀，因此若有1molA从点1扩散到点2，则必有1molB从点2扩散到点1，否则就不能维持总压恒定。该题属于等摩尔反向扩散。)()()()(12211211zzRTyyPDzzRTppDNAAABAAABA)/(1046.8)01(2988314)06.015.0(10013.1103.22855smkmolNA现在来求A组分的浓度分布：)(BAAAABANNydzdyCDN由于BANN，故dzdyCDNAABAhkgHHWL/1023001.002.03.10202＝干hmLH/8770857.0102303干对于等截面稳定扩散过程，AN为常数，对上式微分，得：022dzydA从而21CzCyA21,CC为积分常数根据边界条件，06.0,1;15.0,0AAyzyz，A组分的浓度分布为：15.009.0zyA7.在温度C25、总压Pa510013.1下，用水吸收空气中的氨（A）。气相主体含氨%10（摩尔分率，下同）。由于水中氨的浓度很低，其平衡分压可取为零。若氨在气相中的扩散阻力相当于mm2厚的停滞气层，求吸收的传质通量AN。若吸收在C35进行，其余不变，则结果如何？已知C25时扩散系数smD/1028.225。解：（1）本题属于等截面单向扩散，)()(2112AABmABApppPzzRTDNC25时，mzz002.012，smD/1028.225，KT298，PaP510013.1PapA551101013.010013.110.0PapB551109117.010013.1)10.01(02Ap，PapB5210013.15551212109615.0)9117.0/013.1ln(109117.010013.1)/ln(BBBBBmppppp漂流因子054.1109615.010013.155BmpP)/(1091.4)0101013.0(054.1002.029883141028.22555smkmolNA（2）若吸收在C35下进行，由于：75.1122112TTPPDD，因此，75.0)/(TTNNAA)/(1003.5)298/308(1091.42575.05smkmolNA8.在常压逆流接触的填料塔内，用纯溶剂S吸收混合气中的可容组分A。入塔气体中A的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95％。已知操作条件下的解吸因素为1，物系服从亨利定律，与入塔气体相平衡的液相浓度为0.03（摩尔分率）。试计算：（1）操作液气比为最小液气比的倍数；（2）出塔液体的浓度。解：（1）属于低浓度气体的吸收0015.0%)951(03.0)1(bayy由平衡关系mxy*可得到myx*，103.003.0*bbxym操作条件下的液气比：111SmGL最小液气比：95.0*minababxxyyGL，05.195.01//minGLGL（2）0015.000.10015.003.0/aabbxGLyyx9.一逆流操作的常压填料吸收塔，拟用清水吸收混合气所含的少量溶质。入塔气体中含溶质1%(体积分率），经吸收后要求溶质被回收80％,此时水的用量为最小用量的1.5倍，平衡线的关系为y=x，气相总传质单元高度为1.2m，试求所需填料层的高度。解：由最小的液气比入手，通过计算出实际的液气比，找到脱吸因素，计算出传质单元数，最后确定整个塔高。（1）平均推动力法首先需要求出吸收剂出塔时的浓度xb，由全塔物料衡算：塔高：002.0%)801(01.0)1(bayy8.00101.0002.001.0*minababababxmyyyxxyyGL00667.002.1002.001.0/aabbxGLyyx2.18.05.15.1minGLGL00333.000667.0101.0bbbmxyy002.001002.0aaamxyy00261.0lnababmyyyyy065.300261.0002.001.0mabOGyyyNmNHhOGOG7.3065.32.1（2）吸收因数法此时塔高：10.有一精馏塔，已知97.0Dx（摩尔分率），回流率R＝2，平衡关系α＝2.4，塔顶全凝器D=100kmol/h，求塔顶第二快板上升的气量V及组成和下降的液量及组成。解：2DLR精馏塔的相平衡方程：nnnnnxxxxy4.114.2)1(1（1）精馏塔的操作线方程：34.032111nDnnxRxxRRy（2）97.01Dxy，由（1）式得：93.01x把93.01x代入（2）式得：94.02y833.02.11LmGS06.3)1(ln11SmxymxySSNaaabOGmNHhOGOG7.306.32.1hkmolDL/2002hkmolDLV/300把94.02y再代入（1）式得：87.02x11.将含24%的易挥发组分某混合液送入连续精馏塔，溜出液含易挥发组分95%，残液中含3%易挥发组分（均为mol分率），塔顶蒸汽量为850kmol/h，回流量为670kmol/h，塔顶为全凝器，泡点回流。求塔顶回收率及精操线和提操线方程。解：已知24.0Fx95.0Dx03.0WxhkmolV/850hkmolL/670（1）塔顶由物料衡算方程：（2）精操线DLVhkmolLVD/180670850FDFxDxFDWDWFxxWxxFxxD2283.003.095.003.024.0WDWFxxxxFD%4.9024.095.02283.0FDFxDxDnnxRxRRy111172.3180670DLR201.0788.095.0172.31172.372.31nnnxxy（3）提操线1q提操线方程：12.某精馏塔分离A,B混合液，进塔物料含易挥发组分A为50%（摩尔分率）的饱和蒸汽，处理量为100kmol/h，塔顶D=50kmol/h,精操线方程为15.0833.01nnxy，间歇蒸汽加热，全冷凝。求：（1）xD,xW；（2）V,V/；（3）提操线方程。解：（1）由精操线方程得833.01RR5R15.01RxD，90.0Dx由，由wmmxWqFLWxWqFLqFLy''12283.0FDhkmolDF/44.7882283.01802283.05.6084.78867003.05.608'5.6084.7886704.788670'1mmxy02.0'716.1'1mmxyhkmolDFW/5.60818044.788WDFhhmolDFW/5050100WDFWxDxFx1.0509.0505.0100WDxFxxDFW（2）30050505DRDDLVFqVV)1(饱和蒸汽进料，0q200100300)1(FqVV（3）13、一单效蒸发器需将2000kg/h的Na0H水溶液由15%（质量浓度，下同）浓缩至25%。已知蒸发压力为1atm(绝对)，蒸发器内溶液沸点为1130C，加热蒸汽压力为392KN/m2(绝压)。试计算在200C；沸点；1300C进料情况下加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。解：蒸发器内溶液的蒸发量可通过物料衡算得：wmmxWqFLWxWqFLqFLy''1wmwmmxWLWxWLLxVWxVLy''12001.050'50250250'1mmmxVWxVLy025.025.1'1mmxyhhmolDRLqFLL/250hkgxxFW/800)25151(2000)1(10加热蒸汽消耗量D可通过热量衡算得：rFhHWhWFD/])[(01查表392KN/m2(绝压)加热蒸汽的潜热kgkjr/2140蒸发室压力（1atm）下二次蒸汽的热焓kgkjH/2675完成液（1130C，25%NaoH）的热焓kgkJh/4101料液（200C，15%NaoH）的热焓kgkjh/650hkgD/117021406520002675800410)8002000(46.18001170WD同理可得料液于沸点进料时D=835kg/h,D/W=1.04料液于1300C进料时D=778kg/h,D/W=0.97上述计算表明，随桌进料温度的增加，加热蒸汽的消耗量不断减少，单位蒸汽消耗量也减少。