食品工程原理试题思考题与习题及答案(6)

*??Y1?Y21N?ln?(1?S)?S? *1?S?Y1?Y1????

?X2?Y11ln?ln2 1?S?X11?S?Y1式中 S--吸收因数，S?L/MG，下标1和2分别表示塔底和塔顶。

12 填料塔逆流吸收操作过程中，若相平衡关系符合Henry定律y?mx，试推导：

NOG??Y11ln ''?Y1?mG/L2??13 一吸收塔于常压下操作．用清水吸收焦炉气中的氨。焦炉气处理量为5000标准m3/h，

氨的浓度为10g/标准m3，要求氨的回收率不低于99％：水的用量为最小用量的1.5倍，焦炉气入塔温度为30℃，空塔气速为1.1m/s：操作条件下的平衡关系为y＝1.2X，气相体积吸收总系数为Kya＝0.0611kmol／(m3·s)。试分别用对数平均推动力法及数学分析法求气相总传质单元数，再求所需的填料层高度。

14 在逆流操作的吸收塔中，于101.3kPa、25℃下用清水吸收混合气中的H2S，将其浓度由2%降至0.1%（体积分数）。该系统符合亨利定律，亨利系数为5.52×104kPa。若取吸收剂用量为理论最小用量的1.2倍，试计算操作液气比L/V及出口液相组成x1。又若压强改为1013kPa而其他条件不变，再求L/V及x1。

15 常压下，用清水逆流吸收氨-空气混合气中的氨，已知填料层高度为6m，入塔混合气中含氨0.03（摩尔分数，下同），出塔气中含氨0.003，出塔溶液中氨的浓度为饱和浓度的80%，操作条件下的平衡关系为y=1.2x，试求： （1）实际操作液气比与最小液气比的比值； （2）传质单元数；

（3）若将出塔气中的摩尔分数降为0.002，其他操作条件不变，该塔是否合用？ 吸收过程的设计型计算 16 流率为0.4kmol/(s·m2)的空气混合气中含氨体积分数为2％，拟用逆流吸收以回收其中95％的氨。塔顶淋入摩尔分数为0.0004的稀氨水溶液，设计采用的液气比为最小液气比的 1.5倍，操作范围内物系服从亨利定律y=1.2x，所用填料的总传质系数Kya＝0.052kmo1/(s·m2)。

试求：(1)液体在塔底的感尔分数x1 (2)全塔的平均推动力△ym。 (3)所需塔高 17 某吸收塔用25mm×25mm的瓷环作填料．充填高度5m，塔径1m．用清水逆流吸收流量为2250m3/h的混合气。混合气中含有丙酮体积分数为5％，塔顶逸出废气含丙酮体积分数降为0.26％，塔底液体中每千克水带有60g丙酮。操作在101.3kPa、25℃下进行，物系的平衡关系为y=2x。试求：

(1)该塔的传质单元高度HOG及容积传质系数Kya；

(2)每小时回收的丙酮量。

18 在一填料塔内，用清水吸收空气-NH3混合物个的NH3。混合空气中门NH3的分压为1333.21Pa．经处理后，降为133.32Pa，入塔混合气的流量为1000kg/h，塔内操作条件为 20℃，101.325kPa。NH3-H2O系统的平衡关系为y=2.74x，试求：

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(1)此塔中NH3的回收率为多大?

(2)当吸收利用量为最小用量的2倍时，吸收剂用量和溶液出口浓度各为多少?

19 有一吸收塔填料曾高3m，20℃，101.3kPa下用清水逆流吸收混于空气中的氨，混合气体的质量流率为580kg/m2．h，含氨6%（体积分数），吸收率为99%；水的质量流率为770kg/m2．h。操作条件下平衡关系为y=0.9x，kya与气相质量流率的0.7次方成正比，而受液体质量分率的影响甚小，可忽略。当操作条件分别作如下改变时，计算填料层高度应如何改变才能保持原来的吸收率（塔径不变，且假定不发生不正常的流动现象）： （1）操作压强增加一倍 （2）液体流量增加一倍 （3）气体流量增加一倍

20 在一逆流填料吸收塔中，用纯溶剂吸收混合气中的溶质组分。已知入塔气体组成为0.015(摩尔比)，吸收剂用量为最小用量的1.2倍，操作条件下气液平衡关系为Y＝0.8x，溶质回收率为98.3％，现要求将溶质回收率提高到99.5％，试问溶剂用量应为原用量的多少倍?假设该吸收过程为气膜控制。

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第十章 蒸 馏

一、名词解释 1 液沫夹带 2 气-液相平衡 3 全凝器 4 最小回流比 5 泡点回流 6 挥发度 7 全塔效率 8 蒸馏 9 精馏

10 相对挥发度 11 回流比 二、填空

1 冷液体进料的理论板数较泡点进料( )。

2 ( )进料时精馏段汽相摩尔流量与提溜段相等。

3 精馏过程的回流比是指( )， 最小回流比是指( )。 4 精馏装置主要包括( )，( )和( )。

5 工业生产中的操作回流比一般是最小回流比的( )倍。

6 按蒸馏操作方法不同，蒸馏可分为( )、( )、和( )三大类。

7 对一定组成的二元体系， 精馏压力越大，则相对挥发度( )， 塔操作温度( )，对分离( )。

8 在精馏操作中，加料板以上的管段称为( )，加料板以下的管段称为( )。 9 理论塔板数的确定方法有两种，即( )和( )。

10 精馏操作中塔板上汽液接触状态主要有( )、( )和( )。其中以( )接触的传质阻力最小。

11 在一定温度下，溶液上方的蒸气中任一组分的( )，等于此纯组分在改温度下的饱和蒸气压乘以它在溶液中的( )。

12 塔设备可分为( )和( )两大类. 13 减少回流比使产品纯度( )。 14 ( )和( )总称为恒摩尔流假设。

15 ( )和( )是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件。

16 精馏塔自上而下各板的温度逐板( )，易挥发组分的浓度逐板( )。 三、选择

1 在精馏操作中，提高回流比则( )。

A. 所需理论塔板数和产量下降； B. 产品纯度上升； C. A和B 2 冷液体进料精馏段汽相摩尔流量较提溜段( )。

A. 大； B. 小； C. 相等 3 精馏的进料热状态对( )有影响.

A. 提馏段操作线方程； B. 精馏段操作线方程; C. A和B 4 对于冷液体进料的精馏操作，( )。

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A. Q>1； B.Q=1； C. Q<1 5 在精馏操作中，( )与进料状况有关。

A. 再沸器所需加热蒸气的用量； B. 全凝器所需冷却水的用量； C. A和B 6 在板式塔精馏操作中，采用最小回流比时，理论塔板数( )。 A. 无限多； B. 最少； C. 适宜 7精馏操作中，回流比越大，要完成一定的分离目的，所需( )。

A. 塔径越大； B. 塔板数越多； C. 塔板数越少 8 冷液体进料时塔釜加热蒸气用量较泡点进料( )。

A. 大； B. 小； C. 相同

9 相对挥发度为越大,表明该混合物( ).A.越易分离;B.越不易分离;C.不能用普通精馏方法分离.

10 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xa＝0.6相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成ya＝0.7，相应的露点为t2，则（ ）。

A. t1＝t2； B. t1＜t2； C. t1＞t2 四、简答

1 简述影响精馏操作产品纯度和产量的影响因素。 2 进料量对塔板数有无影响?为什么? 3 简述进料热状态对精馏操作的影响。 4 简述用解析法求最小回流比的方法。 5 简述用图解法求最小回流比的方法。 6 利用温度-组成图说明精馏原理。 五、计算

1 在密闭容器中将A、B两组分的理想溶液升温至82℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气 压分别为pA＝107.6kPa及pB＝41.85kPa，取样得液面上方气相中组分A的摩尔分数为0.95的。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。

2 试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100kPa和10kPa的相对挥发 度和平衡的气相组成。苯(A)和甲苯(B)的安托因方程分别为

001206.35

t?220.241343.940 lgpB?60.78?t?219.580lgpA?6.032?式中，p的单位为kPa，t的单位为℃。苯—甲苯混合液可视为理想液体。（作为试差起点，100kPa和10kPa对应的泡点取为94.6℃和31.5℃）

3 甲醇(A)-水(B)体系的蒸气压以及101.3kPa下的气液平衡数据如下表所示。若将该混合液作为理想溶液，求其相对挥发度?随组成x的变化，又按实测的x?y关系求?随x的变化，以上结果说明什么?

习题3 附表 t/℃ 0pA/kPa 0pB/kPa 064.5 101.3 24.5 70 123.3 31.2 75 149.6 38.5 80 180.4 47.3 90 252.6 70.1 100 349.8 101.3 29

x 0 0.02 0.06 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 y 0 0.1314 0.304 0.418 0.578 0.665 0.729 0.779 0.825 0.87 0.915 0.958 0.418 4 苯—甲苯混合液初始组成为0.5(摩尔分数，下同)，在常压下加热到指定温度．测得平衡液相组成x=0.41、气相组成y＝0.56，试求该条件下的液相分率。

5 某两组分混合液100kmol，其中易挥发组分的摩尔分数为0.4，在101.33kPa下进行简单蒸馏，最终所得液相产物中易挥发组分的摩尔分数为0.30。试求：

(1) 所得气相产物的量和平均组成；

(2) 如改为平衡蒸馏，液相产物组成也为0.30时，所得气相产物的量和组成(己知此体系为理想体系，相对挥发度为3.0)

6 在压强为101.3kPa下，正己院﹑正庚烷物系的平衡数据如下： t/℃ x y 30 1.0 1.0 36 0.715 0.856 40 0.524 0.776 46 0.374 0.624 50 0.214 0.449 56 0.091 0.228 58 0 0 试求：(1) 正己烷组成为0.5(摩尔分数)的溶液的泡点温度及其平衡蒸气的组成；

(2) 将该溶液加热到45℃时。溶液处于什么状态?各相的组成是多少?

(3) 将溶液加热到什么温度才能全部汽化为饱和蒸气？这时蒸气的组成如何?

7 用精馏塔分离某二元混合物，已知精馏段操作线方程为y?0.75x?0.205；提馏段操作线方程为y?1.415x?0.041。试求：

(1)此塔的操作回流比R和馏出液组成xD；

(2)饱和液体进料条件下的釜液组成xw。 8 在常压连续精馏塔中，分离含甲酸为0.4(摩尔分数)的甲酸—水混合液。试求进料温度40℃时的q值。已知进料泡点温度为75.3℃。操作条件下甲酸的汽化热为1055kJ/kg、比热容为2.68kJ/(kg﹒℃)；水的汽化热为2320 KJ/kg，比热容为4.19KJ/(kg·℃)。

9 某连续精馏塔料液流量100 kmo1/h，组成xF为0.4，泡点加料，馏出液组成xD为0.95，釜残液组成xW为0.03(均为摩尔分数)。试求：

(1) 采取回流比为3时，精馏段与提馏段的气、液流量L与V和L?与V?；

(2) 回流比增加为4时，精馏段与提馏段的气、液流量分别变为多少。

10 今拟在常压操作的连续精馏塔中，将含甲醇35％、水65%(摩尔分率，下同)的混合液加以分离。要求馏出液含甲醇95%．釜液含甲醇不超过2%。已知泡点回流，并选取回流比为2.5，料液入塔温度为40℃。试求此情况下精馏段、提馏段操作线和加料线方程。 11 连续精馏塔的操作线方程如下： 精馏段：y?0.75x?0.205 提馏段：y?1.25x?0.020

试求泡点进料时，原料液、馏出液、釜液组成及其回流比。 12 在一常压连续精馏塔中分离某理想浴液。已知原料组成为0.4，要求塔顶产品组成为0.95，塔釜残液组成为0.1（以上均为易挥发组分的摩尔分数），操作回流比为2.5，试绘出下列进料状况下的精馏段、提馏段操作线方程：

(1) Q=1.2；

(2) 气、液混合进料，气、液的摩尔流率各占一半； (3) 饱和蒸气进料。

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