《化工原理II》计算试题

石油大学（北京）化工学院 化工原理（下册）题库

二、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；

L?min?m?成立，其中?为溶质的吸收率，m为相平衡常数； （2）试证明：?V（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。

2、（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： （1） 溶质吸收率? （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?Ym （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。

3、（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?Ym； （4）气体总传质单元高度为1m时，求填料层高度；

? 1 ?

（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线。

4、在某吸收塔中，用清水逆流吸收某气体混合物，入塔气相组成为0.05（摩尔分率，下同），操作条件下物系的平衡关系为y*=2x，操作液气比为L/V=1.25(L/V)min，出塔气相组成为0.01，吸收过程为气膜控制，Kya∝V0.7（V为气相摩尔流率）。

试求：（1）液相出口组成xb，完成传质任务所需的NOG；

（2）若汽液初始组成、流量及操作条件不变，原塔与另一个完全相同的塔串连逆流操作时，气体的最终出塔组成是多少。（3）若汽液初始组成、流量及操作条件不变，原塔与另一个完全相同的塔并联逆流操作，汽液两相流量分配相等，此时气体的出口组成是多少。

5、（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？

6、（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：

NOL???Y?mxaln??1?A?b?A?1?A?Yb?mxb?1。

7、（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。

? 2 ?

（4）试计算Pall环填料的等板高度HETP。

8、（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体中的HCl，总回收率不低于85%，所用吸收剂为20℃纯水，亨利系数E=2.786×105Pa，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），最小吸收剂用量为多少？若将第二股气流在适当高度单独加入塔内（附图1中的b），最小吸收剂用量有何变化？ （2）若空塔气速取0.5m/s，并且已经测得在此气速下的Kya=8×10-3kmol/(s.m3)，实际液气比取最小液气比的1.2倍，那么混合进料所需填料层高度为多少？

（3）若塔径、实际液气比与（2）相同，第二股气流在最佳位置进料，所需填料层高为多少？中间进料位于何处？

9、（27分）某填料吸收塔（见右图），用清水逆流吸收某二元工业尾气中的有害组分A，已知填料层高4m，入塔气体的浓度yb=0.02（摩尔分率，下同），溶剂对A组分的吸收率为80%，出塔液相的组成xb=0.008，并且还知道操作条件下的气液相平衡关系为y*=1.5x，现在求： （1） 气相总传质单元高度HOG；

（2） 操作液气比(L/V)为最小液气比(L/V)min的多少倍；

（3） 由于法定排放浓度ya必须≦0.002，所以拟将填料层加高，若液气

比和气、液相进口组成保持不变，问填料层应加高多少？

（4） 若气、液相的量和进口组成保持不变，在该塔上串联一个同样的塔，那么由于汽

相出口浓度ya是多少？

（5） 如果混合气经吸收后，出塔浓度仍达不到环保要求，请问可以采取那些措施提高

溶剂对A组分的回收率？

10、设计一填料塔，在常温常压下用清水吸收空气—丙酮混合汽体中的丙酮，混合气入塔流率为80 kmol/h，含丙酮5%（体积分率），要求吸收率达到95%。已知塔径为0.8m，操作条件下的相平衡关系可以y=2.0x表示，气相体积总传质系数Kya=150 kmol/m3?h，出塔溶液中丙酮的浓度为饱和浓度的70%，试求：

(1) 完成分离任务所需水量为多少[m3/h]； (2) 所需填料层高度，m；

(3) 用水量是最小用水量的多少倍。

? 3 ?

(4) 要想提高气体的回收率，可以采取哪些措施？

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