化學工程與工藝專業(yè)題庫及答案集化工原理計算題（5題，每題10分）1.某精餾塔處理流量為100kmol/h的二元混合液，組成為0.6（摩爾分數(shù)），要求塔頂產(chǎn)品純度為0.95，塔底產(chǎn)品純度為0.05。塔的操作壓力為常壓，相對揮發(fā)度α=2.0。假設塔為理想精餾塔，最小回流比為1.5。試計算：（1）塔頂?shù)钠合嗄柫髁勘?；?）塔頂?shù)睦碚摪鍞?shù)（采用McCabe-Thiele圖解法，假設進料熱狀態(tài)參數(shù)q=1）。2.某填料塔用于氣液傳質(zhì)，處理流量為50m3/h的空氣與水蒸氣混合物，其中水蒸氣濃度為0.1（摩爾分數(shù)）。要求在塔高為6m時，水蒸氣去除率達90%。塔內(nèi)填充的是亂堆的拉西環(huán)填料，比表面積為200m2/m3，液膜傳質(zhì)系數(shù)為0.5kmol/(m2·h)。試計算：（1）塔徑（假設氣液兩相逆流操作，液氣比為2）；（2）若填料層效率為60%，重新計算所需塔高。3.某反應釜內(nèi)進行液相反應A→P，反應動力學為一級，反應速率常數(shù)k=0.1h?1。進料流量為10L/min，初始濃度為1mol/L。試計算：（1）間歇操作下，反應轉化率達到80%所需時間；（2）連續(xù)攪拌釜反應器（CSTR）中，為達到相同轉化率所需的空時。4.某流化床反應器內(nèi)進行氣固相催化反應，固體顆粒密度為2500kg/m3，粒徑分布為30-50μm。操作氣速為1m/s，床層空隙率為0.4。試計算：（1）床層壓降（假設符合Bergman模型）；（2）若床層出現(xiàn)溝流現(xiàn)象，臨界氣速為多少（取臨界雷諾數(shù)Recr=1000）？5.某吸收塔處理100m3/h的SO?氣體，濃度為0.02（摩爾分數(shù)），采用清水噴淋洗滌。塔內(nèi)為逆流操作，液氣比為3，傳質(zhì)單元高度HETP=0.5m。試計算：（1）塔頂氣體出口濃度；（2）若要求SO?去除率達95%，所需塔高（假設塔徑為1.5m）。答案與解析1.精餾塔計算（1）汽液相摩爾流量比：根據(jù)最小回流比計算公式Rmin=(α-1)·(x_D/x_F-1)/(x_D/x_F·(α-1)-1)，代入α=2.0，x_D=0.95，x_F=0.6，得Rmin≈2.43。實際回流比R=1.5Rmin≈3.65。汽液相流量比L/V=1/R=0.274。（2）理論板數(shù)：采用McCabe-Thiele法，作圖可得理論板數(shù)為8塊（含塔頂一塊冷凝器）。2.填料塔計算（1）塔徑：水蒸氣去除率90%即出塔氣相濃度為0.01。傳質(zhì)推動力Δy=0.1-0.01=0.09。液膜傳質(zhì)速率J_L=0.5×200×(1-0.1)=90kmol/(m2·h)。塔徑D=4Q/(πu)≈1.77m（假設液氣比足夠大，u=Q/L=0.25m/s）。（2）修正塔高：實際HETP=0.5/0.6≈0.83m，所需塔高H=0.83×(6/0.5)≈9.96m。3.反應器計算（1）間歇反應時間：一級反應轉化率t=(1/kt)ln(1/(1-x))，x=0.8，得t≈6.9h。（2）CSTR空時：空時τ=V/F=10/(10×1)=1h，轉化率x=1-(1+kτ)exp(-kτ)=0.8，得τ≈0.5h。4.流化床計算（1）壓降：根據(jù)Bergman模型ΔP=150(1-ε)2(ρ_s-ρ_L)/d2u2，代入數(shù)據(jù)得ΔP≈12kPa。（2）溝流臨界氣速：Recr=1000=d2u2/(g(ρ_s-ρ_L)ε3)，解得u_c≈0.52m/s。5.吸收塔計算（1）塔頂出口濃度：全塔物料衡算y_1=(1-0.95)x_0/(1-0.95(1-0.02))≈0.048。（2）塔高：HE