化工原理

第二章作业在101.3KPa、20℃下用清水在填料塔内逆流吸收空气中所含的二氧化硫气体。混合气体的摩尔流速（V’/Ω）为0.02Kmol/(㎡·s)，二氧化硫的体积分数为0.03。操作条件下气液平衡常数m为34.9，Kya为0.056Kmol/(m³·s)。若吸收液中二氧化硫的组成为饱和组成的75%，要求回收率为98%。求吸收剂的摩尔流速和填料层高度解：(1)𝑌1=𝑦11−𝑦1=0.031−0.03=0.03093𝑌2=𝑌1(1−𝜑𝐴)=0.03093×(1−0.98)=0.0006吸收剂为清水所以𝑋2=𝑥2=0𝑥𝑒1=𝑦1𝑚=0.0334.9=8.596×10−4𝑥1=0.75𝑥𝑒1=0.75×8.596×10−4=6.447×10−4𝑋1=𝑥11−𝑥1=6.447×10−41−6.447×10−4=6.451×10−4𝑉Ω=𝑉′Ω(1−𝑦1)=0.02(1−0.03)=1.94×10−2𝐾mol/（𝑚2·s）𝐿Ω=𝑉Ω(𝑌1−𝑌2𝑋1−𝑋2)=1.94×10−2×0.03093−0.00066.451×10−4−0=0.9121𝐾mol/（𝑚2·s）(2)𝐻𝑂𝐺=𝑉Ω𝐾𝑌𝑎=1.94×10−20.056=0.3464m∆𝑌1=𝑌1−𝑌𝑒1=0.03093−34.9×6.451×10−4=8.416×10−3∆𝑌2=𝑌2−𝑌𝑒2=0.0006−0=0.0006∆𝑌𝑚=∆𝑌1−∆𝑌2∆𝑌𝑚=8.416×10−3−0.0006ln8.416×10−30.0006=2.960×10−3𝑁𝑂𝐺=𝑌1−𝑌2∆𝑌𝑚=0.03093−0.00062.960×10−3=10.25所以Z=𝑁𝑂𝐺𝐻𝑂𝐺=10.25×0.3464=3.550𝑚第六章作业某湿物料经过5.5h恒定条件下的干燥后，含水量由𝑋1=0.35𝐾𝑔/𝐾𝑔绝干料降至𝑋2=0.10𝐾𝑔/𝐾𝑔绝干料，若物料的临街含水量𝑋𝑐=0.15𝐾𝑔/𝐾𝑔绝干料，平衡含水量𝑋∗=0.04𝐾𝑔/𝐾𝑔绝干料。假设在降速阶段中干燥速率与物料的自由含水量（X−𝑋∗)成正比。若在相同的干燥条件下，要求将物料含水量由𝑋1=0.35𝐾𝑔/𝐾𝑔绝干料降至𝑋2′=0.05𝐾𝑔/𝐾𝑔绝干料，试求所需的干燥时间。解：恒速干燥阶段时间;𝜏1=𝐺′𝑆𝑢𝑐(𝑋1−𝑋𝑐)降速阶段干燥速率与物料的自由含水量（X−𝑋∗)成正比因此𝑈𝑐=𝑘𝑥（𝑋𝑐−𝑋∗）𝜏2=𝐺′𝑆𝑋𝐶−𝑋∗𝑢𝑐ln𝑋𝑐−𝑋∗𝑋2−𝑋∗=𝐺′𝑆𝑘𝑥ln𝑋𝑐−𝑋∗𝑋2−𝑋∗总干燥时间：τ=𝜏1+𝜏2=𝐺′𝑆𝑘𝑋（𝑋1−𝑋𝑐𝑋𝑐−𝑋∗+ln𝑋𝑐−𝑋∗𝑋2−𝑋∗）将第一次干燥试验的数据带入得5.5=𝐺′𝑆𝑘𝑥（0.35−0.150.15−0.04+ln0.15−0.040.1−0.04）𝐺′𝑆𝑘𝑋=2.27第二次干燥试验的条件与第一次相同，即G、S、𝑘𝑥、𝑋∗均不变，𝐺′𝑆𝑘𝑋=2.27所以第二次干燥试验的干燥时间为τ=2.27(0.035−0.150.15−0.04+ln0.15−0.040.05−0.04)=9.57h第六章作业题干球温度为20℃，湿度为0.009kg水/kg绝干气的湿空气通过预热器加热到50℃后，再送到常压干燥器中，离开干燥器时空气的相对湿度为80%，若空气在干燥器中经历等焓干燥过程。试求：（1）1m³原湿空气在预热过程中焓的变化（2）1m³原湿空气在干燥器中获得的水分量。解：（1）原湿空气在预热过程中焓的变化当t0=20℃、H0=0.009kg水/kg绝干气时，由图查出I0=43KJ/kg绝干气当t0=50℃、H1=H0=0.009kg/kg绝干气时，由图查出I1=74KJ/kg绝干气故1kg绝干空气在预热器中焓的变化为：∆I=74−43=31kJ/kg绝干气由式求原湿空气的比容，即：𝑣𝐻=（0.772+1.244H）×273+𝑡0273×1.013×105𝑃=(0.772+1.244×0.009)×273+20273=0.84m3湿空气/kg绝干气故1m³原湿空气焓的变化为：∆𝐼𝑣𝐻=310.84=36.9KJ/m³湿空气（2）1m³原湿空气在干燥器中获得的水分量由𝑡1=50℃、𝐻1=𝐻0=0.009kg/kg绝干气在H-I图上确定空气状态点，根据其特点，由该点读出空气离开干燥器时的湿度𝐻2=0.018kg/kg绝干气。故1m³元空气获得的水分量为：𝐻2−𝐻1𝑣𝐻=0.018−0.0090.84=0.0107Kg/m³湿空气第六章作业题将湿物料自湿基含水量0.2降至0.05，湿物料流量为1000kg/h，假设系统热损失可忽略，干燥操作为等焓干燥过程。试求（1）新鲜空气耗量（2）进入干燥器的湿空气的温度和焓（3）预热器的加热量解：（1）新鲜空气耗量X1=𝑤11−𝑤1=20100−20=0.25kg/kg绝干料X2=𝑤21−𝑤2=5100−5=0.05263kg/kg绝干料G=G1(1-X1)=1000(1-0.2)=800kg绝干料/h蒸发水量W=G(X1-X2)=800(0.25-0.05263)=157.9kg水/h绝干空气用量L（H2-H0）=WL=𝑊𝐻2−𝐻0=157.90.0672−0.00988=2755𝑘𝑔绝干气/h新鲜空气用量L(1+H0)=2755×1.00988=2782kg新鲜气/h（2）由于干燥过程为等焓过程，故进出干燥器的空气的焓相等I1=I2(1.01+1.88Hm)t1+2490Hm=224.1将Hm=0.0529kg/kg绝干气代入，解出：t1=83.26℃进入干燥器的湿空气的温度为83.26℃，焓为224.1kJ/kg绝干气（3）预热器的加热量QP=Lm（I1-Im）Lm=4L=4×2755=11020kg绝干气/hQP=Lm（I1-Im）=11030（224.1-180.7）=4.78×105KJ/h=132.8kw第三章作业在双组分连续精馏塔中精馏段的某一理论板n上，进入该板的气相组成为0.8(摩尔分率，下同)，离开该板的液相组成为0.7，物系相对挥发度为2.4，气液比为2∶1，计算离开该板的气相组成和进入该板的液相组成分离乙醇水溶液的精馏塔，进料量为100kmol/h，进料温度为60℃，含乙醇10%(摩尔分率，下同)，回流比为2。要求馏出液中含乙醇87%，且乙醇回收率达到98%，计算塔顶、塔底产品量及其釜液组成。精馏段和提馏段上升蒸汽及下降液体量。已知10%乙醇泡点为86℃解：例5.在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知操作回流比R为3，馏出液的组成为0.95（摩尔分率），塔顶采用全凝器。该物系在本题所涉及的浓度范围内气液平衡方程为y=0.42x+0.58。试求精馏段内离开第二层理论板（从塔顶往下计）的气液相组成。例5在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分率，下同）馏出液组成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料，回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。解：W=F-D=1000-400=600kmol/h（1）精馏段操作线方程（2）h/kmol...xFx.DDF4009040100090909.0FDFxDxwDFWxDxFxWx..60090400401000006670.xW1q例6.在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，已知xF=0.4（摩尔分率、下同），xD=0.97,xW=0.04，相对挥发度α=2.47。试分别求以下三种进料方式下的最小回流比和全回流下的最小理论板数。（1）冷液进料q=1.387（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料解：（1）q=1.387,则q线方程：相平衡方程：两式联立；xq=0.483,yq=0.698(2)泡点进料，q=1则xq=xF=0.4(3)饱和蒸汽进料，q=0则yq=xF=0.4(4)全回流时的最小理论板数