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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）在一直径为1.2m的Mellepak 250Y规整填料吸收塔中，用清水吸收空气混合气中的SO2。吸收塔操作总压为101.3kpa, 温度为20 oC，入塔混合气的流量为1000m3/h, SO2的摩尔分率为0.09，要求SO2的回收率不低于98%，采用其汽相总体积传质系KYa=0.0524 kmol/(m.s)。该体系的相平衡方程为：ye=3.3x。试求：（1）推导传质单元数计算方程；（2）试证明：成立，其中h为溶质的吸收率，m为相平衡常数；（3）最小溶剂用量，kgmol/h；（4）若实际溶剂用量为最小溶剂量的1.2倍，计算
2、出塔水中SO2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离任务所需的填料高度。证明：（1） Ye=mX X=Xa+V/L(Y-Ya) S= mV / L （2）证明：由全塔物料平衡 V（Yb-Ya）=L Xb 故 ( L/V ) = ( Yb-Ya ) / Xa 当溶剂用量最小时，Xbe = Yb/m 因此，( L/V )min = m (Yb-Ya) / Yb = mh（3）V=V(1-yb)=37.85kmol/h Yb=yb/(1- yb)=0.099 Ya=Yb(1-)=0.099*(1-0.98)=0.00198 Xa=0 Lmin=V(yb-ya)/(yb/m-
3、xa)=37.85*(0.099-0.00198)/(0.099/3.3-0)=122.4kmol/h（4）L=1.2Lmin=146.88kmol/h xb=V(yb-ya)/L+xa=37.85(0.099-0.00198)/146.88=0.025（5） S=mV/L=3.3*37.85/146.88=0.85 h=HOGNOG=14.15*0.178=2.52m2、（15分）一座油吸收煤气中苯的吸收塔，已知煤气流量为2240（NM3/hr），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=1.4 Lmin,已知该体系相平衡关系为：Y*=0.126X，试求
4、：（1） 溶质吸收率h（2）Lmin及L (kmol/h)（3）求出塔组成Xb(kmol苯/kmol油)（4）求该吸收过程的对数平均推动力DYm（5）用解析法求NOG；（6）为了增大该塔液体喷淋量。采用部分循环流程，在保证原吸收率的情况下，最大循环量L为多少，并画出无部分循环和有部分循环时两种情况下的操作线。解：（1）h=（Yb-Ya）/ Yb Yaya Yb = yb / (1-yb) = 0.04 / (1- 0.04) = 0.0417 h= ( 0.0417 - 0.008) / 0.0417 = 80.7% （2）G = 2240 / 22.4 = 100 kmol/h GB = 1
5、00 (1-0.04) = 96kmol/h (L/G)min = (Yb-Ya) / (Xb*-0) = (0.0417-0.008) / (0.0417/0.126-0)0.102 Lmin = 0.10296 =9.792kmol/h Ls = 1.4Lmin = 1.49.792 = 13.7 kmol/h （3）Ls/GB = (Yb-Ya) / (Xb-0) = 13.7/96 = 0.143 Xb = (0.0417-0.008) / (Ls/GB) = 0.24 （4）DYb = Yb-Yb0.24 = 0.01146 DYm = (Dyb-Dya) / ln(Dyb/Dya)
6、 = (0.01146-0.008) / ln(0.01146/0.008) = 0.00963 （5）S=mV/L=0.126*96/13.7=0.883 （6）部分循环，入口液量为（LL），入塔浓度为Xa，在最大L下，Xa处在最大。 (Ls/GB)max = (0.0417-0.008) / (Xb-Xa) Xa = Ya/0.126 = 0.008/0.126 = 0.0635 (Ls+Ls)/GB)max = (0.0417-0.008)/(0.24-0.0635)=0.191 Ls max=0.19196-13.7=4.64kmol/hLmax=Lsmax/(1-Xb)=4.64/(
7、1-0.24)=6.1kmol/h3、（20分）在一座逆流操作的低浓度气体填料吸收塔中，用纯矿物油吸收混合气中的溶质，已知进口混合气中溶质的含量为0.015（摩尔分率），吸收率为85%，操作条件下的平衡关系Y*=0.5X。试求：（1）出口矿物油中溶质的最大浓度和最小液气比；（2）取吸收剂用量为最小溶剂用量的3倍时，用解析法求NOG；（3）求该吸收过程的气相总对数平均传质推动力DYm；（4）气体总传质单元高度为1m时，求填料层高度；（5）为了增大该塔液体喷淋量，采用出塔液体部分循环流程。在保证原吸收率的情况下，假设气相流量为，那么最大循环量L为多少，并画出无部分循环和有部分循环时两种情况下的操作
8、线。解： （1）h=（Yb-Ya）/ Yb Ybyb0.015 Ya = Yb (1-h) = 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X1*= Yb /m=0.015/0.5=0.03 (L/G)min = (Yb-Ya) / (Xb*-0) = (0.015-0.00225) / (0.03-0)=0.425（2）Ls/GB =3(L/G)min=3*0.425=1.275 S=mG/L=0.5/1.275=0.392 （3）Xb= (Yb-Ya)/(L/G) =(0.015-0.00225)/1.275=0.01 DYb = Yb
9、-mXb0.01= 0.01 DYa = Ya-mXa = 0.00225 DYm = (Dyb-Dya) / ln(Dyb/Dya) = (0.01-0.00225) / ln(0.01/0.00225) =0.0052 （4）HOG=1m h=HOGNOG=2.45m （5）部分循环，入口液量为（LL），入塔浓度Xa， 在最大L下，Xa与Ya呈相平衡。吸收率不变，即Yb、Ya、Xb保持不变。 Xa = Ya/0.5 = 0.00225/0.5 = 0.0045 (Ls+Ls)/GB)max =(Yb-Ya) / (Xb-Xa) = (0.015-0.00225)/(0.01-0.0045)
10、=2.32 Ls max=(Ls+Ls)/GB)max-(Ls/GB)* GB =(2.32-1.275)100=104.5kmol/h4、（20分）某逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收氨空气混合气中的氨。已知混合气进塔时氨的浓度为y1=0.01（摩尔分率），吸收率为90%，气液相平衡关系为y=0.9x。在此条件下，试求：（1）溶液最大出口浓度；（2）最小液气比；（3）取吸收剂用量为最小吸收剂用量的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）y1=0.01 =0.90 y2=y1(1-)=0.01(1-0.9)=0.001 x2=0 x1=y1/0.9=
11、0.01/0.9=0.0111 （2）(L/V)min=(y1-y2)/(x1-x2)=(0.01-0.001)/(0.0111-0)=0.811 （3）L/V=2(L/V)min=2*0.811=1.62 x1=(y1-y2)/(L/V)+x2=(0.01-0.001)/1.62=0.00556 y2*=0 y1*=0.9*0.00556=0.005 ym=(y1-y2)/ln(y1/y2)=(0.01-0.005)-(0.001-0)/ln(0.01-0.005)/0.001=0.0025 NOG=(y1-y2)/ym=(0.01-0.001)/0.0025=3.6 （4）h=HOGNOG
12、=0.5*3.6=1.8m5、（10分）试证明吸收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：。证明： Xe=Y/m Y=L/V(X-Xb)+Yb A=L/mV 6、（20分）在一逆流填料吸收塔内，用三乙醇胺水溶液吸收汽相中的H2S，进塔气相中H2S的含量为2.91%（体积%，下同），要求H2S的回收率不低于99%，操作温度为27，压力为1 atm。进塔为新鲜溶剂，出塔溶剂中H2S浓度为0.013 kmol(H2S)/kmol(溶剂)，塔内惰性气流速为0.015 kmol/(m2s)，体系的相平衡关系为：Y*=2X。（1）试求最小液气比和实际操作的液气比。（2）若Pall（鲍尔）环在
13、该体系中的气相总体积传质系数为0.000395 kmol/(m3.s.kpa),试求达到该生产要求所需要的填料高度。（3）如果采用浮阀塔板，共需要25层才能够达到该分离要求，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） H2S的回收率不低于99% Ya = Yb(1-) = 0.03(1-0.99) = 0.0003 y=2x 在低浓度下近似可表示为Y=2X 并且 Yb=0.03 Xbe = Yb/m = 0.03/2 =0.015 进塔为新鲜溶剂，即Xa=0 Xb=0.013（2）S=mV/L=2/2.28=0.877 KYa=0.000395 kmol/(m3.s.kpa)惰性气体流速 V=0.015kmol/(m2s)h0 = HOGNOG = 20.960.3748 = 7.86m （3） 理论板数 实际板数 N = 25 效率 Eo=N理论/N实际 = 19.64/25 = 0.786（4） HETP = 图17、（20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 =0.015kmol/s，HCl浓度yG1=0.1（摩尔分率），另一股流量G2=0.015kmol/s，HCl浓度yG2=0.04（摩尔分率）。今拟用一个吸收塔回收两股气
