食品工程原理思考题与习题 下载本文

6 双膜理论的基本论点是什么?对实际生产具有何指导意义? 五、计算

1 浓度为0.02(摩尔分数)的稀氨水在20℃时氨平衡分压为1.666kPa,氨水上方的总压强为常压,在此浓度下相平衡关系服从享利定律,氨水的密度可近似取为1000kg/m3,试求亨利系数E、H和m的数值。

2 含氨9%(摩尔分数)的空气-氨混合气与5%(摩尔分数)的稀氨水充分接触,在操作条件下平衡关系为y=0.97x。试问当上述两相接触时发生吸收还是解吸?气、液相浓度各自最大限度是多少?

3 常压下,30℃条件下,于填料塔中用清水逆流吸收空气-SO2。已知入塔混合气中含SO2为5%(体积分数),出塔气中SO2为0.2%(体积分数);出塔吸收液中每100g含SO2为0.356g。若操作条件下气-液相平衡为y=47.87x,试求塔底和塔顶处的吸收推动力,分别以△y、△x、△p和△c表示。

4 25℃及1atm下,含CO220%(体积分数,下同)、空气80%的气体1Nm3与1m3的清水在容积2m3的密闭容器中接触,进行传质。问CO2在水中的最终浓度及剩余气体的总压各为多少?若上述过程在5atm下进行,求其结果。

5 一浅盘内盛有2mm厚的水层,在25℃的恒温下逐渐蒸发并扩散到大气中。假定扩散始终是通过一层厚度为5mm的静止空气层,此层外空气中的水蒸气分压为0.98kPa。扩散系数为2.65*10-5m2/s,大气压强为101.33kPa,求蒸干水层所需时间。

6 一填料塔中用水吸收氨-空气混合气中的低浓度氨。采用ф50×50×4.5(mm)瓷拉西环填料,不规则堆放,比表面积为93m2/m3,空隙串为0.8,操作压力为101.3kPa,温度为10℃。混合气的空塔流速为0.5m/s,密度为1.25kg/m3,黏度近似地空气黏度。氨在黏度中的扩散系数为0.155cm2/s。求气相吸收分系数ky。

7 在压力为100kN/m2、温度为30℃下,用水吸收氨的平衡关系符合亨利定律。亨利常数=134kN/m2。在稳定操作条件下,吸收设备中某一位置上的气相浓度为y=0.1(摩尔分数),液相浓度为z=0.05(摩尔分数)。以△y为推动力的气相传质系数ky=3.84×10-4kmo1/m2·s,以△x为推动力的液相传质系数kx=1.02×10-2kmo1/m2·s。试问: (1)以△y为推动力的气相总传质系数Ky为多少? (2)此种吸收是液膜控制还是气膜控制?为什么? (3)该位置上气液界面处的气、液两相浓度为多少?

8 在吸收塔内用水吸收混于空气中的低浓度甲醇,操作温度为27℃、压强101.3kPa。稳定操作状况下,塔内某截面上的气相中甲醇分压为5.07kPa,液相中甲醇浓度为2mol/m3。甲醇在水中的溶解度系数H=1.955kmol/(m3·kPa)。液膜吸收分系数kL=2.08×105m/s,气膜吸收分系数kG=1.55×10-5kmol/(m2·s·kPa)。试计算该截面上的吸收速率。 9 若吸收过程为低组成气体吸收,试推导:HOG?HG?1?HL S10已知NA?ky(y?yi)?kx(xi?x)?KY(y?ye)?Kx(xe?x),相平衡关系为

y?mx,试证明:

11m111????和 KykykxKxmkykx11 试证明低浓度逆流吸收系统,若气-液平衡关系在操作范围内为一直线,以下关系成立:

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*??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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