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2014-2015(1)化工原理试卷B及答案

(勤奋、求是、创新、奉献)

2014 ~ 2015 学年第一学期期末考试试卷
主考教师: 学院 化学化工学院 班级 陆杰、刘锡建、王远强 姓名 __________ 学号 ___________

《化工原理(二) 》课程试卷 B 参考答案
(本卷考试时间 120 分钟) 题号 题分 得分 一 20 二 20 三 10 四 7 五 10 六 18 七 15 八 九 十 总得分 100

一、 填空题(每空 1 分,共 20 分)
1、 蒸馏是利用各组分挥发度不同 将液体混合物部分汽化而使混合物得到分离的单元操

作,两组分蒸馏中,相对挥发度差异越___大____,分离越易;相对挥发度___等于 1_____ 时不能用普通精馏方法分离。 2、在精馏塔中当塔板中离开的气相与液相之间达到相平衡时,该塔板称为理论板 馏塔的塔顶温度总是低于 塔底温度。 ,精

3、总压为 99.7kPa,100℃时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是 179.18kPa 和 74.53kPa,平衡时 苯 的 液 相 组 成 为 ___0.241_____ ( 以 摩 尔 分 数 表 示 ) , 苯 与 甲 苯 的 相 对 挥 发 度 为 _____2.40________。 4、当分离要求和回流比一定时, 论板数 最少 。 , 加压 和降温 对吸收操作有利。 过冷液体 进料的 q 值最大,此时分离所需的理

5、 对于同一种溶质, 溶解度随温度的升高而减小

6、 根据双膜理论, 水吸收空气中氨的过程属_____气膜______ 控制过程; 水吸收空气中 CO2 的过程属_____液膜_____ 控制过程;上述两种气体中, CO2 吸收可以采用化学吸收 可显著提高吸收速率。 7、在吸收操作中,气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量, 则操作线将_____靠近______平衡线,传质推动力将___减小_______。 8、当不饱和湿空气温度升高时,湿球温度 升高 ,相对湿度降低 ,露点不变 。 ,

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二、选择题(每题 2 分,共 20 分)
1、下述说法中错误的是( B )。

(A)板式塔内气液逐级接触,填料塔内气液连续接触 (B) 吸收过程可以用等分子反向扩散说明 (C)精馏既可以用板式塔,又可以用填料塔 (D) 吸收既可以用板式塔,又可以用填料塔 2、 二元溶液连续精馏计算中,进料热状况的变化将引起以下线的变化( (A)提馏段操作线与 q 线 (C)平衡线与精馏段操作线 (B)平衡线 (D) 精馏段操作线与 q 线 A ) 。

3、操作中连续精馏塔,F、q、xF、D、W 不变,回流比小于原回流比,则( B ) 。 (A) x D 、 xW 均增加 (C) x D 、 xW 均不变 (B) x D 减小, xW 增加

(D)不能正常操作 C )。 (C) 增大板间距 (D)增加塔板开孔率 )。

4、为防止液泛的发生应采取的措施是( (A) 增加气速

(B)增加液体流量

5、对一定操作条件下的填料吸收塔,如将填料层增高一些,则塔的 HOG 将( C (A) 增大 (B) 减小 (C) 不变 (D) 不能判断

6、低浓度逆流吸收操作,当气液进塔组成不变,而改变操作条件使脱吸因数 s 增大,则气 体出塔浓度 Y2 将( A ) 。 (C) 不变 (D)不确定 ) 。

(A) 增大 (B)减小

7、有关扩散传质中漂流因数概念,下来讨论中正确的是( D

(A) 漂流因数概念只适用于气相扩散传质,而不适用于液相扩散传质 (B) 漂流因数反映分子扩散速率对单向分子扩散传质速率之比 (C)漂流因数概念只适用于分子扩散传质过程,而不适用于对流扩散传质过程 (D) 漂流因数一定大于或者等于 1 8、 将不饱和空气等湿冷却到饱和状态时的温度称为( (A)露点温度 (B)干球温度 (C)湿球温度 A )

(D)绝热饱和温度

9、空气的干球温度为 t, 湿球温度为 tw ,露点为 td ,当空气的相对湿度为 100%时,则 ( A ) (A) t=tw =td (B)t>tw >td B ) 。 (C) 平衡水分 (D) 自由水分 (C) t<tw <td (D) t>tw =td

10、干燥过程中较易除去的是( (A)结合水分

(B) 非结合水分

考试试卷第 2 页,共 7 页

三、 (10 分) 、某连续精馏操作分离二元混合溶液,已知操作线方程为:
精馏段

y ? 0.80x ? 0.16

提馏段

y ? 1.40x ? 0.02

若原料液于泡点进料时,求回流比,塔顶、塔底产品和进料的组成。

解:由精馏段操作线方程斜率 联解 得塔顶产品组成 再联解

R ? 0.80 R ?1


解得

R?4

y ? 0.80x ? 0.16

y?x

x D ? x ? 0.80
及 y?x

y ? 1.40x ? 0.02

得塔底产品组成部分 再联解 得

xW ? x ? 0.05
及 y ? 1.40x ? 0.02

y ? 0.80x ? 0.16
x ? 0.3 , y ? 0.4

xF ? x ? 0.3
四、 (7 分)总压为 101.325kPa、温度为 20℃时,NH3 在水中溶解,NH3 在溶液中的摩尔分
数为 0.012,此时溶液上方气相中 NH3 的平衡分压为 2.266kPa。试求此时之溶解度系数 H、 亨利系数 E、相平衡常数 m。溶液的密度为 1000kg/m3。 解:

y* ?
m?

p* 2.266 A ? ? 0.0224 P 101.325
y* 0.0224 ? ? 1.867 x 0.012
(3 分) (2 分)

或者由式(6-1)

E?

pi* 2 . 2 6 6 kPa ? ? 188.8 xi 0 . 0 1 2

溶剂水的密度ρ s=1000kg/m3,摩尔质量 Ms=18kg/kmol, 由式(6-10)计算 H

H?

?
EM s

?

3 1000 ? 0.294 kmol/(m ·kPa) 188.8 ?18

(2 分)

五、(10分)在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料,已知数据如下:空气进入预热器的温度
为15℃,湿含量为0.0073 kg水/kg绝干气, 经预热后空气进干燥器温度为90℃,空气出干燥 器温度为30℃,湿度为 0.023 kg水/kg绝干气。物料经过干燥后含水率由0.15 降至0.01(均

考试试卷第 3 页,共 7 页

为干基),干燥器生产能力Gc为234.7 kg绝干物料/ h 。试求: (1)空气进出干燥器的焓值变化;(4分) (2)水分蒸发量( kg / h );(2分) (3)空气的消耗量及单位空气消耗量;(4分) 解:(1) I1 ? (1.01? 1.88H1 )t1 ? 2490 H1 ? 110kJ / kg 绝干气

I 2 ? (1.01 ? 1.88H2 )t2 ? 2490H2 ? 88.9kJ / kg 绝干气 ?I ? I1 ? I 2 ? -21.1kJ/kg绝干气
(2)水分蒸发量; W ? Gc ( X1 ? X 2 ) ? 32.9 kg / h (3) L ? W /( H 2 ? H1 ) ? 2096 kg绝干空气/h

l ? 1/( H2 ? H1 ) ? 1/(0.023 ? 0.0073) ? 63.7kg干空气/kg水
六、 (本题 18 分)用连续精馏塔分离某二元混合液,原料液流量为 200 kmol/h,露点进料,
进料浓度为 0.5, 塔顶馏出液组成为 0.96, 釜液组成为 0.1(以上均为易挥发组分的摩尔分率) 。 操作条件下相对挥发度为 3,塔顶采用全凝器,泡点回流。塔釜间接蒸汽加热,回流比为最 小回流比的 1.2 倍。试求: (1)塔顶和和塔釜产品流量; (4 分) (2)最小回流比; (4 分) (3)精馏段操作线方程; (3 分) (4)提馏段操作线方程; (3 分) (5)离开第二层理论板的液体组成(由塔顶往下数) 。 (4 分) 解: (1) F=D+W FxF=DxD+WxW 即 200= D+W 200× 0.5=0.96 D+0.1 W 解出 D=93.0 kmol/h, W=107 kmol/h (2)因是露点进料,q=0 及 yq=xF=0.5,故

yq ?
解出 xq=0.25

? xq 3xq ? ? 0.5 1 ? (? ? 1) xq 1 ? 2 xq

考试试卷第 4 页,共 7 页

Rmin ?

xD ? yq yq ? xq

?

0.96 ? 0.5 ? 1.84 0.5 ? 0.25

(3)离开第二层理论板的液相浓度 x2

R ? 1.2 ? Rmin ? 1.2 ?1.67 ? 2.2
精馏段操作线方程式为:

yn ?

x R 2.2 0.96 x? D ? xn ? ? 0.6875 xn ? 0.3 R ?1 R ? 1 2.2 ? 1 2.2 ? 1

(4)L=RD=2.2*93=204.6

L ? qF W ? ? xm xw L ? qF ? W L ? qF ? W 204.6 ? 0 107 ? ?1 ? ? ? ? ? 0.11 ym xm ? 0.1 ? 2.10 xm 204.6 ? 0 ? 107 204.6 ? 0 ? 107 ? ?1 ? ym
y?

(5) 平衡线关系式为:
?x 3x ? 1 ? ( ? ? 1 )x 1 ? 2 x

逐板计算: 因塔顶为全凝器,泡点回流,y1=xD=0.96 根据平衡关系式由 y1 求 x1,即:
0.96 ? 3 x1 1 ? 2 x1

解得 x1=0.889 根据提馏段操作线方程式由 x1 求 y2: y2=0.6875x1+0.3=0.6875× 0.889+0.3=0.911 再依平衡关系式由 y2 求 x2:

0.911 ?
解得 x2=0.773

3x2 1 ? 2 x2

考试试卷第 5 页,共 7 页

七、 (15 分)用清水在逆流填料塔中吸收某混合气体中的溶质 A,塔径为 1.5m。原料气中惰
性气体的流量为 0.0743 kmol/s,原料气中溶质 A 的摩尔分率为 0.08。已知操作条件下气液 平衡关系为 Y*=1.8X,气相总体积传质系数 KYa=5.07×10-2kmol/(m3· s)。若吸收剂用量为最 小用量的 1.6 倍,现要求溶质回收率为 90%。 求: (1)出塔气体中溶质 A 的摩尔比; (3 分) (2)吸收剂用量; (3 分) (3)出塔水溶液的中溶质 A 的摩尔比; (3 分) (4)填料层高度。 (6 分)

解:⑴已知 y1 ? 0.08
Y1 ? y1 0.08 ? ? 0.08696 1 ? y1 1? 0 . 0 8

Y2 ? Y1 (1 ? ? ) ? 0.08696(1? 0.90) ? 8.696?10?3
(2)

X2 ? 0

Y1 ? Y2 0.08696 ? 8.696 ?10?3 ?L? ? ? ? 1.62 ? ? ? 0.08696 /1.8 ? 0 ? V ?min X1 ? X 2

?

L ?L? ? 1.6? ? ? 1.6 ? 1.62 ? 2.592 V ? V ? min
L? L ? V ? 2.592 ? 0.0743 ? 0.1926kmol / s V

(3)

L Y1 ? Y2 0.08696 ? 0.008696 ? ? ? 2.592 V X1 ? X 2 X1

(4)

X1=0.0302 mV 1.8 S? ? ? 0.6944 L 2.592

NOG ? NOG ?

? ? Y ?Y? 1 ln ?(1 ? S ) 1 2 ? ? S ? 1? S ? Y2 ? Y2 ?

? ? 1 0.08696 ln ?(1 ? 0.6944) ? 0.6944? ? 4.326 1 ? 0.6944 ? 0.008696 ?

考试试卷第 6 页,共 7 页

??

?
4

D2 ?

?
4

? 1.52 ? 1.767m 2

H OG ?

V 0.0743 ? ? 0.8327m KY a? 0.0507 ?1.76

z ? HOG ?NOG ? 0.8327 ? 4.326 ? 3.6m

考试试卷第 7 页,共 7 页


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