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化工原理试题解答


期中试卷解答

一、判断题(每题2分,共16分
1. 在t—x—y图中,汽相线与液相线离得越开,表 示该系统越容易分离。 (√ )

一、判断题(每题2分,共16分
2. 若精馏塔操作压力越大,则相对挥发度越大。 (× )

p ?? p

* A * B

组分的饱和蒸汽压与操作压力无关,只与操作温 度相关。

一、判断题(每题2分,共16分
3. 精馏塔设计时,若回流比R增加,并不意味产品 D减小。 (√ )

精馏塔设计过程中,产品D只取决于物料衡算。

一、判断题(每题2分,共16分
4. 精馏塔操作时,当操作回流比小于最小回流比 时,则精馏塔将无法操作。 (× )

一、判断题(每题2分,共16分
5. 亨 利 定 律 只 能 用 于 总 压 不 太 高 时 的 稀 溶 液 。 (√ )

亨利定律是在总压不太高(一般不超过 0.5MPa ) 恒定温度下的稀溶液中适用。

一、判断题(每题2分,共16分
6. 在相同的液相浓度下,易溶气体溶液上方的分 压较小。 (√ )

c p ? H
?

一、判断题(每题2分,共16分
7. 扩散系数是物质的特性常数之一,温度越高其 值越大。 (√ )

由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现— 分子扩散。

一、判断题(每题2分,共16分
8. 漂流因素反映总体流动对传质速率的影响,其 值恒大于1。 (√ )

有总体流动的传质速率较单纯分子扩散的速率大

二、填空(每空2分,共38分)
1. 蒸馏是分离 均相液体混合物 的一种常用方 法,其分离依据是 液体组分挥发度的不同 ;条 件是 形成气液两相体系。

二、填空(每空2分,共38分)
2 、 某 精 馏 塔 的 精 馏 段 操 作 线 方 程 为 y=0.778x+0.217,则该精馏塔的操作回流比为 3.5, 馏出液组成为 0.9765 。

R ? 0.778 ? R ? 3.5 R ?1 1 1 xD ? xD ? 0.217 ? xD ? 0.9765 R ?1 3.5 ? 1

二、填空(每空2分,共38分)
3、在精馏塔设计中,当F,xF,xD ,xW为一定,并 维持回流比不变,加料热状态由原来的饱和蒸汽 加料改为饱和液体加料,则所需理论板数NT 减 少 。(增加,不变,减少)。 根据题意,R、 xD 不变故精馏段操作线不变。 加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体 加料,意味着提馏段操作线斜率减小。

f

a

d b

e

c xW xF 所需理论板数减小 xD

二、填空(每空2分,共38分)
4、某精馏塔操作时,F,xF,q,V保持不变,增 加回流比R,则此时xD 增加 , xw 增加 。(增加,不变,减少) 。

根据题意,增加回流比R,精馏段操作线斜率增加。 xF,q,V保持不变,那么q线不变,又提馏段操作 线斜率

L? V ? ? W V ? (1 ? q) F ? W ? ? V? V? V ? (1 ? q) F

二、填空(每空2分,共38分)
V V ? ? R ? 1? D ? D ? , V 不变,R ?? D ? R ?1 W ? F ? D, F 不变, D ?? W ?

L? V ? (1 ? q ) F ? W ? , V 、q、F 不变,W ? V? V ? (1 ? q ) F L? ? ? V?

f d
e

a

b

c

xW

xF

xD

二、填空(每空2分,共38分)
5、某二元物系的相对挥发度α=3,在具有理论板 的精馏塔内于全回流条件下进行操作,已知xn= 0.3,则yn-1=0.794(由塔顶往下数)。

3xn 0.9 yn ? ? ? 0.5625 1 ? 2 xn 1.6 xn?1 ? yn ? 0.5625
3xn ?1 0.5625 ? 3 yn ?1 ? ? 1 ? 2 xn ?1 1 ? 0.5625 ? 2 ? 0.794

n ?1

yn?1
xn ?1

n
xn

yn

n ?1
xn ?1

yn?1

二、填空(每空2分,共38分)
6、吸收的目的是 分离气体混合物 ;依据是 气体 在溶剂中溶解度的差异 。
7、用水吸收氨-空气混合气体中的氨,是属于 气 膜 控制的吸收过程。对于该过程来说,要提高吸 收速率,则应该设法减小 气膜 阻力。(气膜、 液膜)

1 1 1 ? ? KG Hk L kG

二、填空(每空2分,共38分)
8、在气体流量,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,则传质推动力将 减 少。(增加,不变,减少) 根据题意

V 、Y1、Y2、X 2不变 L V 不变、L ?? ? V

Y1

L V

Y*=f(X)

B

B?

B*

Y2

T

X2

X1

? X1

* X1

二、填空(每空2分,共38分)
9、含溶质A 摩尔分数为xA=0.2的溶液与压力为 2atm,yA=0.15的气体等温接触(此条件下的平衡 关系为:pA=1.2xA)。则此时将发生 吸收 过 程(吸收、解吸)。用气相组成和液相组成表示 的总传质推动力分别为△y= 0.03 , △x= 0.05 。如系统温度增高,则△y将 减少 ;如系统 总压增高,则△x将 增加 。(增加,不变,减少) (1)判断传质方向 p A ? py A ? 2 ? 0.15 ? 0.3 atm

p? A ? 1.2 x A ? 1.2 ? 0.2 ? 0.24 atm ? p A

二、填空(每空2分,共38分)
(2)以y表示的传质推动力

p 0.24 ?y ? y A ? y ? y A ? ? 0.15 ? ? 0.03 p 2 (3)以x表示的传质推动力 pA 0.3 ? ?x ? xA ? xA ? ? xA ? ? 0.2 ? 0.05 1.2 1.2 (4)系统温度增高 t ?? 溶解度 ?? E ? ExA ? 又?y ? y A ? y A ? y A ? ? ?y ? p
? A

? A

二、填空(每空2分,共38分)
(4)系统压力增高

py A p ? ,?x ? x ? x A ? ? xA 1.2 ? ?x ?
? A

三、选择题(每题3分,共21分)
1、某两组分混合物,其中A为易挥发组分,液相 组 成 xA=0.4 , 相 应 的 泡 点 温 度 为 t1 , 气 相 组 成 yA=0.4,相应的露点温度为t2,则( A )。 A. t1 <t2 ; B. t1= t2 ; C. t1> t2; D. 不能判断

三、选择题(每题3分,共21分)
2、精馏的两操作线都是直线,主要是基于 ( D )。 A.理论板的概念; B.理想溶液; C.服从拉乌尔定律; D.恒摩尔流假设.

三、选择题(每题3分,共21分)
3、有利于吸收操作的条件是 ( A )。 A.温度下降,总压上升; B.温度上升, 总压下降; C.温度、总压均下降; D.温度、总压均上升。

三、选择题(每题3分,共21分)
4、在逆流吸收塔中,用清水吸收混合气中溶质组 分。其液气比 L/V 为 2.7 ,平衡关系可表示为 y = 1.5x,溶质的回收率为90%,则液气比与最小液气 比的比值为( C )。 A.1.5; B.1.8; C.2; D.3。
Y1 ? Y2 Y1 ? Y2 Y1 ? Y2 ?L? ? ? ? m ? ? ? Y1 m Y1 ? V ?min X 1 ? X 2 ? ? A m ? 0.9 ?1.5 ? 1.35 ?L? ?L? ? ? ? ? ? 2.7 / 1.35 ? 2 ? V ? ? V ? min

三、选择题(每题3分,共21分)
5、吸收塔操作中,当吸收剂用量趋于最小用量时, 完成一定的分离任务时( D )。 A. 回收率趋向最高; B. 吸收推动力趋向最大; C. 操作最为经济; D. 填料层高度趋向无穷大。

三、选择题(每题3分,共21分)
6、传质单元数NOG( B )。 A.取决于物系、设备、填料几何特性和气、液流 率等操作条件; B.与设备形式无关,只与物系相平衡及进出口浓 度有关。

dY N OG ? ? Y2 Y ? Y *
Y1

三、选择题(每题3分,共21分)
7、在以下情况中,哪一个属液相扩散控制? ( C )。 A.平衡常数m极小; B.溶解度系数H极高;C.亨利 系数E极高。
1 1 1 ? ? KG Hk L kG ? 1 ? 当H 极小 ? 极大 ? 时才是液相传质控制 ? Hk L ? 也就是m极大或者E极大

四、计算题(共25分)
1 ( 15 分)、用连续精馏塔每小时处理 100kmol 含苯 40% 和 甲苯 60% 的混合液,饱和液体进料,泡点回流。要求馏出 液中含苯90%,残液中含苯1%(组成均以摩尔分数计)。 试求: (1)馏出液和残液的量(kmol/h); (2)若塔釜每小时汽化量为132kmol,则回流比为多少? (3)因长期操作,再沸器内结垢,试问对塔顶、塔底产品 质量有何影响? 如何才能维持产品质量不变?假设此时D不变(写出分析过 程)。

四、计算题(共25分)
解:(1)全塔物料衡算

?F ? D ? W ? ? FxF ? DxD ? WxW

?100 ? D ? W ? ?100 ? 0.4 ? 0.9 D ? 0.01W

? D ? 43.82 kmol / h ? ?W ? 56.18 kmol / h

(2)塔釜每小时汽化量为132kmol,即

V ? ? 132 kmol / h, 又q ? 1 V ? ? V ? ?1 ? q ? F ? ? R ? 1? D ? ?1 ? q ? F ? ? R ? 1? D V 132 R ? ?1 ? ? 1 ? 2.01 D 43.82

四、计算题(共25分)
(3)因长期操作,再沸器内结垢,即V’减小 V ? ? V ? ?1 ? q ? F ? V ? RD, D不变V ? ?? R ?

L R 1 L ? ? ,R ?? ? V R ?1 1? 1 V R F ? D ? W , F、D不变 ? W 不变 L? V ? ? W W L? 又 ? =1+ ,W 不变、V ? ?? ? V? V? V? V? 物料衡算限制 FxF ? DxD ? WxW,、 F D、W、xF 不变

? xD ?, xW ? 或者xD ?, xW ?

d

f

a

b

e

c

xW

xF

xD

四、计算题(共25分)
要维持xD,xW不变,a、及时清除污垢;b、提高再 沸器加热蒸汽压力。

四、计算题(共25分)
2(10分)、某吸收塔中,物系的平衡线方程为y=2.0x,操 作线方程为y=3.5x+0.001。当y1=0.06,y2=0.0020时,试求: (1)吸收液的入塔浓度x2和出塔浓度x1 ; (2)气相总传质单元数NOG; (3)若HOG=1.0m,所需填料层高度Z。
解:(1)根据操作线方程

y1 ? 0.001 0.06 ? 0.001 x1 ? ? ? 0.0169 3.5 3.5 y ? 0.001 0.002 ? 0.001 x2 ? 2 ? ? 0.0003 3.5 3.5

四、计算题(共25分)
(2)平均推动力法计算气相总传质单元数NOG;
?y1 ? y1 ? y1? ? 0.06 ? 2.0 ? 0.0169 ? 0.0262
? ?y2 ? y2 ? y2 ? 0.002 ? 2.0 ? 0.0003 ? 0.0014

?ym ?

?y1 ? ?y2 0.0262 ? 0.0014 ? ? 0.0085 ? ?y1 ? ? 0.0262 ? ln ? ln ? ? ? 0.0014 ? ? ? ?y1 ?

N OG

y1 ? y2 0.06 ? 0.002 ? ? ? 6.82 ?ym 0.0085

(3)若HOG=1.0m,所需填料层高度Z

Z ? H OG NOG ? 6.82 ?1 ? 6.82 m


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