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：陆杰、刘锡建、王远强

学院化学化工学院班级姓名__________ 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）

题号一二三四五六七八九十总

得分

题分

得

分

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，精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度。

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，过冷液体进料的q值最大，此时分离所需的理论板数最少。

5、对于同一种溶质，溶解度随温度的升高而减小，加压和降温对吸收操

作有利。

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CO 2的过程属_____液膜_____ 控制过程；上述两种气体中， CO 2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。

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 ）。 (A)提馏段操作线与q 线 (B)平衡线

(C)平衡线与精馏段操作线 (D) 精馏段操作线与q 线

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

4、为防止液泛的发生应采取的措施是( C )。

(A) 增加气速 (B)增加液体流量 (C) 增大板间距 (D)增加塔板开孔率 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H OG 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2Y 将（ A ）。

(A) 增大 (B)减小 (C) 不变 (D)不确定

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 ） (A)露点温度 (B)干球温度 (C)湿球温度 (D)绝热饱和温度

9、空气的干球温度为t ，湿球温度为t w ，露点为t d ，当空气的相对湿度为100％时，则( A )

（A ） t ＝t w ＝t d （B ）t ＞t w ＞t d （C ） t ＜t w ＜t d (D) t ＞t w ＝t d 10、干燥过程中较易除去的是（ B ）。

(A)结合水分 (B) 非结合水分 (C) 平衡水分 (D) 自由水分

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 16.080.0+=x y 提馏段 02.040.1-=x y 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

80.01

=+R R

解得 4=R 联解 16.080.0+=x y 及 x y = 得塔顶产品组成 80.0==x x D 再联解 02.040.1-=x y 及 x y = 得塔底产品组成部分 05.0==x x W

再联解 16.080.0+=x y 及 02.040.1-=x y 得 3.0=x ,4.0=y

0.3F x x ==

四、（7分）总压为101.325kPa 、温度为20℃时，NH 3在水中溶解，NH 3在溶液中的摩尔

分数为0.012，此时溶液上方气相中NH 3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/m 3。

解：

02240325

101266

2...P p y *A *

===

*0.0224

1.8670.012

y m x === （3分）

或者由式（6-1） * 2.266

188.80.012

i i p E x === kPa （2分）

溶剂水的密度ρs =1000kg/m 3，摩尔质量M s =18kg/kmol ，由式（6-10）计算H

10000.294188.818

s H EM ρ≈==?kmol/（m 3·kPa ）（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023.0 kg 水/kg 绝干气。物料经过干燥后含水率由0.15 降至0.01（均为干基），干燥器生产能力G c 为234.7h kg /绝干物料。试求：

（1）空气进出干燥器的焓值变化；（4分）（2）水分蒸发量（h kg /）；（2分）

（3）空气的消耗量及单位空气消耗量；（4分）

解：（1）kg kJ H t H I /1102490)88.101.1(1111=++=绝干气

2222(1.01 1.88)249088.9/I H t H kJ kg =++=绝干气

12-21.1kJ/kg I I I ?=-=绝干气

（2）水分蒸发量； 9.32)(21=-=X X G W c h kg / （3）2096)/(12=-=H H W L kg 绝干空气/h

211/()1/(0.0230.0073)63.7kg /kg l H H =-=-=干空气水

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 Fx F =Dx D +Wx W

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y q =x F =0.5,故

30.51(1)12q q

q q q

x x y x x αα=

==+-+

解出 x q =0.25

min 0.960.5

1.840.50.25

D q q q

x y R y x --=

=--

(3)离开第二层理论板的液相浓度x 2

min R 1.2 1.2 1.67 2.2R =?=?=

精馏段操作线方程式为：

2.20.960.68750.311 2.21 2.21

D n n n x R y x x x R R =

+=+=+++++

（4）L=RD=2.2*93=204.6

m w

L qF W

y x x L qF W L qF W ++''=-+-+-1204.60107

0.1 2.100.11204.60107204.60107

m m m

y x x ++'''=-?=-+-+-

（5）

平衡线关系式为： x

x )(x y 21311+=

-+=αα 逐板计算：

因塔顶为全凝器，泡点回流，y 1=x D =0.96 根据平衡关系式由y 1求x 1,即：

213960x x .+=

解得 x 1=0.889 根据提馏段操作线方程式由x 1求y 2:

y 2=0.6875x 1+0.3=0.6875×0.889+0.3=0.911

再依平衡关系式由y 2求x 2:

30.91112x x =

解得 x 2=0.773

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K Y a=5.07×10-2kmol/(m 3·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10.08y =

1110.08

0.08696110.08

y Y y =

==-- 321(1)0.08696(10.90)8.69610Y Y ?-=-=-=?

(2) 20X =

312min 12

0.086968.69610 1.620.08696/1.80Y Y L V X X -*--???

=== ?--??

592.262.16.16.1min

=?=???

??=∴

V L V L

2.5920.07430.1926/L

L V kmol s V

=?=

（3）

12121

0.086960.008696 2.592Y Y L V X X X --===- X 1=0.0302 (4) 1.8

0.69442.592

mV S L =

== 12221ln (1)1OG

Y Y N S S S Y Y **??-=-+??--??

10.08696ln (10.6944)0.6944 4.32610.69440.008696OG N ??=

-+=??-??

2221.5 1.7674

D m π

Ω=

0.0743

0.83270.0507 1.76

OG Y V H m K a =

==Ω? 0.8327 4.326 3.6OG OG z H N m ==?≈