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化工原理期中考试答案

化工原理(下)期中考试

学号姓名分数

一、填空题(每空1分,共27分)

1.在常压操作的连续精馏塔中分离含甲醇0.4和水0.6(均为摩尔分率)的溶液,求以下各种进料热状况下的

q值。1)预热后气相占30%的原料2)泡点进料3)露点进料。

2.用饱和蒸汽压法表示气液两相平衡关系x= ,y= 。

3.常用的塔板类型有;;;。

4.操作回流比一般为最小回流比。

5.当双组分的相对挥发度接近于1,可采用和进行分离。

6.已知二元理想溶液上方易挥发组分A的气相组成为0.4(摩尔分率),在平衡温度下,A组分的饱和

蒸气压为125kpa,B组分的饱和蒸气压为105kpa。平衡时总压为kpa,A的液相组成为,B组分的液相组成为,相对挥发度等于。

7.板式塔不正常操作现象通常有_______ 、______ 和______ 。

8.根据双膜理论,水吸收空气中氨的过程属控制过程;水吸收空气中CO2的过程属

控制过程。上述两种气体中,采用化学吸收,可显著提高吸收速率。

9.板式塔液泛的原因是。

10.向盛有水的鼓泡吸收器中通入纯CO2,经充分接触后,测得水中的CO2平衡浓度为2.857*10-2koml/m3,

鼓泡器内总压为98.1kpa,水温为30℃,溶液的密度为1000kg/m3,求亨利常数E ,H 及相平衡常数m 。(有单位写上单位)

11.物质在单相流体内传递的两种方式有和。

12.在双组分等分子反向扩散中,A ,B组分的传质速率扩散速率。(等于、大于、小于)

二、选择题(每小题2分,共8分)

1. 以下五种相同尺寸和材料的填料中,的单位床位层高度压降最大。

A 拉西环

B 鲍尔环

C 阶梯环

D 矩鞍环

E 共轭环

2.下列命题不正确是_______。

A上升气速过大会使板效率下降。B 上升气速过大会引起液泛。

C上升气速过大会造成过量的液沫夹带。D 上升气速过大会造成过量的气泡夹带。

3. 吸收塔出口气体浓度上升的原因可能是。

A 气体进口浓度上升

B 吸收剂温度下降

C 吸收剂用量增大

D 都有可能

4. 精馏操作时,回流比越大,理论板数N 。

A 越少

B 越大

C 不变

D 不一定

三、计算题(65分)

1. 在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为

2.5。原料液组成为0.35(易挥发组分的摩尔分数,下同),饱和蒸气加料。已知精馏段操作线方程为y = 0.75x +0.20,试求(1)操作回流比与最小回流比的比值;(2)若塔顶第一板下降的液相组成为0.7,该板的气相默弗里效率E MV1。

解:(1)R 与R min 的比值 先由精馏段操作线方程求得R 和x D ,再计算R min 。

由题给条件,可知

75.01=+R R

解得 3=R

8.042.0)1(20.0=?=+=R x D

对饱和蒸气进料,q = 0,y q = 0.35

1772.0)35.01(5.235.035.0)1(q q q q =

-+=-+=y y y x α

604.21772.035.035

.08.0q q q D min =--=--=x y y x R

则 152.1604

.23min ==R R

(2)气相默弗里效率 气相默弗里效率的定义式为

12

M,V *12

y y E y y -=- (1)

式中 8.0D 1==x y

725.020.07.075.020.075.012=+?=+=x y

8537.07

.05.117.05.2)1(111*

1=?+?=-+=x x y αα

将有关数据代入式(1),得

%3.58583.0725.08537.0725

.08.0V M ,==--=E

2. 在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50 kmol/h ,要求馏出液中易挥发组分的收率为94%。已知精馏段操作线方程为y = 0.75x +0.238;q 线方程为y = 2-3x 。试求(1)操作回流比及馏出液组成;(2)进料热状况参数及原料的总组成;(3)两操作线交点的坐标值x q 及y q ;(4)提馏段操作线方程。

解:(1)操作回流比及馏出液组成 由题给条件,得

75.01

=+R R 及238.01D =+R x 解得 R = 3,x D = 0.952

2)进料热状况参数及原料液组成 由于

31q q =--及21F =-q

x 解得 q = 0.75(气液混合进料),x F = 0.5

(3)两操作线交点的坐标值x q 及y q 联立操作线及q 线两方程,即

238.075.0+=x y

23y x =-

解得 x q = 0.4699及y q = 0.5903

(4)提馏段操作线方程 其一般表达式为

W V n,W n,V n,L n,x q q x q q y '''

-'='

式中有关参数计算如下:

kmol/h 68.24kmol/h 952.05.05094.0D F F n,A D n,=??==x x q q η ()n,W n,F n,D 5024.68q q q =-=-kmol/h =

25.32 kmol/h

()()0592.032.255.05094.011W n,F F n,A W =??-=-=q x q x η

()n,L n,D n,F 324.680.7550q Rq qq '=+=?+?kmol/h =111.54 kmol/h

()n,V n,L n,W 111.5425.32q q q ''=-=-kmol/h = 86.22 kmol/h

则 111.5425.320.0592 1.2940.0173986.2286.22y x x ''=

-?=-

在101.3 kPa 及25 ℃的条件下,用清水在填料塔中逆流吸收某混合气中的二氧化硫。已知混合气进塔和出塔的组成分别为y 1=0.04、y 2=0.002。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律,亨利系数为4.13×103 kPa ,吸收剂用量为最小用量的1.45倍。

(1) 试计算吸收液的组成;

(2) 若操作压力提高到1013 kPa 而其他条件不变,再求吸收液的组成。

解:(1)111

0.040.0417110.04y Y y ===-- 2220.0020.002110.002y Y y =

=≈-- 3t 4.131040.77101.3E

m p ?===

吸收剂为清水,所以 02=X

n,L 12n,V

12min 0.04170.00238.81/0.0417/40.770q Y Y q Y m X ??--=== ? ?--?? 所以操作时的液气比为

n,L n,L n,V n,V min

1.45 1.4538.8156.27q q q q ??==?= ? ??? 吸收液的组成为

()()n,V 41122n,L 10.04170.00207.0541056.27q X Y Y X q -=-+=?-+=? (2) 3

t 4.1310 4.0771013

E m p ?'===' n,L

12n,V 12min 0.04170.002 3.8810.0417/04.077

q Y Y q Y m X '??--=== ? ?'-??- n ,L n ,L n ,V n ,V m i n 1.451.453.8815.627q q q q ''????==?= ? ? ? ????

? ()()n ,V 31122n ,L 10.04170.00207.05

5105.627q X Y Y X q -'??'=-+=?-+=? ? ???

6. 在一直径为0.8 m 的填料塔内,用清水吸收某工业废气中所含的二氧化硫气体。已知混合气的流量为45 kmol/h ,二氧化硫的体积分数为0.032。操作条件下气液平衡关系为34.5Y X =,气相总体积吸收系数为0.056 2 kmol/(m 3·s)。若吸收液中二氧化硫的摩尔比为饱和摩尔比的76%,要求回收率为98%。求水的用量(kg/h )及所需的填料层高度。 解:1110.0320.0331110.032y Y y ===--

()()21A 10.033110.980.000662Y Y ?=-=?-=

4110.0331

*9.5941034.5Y X m -===?

44110.76*0.769.594107.29110X X --==??=?

惰性气体的流量为

n,V 45(10.032)kmol/h 43.56kmol/h q =?-=

水的用量为

()n,V 123n,L 412()43.560.03310.000662kmol/h 1.93810kmol/h 7.291100q Y Y q X X --?-===?-?- 34m,L 1.9381018kg/h 3.48810kg/h q =??=?

求填料层高度 m 429.0m 8.0785.00562.03600

/56.432Y V n,OG =??=Ω=a K q H

4

111*0.033134.57.291100.00795Y Y Y -?=-=-??=

222*0.00066234.500.000662Y Y Y ?=-=-?= 12

m 1

20.007950.0006620.002930.00795ln ln 0.000662

Y Y Y Y Y ?-?-?===

??

07.1100293.0000662

.00331.0m 2

1OG =-=?-=Y Y Y N

m 749.4m 429.007.11O G O G =?==H N Z