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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
L?min?m?成立，其中?为溶质的吸收率，m为相平衡常数；计算方程；（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。证明：（1）NOG??
??YbYdY∵ Ye=mX∴??bdY∵X=Xa+V/L(Y-Ya)
YzY?YYaY?mXeYb??dY∵S= mV / L
YaLY?m[Xa?(Y?Ya)]VYbdYY?mV(Y?Ya)?mXaLYa1?1?S??1?S?Yb?(SYa?mYa)?d[Y(1?S)]1?ln??Ya(1?S)Y(1?S)?(SYa?mXa)1?S???1?S?Ya?(SYa?mYa)?Yb(1?S)??1?S?Yb?mXa?SmXa?SYa?SmXa?1??Yb?mXa1∴ ?ln???N?ln1?S?S?OG??1?S?Ya?mXa1?S?Ya?mXa??（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 = m? （3）V=V’(1-yb)=1000*22.4273*(1?0.09)=37.85kmol/h
273?20Yb=yb/(1- yb)=0.099 Ya=Yb(1-η)=0.099*(1-0.98)=0.00198 Xa=0
Lmin=V(yb-ya)/(yb/m-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）NOG?1ln??1?S?Yb?mXa?S? S=mV/L=3.3*37.85/146.88=0.85
1?SY?mX?aa? ＝
10.099V37.85/3600??ln??1?0.85??0.85??14.15HOG???0.178m 21?0.85?0.00198KYa?0.0524*0.785*1.2?1
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h=HOGNOG=14.15*0.178=2.52m
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。 解：（1）?=（Yb-Ya）/Yb
Ya≈ya Yb=yb/(1-yb)=0.04/(1- 0.04)=0.0417 ?= ( 0.0417 - 0.008) / 0.0417 = 80.7%
（2）G=2240 / 22.4 = 100 kmol/h GB = 100 (1-0.04) = 96kmol/h
(L/G)min = (Yb-Ya) / (Xb*-0) = (0.0417-0.008) / (0.0417/0.126-0)≈0.102 Lmin = 0.102?96 =9.792kmol/h Ls = 1.4Lmin = 1.4?9.792 = 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）?Yb = Yb-Yb* = 0.0417-0.126?0.24 = 0.01146
?Ym = (?yb-?ya) / ln(?yb/?ya) = (0.01146-0.008) / ln(0.01146/0.008) = 0.00963
??Y?mXa1ln??1?S?b?S?（5）S=mV/L=0.126*96/13.7=0.883（6）部分循环，1?S?Ya?mXa?10.0417???ln??1?0.883??0.883??3.421?0.883?0.008?NOG?入口液量为（L＋L’），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=0.191?96-13.7=4.64kmol/h L’max=Ls’max/(1-Xb)=4.64/(1-0.24)=6.1kmol/h
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；（5）为了增
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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。
解： （1）?=（Yb-Ya）/Yb
Yb≈yb＝0.015 Ya=Yb(1-?)=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 ?Yb = Yb-mXb = 0.015-0.5?0.01= 0.01 ?Ya = Ya-mXa = 0.00225 ?Ym = (?yb-?ya) / ln(?yb/?ya)
= (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（L＋L’），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)=2.32 ∴ Ls’ max=(((Ls+Ls’)/GB)max-(Ls/GB))* GB =(2.32-1.275)?100=104.5kmol/h
4、（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 η=0.90 y2=y1(1-η)=0.01(1-0.9)=0.001 x2=0 x1'=y1/0.9=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
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