四川大学化工原理下册习题集(3)

2020-02-21 12:37

计设备热损失和物料升温所吸收的显热,试估计空气增湿降温达到饱和时的温度。

12.19 湿物料含水42%(湿基,下同),经干燥达到4%,产量为450kg/h,空气的干球温度20℃,相对湿

度40%,经预热器加热至93℃进入干燥饱和至??60%排出,若干燥器在绝热条件下操作,且物

?60%时排出,则此

料进出干燥器的显热变化忽略不计,试求所需空气量及预热器提供的热量;如果空气预热至67℃进入干燥器,而在干燥器内进行中间加热以补充热量,使空气保持在67℃和?时空气需用量、以及预热器和干燥器内热量消耗如何?

12.20自某干燥器出口排出的废气为含水蒸气的空气,其温度为t2=75℃,湿度为H2=0.0588,试求此气体

的露点温度。

12.21用流化床干燥器干燥聚氯乙烯,产量3000kg/h,物料初始湿含量8%(湿基,下同),产品湿含量0.3%,

t0=20℃、?分别为?1?80%的空气在预热器中由蒸汽加热至t1=135℃送入干燥器,物料进、出干燥器的温度

?20℃和?2?70℃,绝干物料比热为1.22 kJ/(kg·K),干燥器所需热量中,空气供热

仅占30%,其余通过补充加热提供,干燥器的散热损失按5%计算,试求干燥器出口气体温度。 12.22 应用t—H图,按表中已知量求出各项相应的未知量。

序 号 干球温度t,℃ 湿球温度tw,℃ 露点温度td,℃ 湿度H,kg/kg 湿比容vH,m3/kg 相对湿度?,%

12-23常压下用热空气干燥某湿物料,空气初始温度t0=15℃、湿度H01 50 20 2 0.05 70 3 40 30 4 25 20 5 90 0.03 ?0.01,为保证干燥产品的质量,

空气进入干燥器的温度不得高于100℃,若空气出干燥器的温度选定为60℃,并假定为理想干燥过程,试求:

⑴ 将空气预热至100℃进入干燥器,蒸发每千克的水分所需要的空气量为多少?热效率 为多少?

⑵ 若将干燥出口气体的70%回流至入口与新鲜空气混合,并同样使入口气体的温度为100 ℃,蒸发每千克的水分所需的空气量为多少?热效率为多少?

第十三章 萃 取

13.1 在30℃时丙酮(A)-醋酸乙酯(B)-水(S)的平衡数据如附表所示(均以质量%表示),求:

习题13.1附表 丙酮(A)-醋酸乙酯(B)-水(S)在30℃下的平衡数据 醋酸乙酯相(萃余相) 水相(萃取相) 丙酮%(A) 醛酸乙醋%(B) 0 4.8 9.4 13.5 16.6 20.0 22.4 26.0 27.8 33.6

96.5 91.0 85.6 80.5 77.2 73.0 70.0 65.0 62.0 51.0 水%(S) 3.5 4.2 5.0 6.0 6.2 7.0 7.6 9.0 10.2 15.4 丙酮%(A) 0 3.1 6.0 9.5 12.8 14.8 17.5 19.8 21.2 26.4 醛酸乙醋%(B) 7.4 8.4 8.0 8.3 9.2 9.8 10.2 12.2 11.8 15.6 水%(S) 92.6 88.5 86.0 82.2 78.0 75.4 72.3 68.0 67.0 58.0 ⑴ 在直角三角形坐标图上绘出溶解度曲线与辅助曲线;

⑵ 若混合液是由醋酸乙酯200 kg,丙酮80 kg,水120 kg组成,求兴轭相的组成及质量; ⑶ 若醋酸乙酯中含丙酮0.25(质量分率),原料液量为100 kg,采用纯水单级萃取,则水的最小用量及最大用量各为多少?

13.2 在单级萃取器中,以纯S萃取A-B溶液中的溶质A,已知原料的量为120 kv,其中B含量为54 kg,萃取后所得萃余相中含A10%(质量%),求:⑴ 萃取剂用量(kg);⑵ 若将萃取相、萃余相中的萃取剂全部回收后,所得萃取液,萃余液的量及组成;⑶ 若将上述的萃余相用等量的萃取剂再萃取一次,此时萃余相中溶质A的含量为多少?(操作条件下的相平衡数据见下表)。

习题13.2附表 萃余相(质量分数%) A 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 48 B 98 92 86 80 73.8 67.5 61 53.5 45 36.5 30 C 2 3 4 5 6.2 7.5 9 11.5 15 18.5 22 A 0 14 22 29.5 35.5 40.5 44.5 48 49.5 50 49.5 萃取相(质量分数%) B 10 5 4.5 4.5 6 8 10.3 13 17.5 22 25 C 90 81 73.5 66 58.5 51.5 45.2 39 33 28 25.6

13.3 在操作条件下,丙酮(A)-水(B)-氯萃(S)三元混合液的平衡数据列于下附表中。 对丙酮(A)-水(B)-氯苯(S)系统进行多级错流萃取,以氯苯为萃取剂。原料液为含丙酮45%(质量%,以下同),若每一级均加入与料液量相等的萃取剂,试求每小时氯苯的用量、理论级数以及溶质A浓度为最高的萃取相组成。

习题13.3附表 水层(质量%) 丙酮(A) 0 10 20 30 40 50 60 60.58

13.4 用甲基异丁基甲酮为萃取剂,在丙酮-水溶液中萃取丙酮,其有关数据见附表,原料液为1000 kg,萃取剂为2000 kg,1.若单级萃取,萃取率为多少?2.两级错流萃取,每级萃取剂用量相同,萃取率为多少?3.若两级逆流萃取,萃取率又为多少?

习题13.4附表 1丙酮-水-甲基异丁基甲酮在25℃时的溶解度曲线数据(质量%) 丙酮(A) 0 4.6 18.9 24.4 28.9 37.6 43.2 47.0 48.4

习题13.4附表2丙酮-水-甲基异丁基甲酮在25℃时的联结线数据(质量%)

水(B) 2.2 2.3 3.9 4.6 5.5 7.8 10.7 14.8 18.8 甲基异丁甲酮(S) 丙酮(A) 97.8 93.1 77.2 71.0 65.6 54.6 46.1 38.2 32.8 48.5 50.7 46.6 42.6 30.9 20.9 3.7 0 水(B) 24.1 23.4 32.8 45.0 64.1 75.9 94.2 98.0 甲基异丁甲酮(S) 27.4 25.9 20.6 12.4 5.0 3.2 2.1 2.0 水(B) 99.89 89.79 79.69 69.42 58.64 46.28 27.41 25.56 氯苯(S) 0.11 0.21 0.31 0.58 1.36 3.72 12.59 13.76 丙酮(A) 0 10.79 22.23 37.48 49.44 59.19 61.07 60.58 氯苯层(质量%) 水(B) 0.18 0.49 0.79 1.72 3.05 7.24 22.85 25.66 氯苯(S) 99.82 88.72 76.98 60.80 47.51 33.57 15.08 13.76 水层中的丙酮 甲基异丁基甲酮层中丙酮 水层中的丙酮 甲基异丁基甲酮层中丙酮 5.58 11.83 15.35 20.6 23.8

10.66 18.0 25.5 30.5 35.3 29.5 32.0 36.0 38.0 41.5 40 42.5 45.5 47.0 48.0 13.5 将含45%(质量%)溶质A的原料液,用纯萃取剂S进行逆流萃取,萃取剂的用量与原料液量相等,均为0.025 kg/s,要求萃余相中溶质A的含量不大于4.5%(质量%),试确定萃取所需理论级数,以及由第一级流出的萃取相的量及浓度,其有关平衡数据见13.4附表。

13.6 原料液中溶质组成为28.6%(质量%,以下同),用含4.75%溶质的萃取剂进行逆流萃取,经五个理论级后,使萃余相中溶质含量达到9.1%。求溶剂比S/F是最小溶剂比 (S/F)min的多少倍?设萃取剂与稀释剂不互溶,平衡数据由附表给出。

习题13.6附表 平衡数据 萃余相X(kgA/kgB) 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

13.7 原料液中含丙酮45%(质量%,以下同),今用纯萃作萃取剂,在逆流萃取设备中进行萃取,要求最终萃余相含丙酮2%,所用溶剂比为0.9,试用x-y直角坐标图求所需理论级数,并求最终萃取相的量及萃余相的量各为多少?平衡数据见附表。

习题13.7附表 30℃时苯-丙酮-水三元体系的部分互溶平衡数据 水相(质量%)

有机相(质量%) 萃取相Y(kgA/kgS) 0 0.05 0.096 0.135 0.170 0.203 0.232 0.256 0.275 0.280 丙酮(A)

5.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

水(B) 94.9 89.8 79.6 69.1 58.2 45.9

苯(S) 0.1 0.2 0.4 0.9 1.8 4.1

丙酮(A) 5.8 13.1 30.4 47.2 58.9 64.1

水(B) 0.2 0.2 0.9 3.0 6.6 12.0

苯(S) 94.0 86.7 68.7 49.8 34.5 23.9

第十四章 其它传质分离方法

14-1在一连续操作的真空结晶器中,每日能生产MgSO4?7H2O晶体20000kg,溶液在结晶器中汽化的水

分量为料液量的10%。已知原料液浓度为0.35kg(MgSO4)/kg(溶液),母液浓度为0.25kg(MgSO4)/kg(溶液),试求每日结晶器所需的原料液量。

14-2 将4000kg浓度为30%(质量)的Na2CO3水溶液缓慢冷却到40 ℃而结晶,生成的晶体为

Na2CO3?10H2O。冷却过程中所汽化的水分量为原料液量的2%,试求结晶产量。

14-3 每小时将5000 kg硫酸铵饱和溶液自80 ℃ 冷却到40 ℃ 进行结晶。已知的结晶热为75 kJ/kg,比

热为1.6 kJ/(kg?K),若溶剂汽化量及结晶器的热损失可忽略。试求:(1)结晶产品量为多少kg/h?(2)冷却剂带走的热量为多少kJ/h?

14-4 在101.3 kPa和297 K的条件下,用固定床干燥湿度为0.00267 kg水/kg干空气的空气。固定床层为

硅胶颗粒,床层高度为0.6 m,堆积密度为672kg/m3。空气的质量流速为480kg/(m2?h)。假设吸附过程为等温吸附,透过点时空气的湿度为0.0001 kg水/kg干空气,失效点时的湿度为0.0024 kg水/kg干空气。所用硅胶的传质系数分别为KYap=1260G0.55 kg水/(m2?h(?Y)), KXap=3485 kg水/(m2?h(?X))(G为质量流速),平衡数据参见例题14-3。试求床层的透过时间。


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