2011-2012学年第2学期期末考试化工原理试题B答案

滨州学院2011－2012学年第二学期期末考试

应用化工技术专业（专）2010级《化工原理Ⅲ2》试卷（B）

答案及评分标准

一、填空（每空1分，共22分）

1．待分离的物系为水溶液；水为难挥发组分

2．塔操作压强、进出塔的物料量、回流比、进料组成和进料热状况、再沸器和冷凝器的传热性能和条件、设备的散热情况(任意写出三种)。 3．yn+1=xn、ym+1=xm

4．混合液中各组分挥发度的差异、

由塔板或填料层所构成的若干个接触级、塔顶有液相回流、塔底有上升气流。 5．不变、增加

6．① 液相 气相 ② 气膜 ③ 塔底 7．降低、升高

8．液体、气体、液体分布

9．严重漏液、严重气泡夹带、降液管液泛、严重雾沫夹带、液相不足。 10．物料本身的结构、形状和大小；物料内部迁移控制阶段 二、选择（每空2分，共34分）

1、A；2、BAB；3、B；4、A；6、BA； 7、D；8、A；9、A；10、D；11、A。 三、简答（共42分） 1．溶质渗透模型的要点

① 液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两相处于湍流状态相互接触时，液相主体中的某些单元运动至 相界面便停滞下来。在气液未接触前，流体单元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。

② 随着接触时间的延长，溶质 A通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗透。

③ 流体单元在界面处暴露的时间是有限的，经过时间θc后，旧的流体单元即被新的流体单元所置换而回到液相主体中去。在流体单元深处，仍保持原来的主体浓度不变。

④ 流体单元不断进行交换，每批流体单元在界面暴露的时间θc 都是一样的。 2．传质过程对设备的基本要求

单位体积中，两相的接触面积应尽可能大

两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等现象发生 流体的通量大，单位设备体积的处理量大 流动阻力小，运转时动力消耗低 操作弹性大，对物料的适应性强

结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全可靠 3、吸收剂选择的原则

溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大。

选择性吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微。

挥发度吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。 黏度吸收剂在操作温度下的黏度要低。

其它无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。 4．蒸馏分离具有以下特点

? 通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品 ? 适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物 ? 蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离 ? 蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题

5．什么是平衡水分与自由水分

当一定状态的未饱和的湿空气流过某湿物料表面时，由于湿物料表面水的蒸汽压与空气中水蒸汽分压不等，则湿物料释出或吸收水分，直到物料表面水的蒸汽压

与空气中水蒸汽分压相等时为止，即物料中的水分与该空气中水蒸汽达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件下物料的平衡水分，用X*表示。物料中超出平衡水分的水分称自由水分。

四、计算（第1题13分，第2题14分，第3题14分，共41分）

1．在100 kPa压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。原料液处理量为100 kmol，汽化率为0.44。操作范围内的平衡关系可表示为y率和残液的组成。

解：（1）平衡蒸馏（闪蒸） 依题给条件 q?1?0.44?0.56 则

y?qq?1x?xFq?1?0.560.56?1x?0.550.56?1?1.25?1.273x?0.46x?0.549。试求两种情况下易挥发组分的回收

由平衡方程

y?0.4x6? 40.5联立两方程，得y = 0.735， x = 0.4045

nD?0.44nF?0.44?100kmol = 44kmol

??nDynFxF?100%?44?0.735100?0.55?100%?58.8%

（2）简单蒸馏

nD?44lnnFnWkmol

10056?nW?56kmol

?ln?0.55xWdxy?x

即

10.579?80.540.54?90x.W54 ln0.5?49?0.540.55解得 xW = 0.3785

y?xF?nWnD?xF?xW??0.55?5644?0.55?0.3785??0.7683

?A?44?0.7683100?0.55?100%?61.46%

简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液组成低（0.3785）

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xq及yq；（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

RR?1?0.75及

xDR?1?0.238

解得 R = 3，xD = 0.952

2）进料热状况参数及原料液组成 由于

qq?1??3及

xF1?q?2

解得 q = 0.75（气液混合进料），xF = 0.5

（3）两操作线交点的坐标值xq及yq 联立操作线及q线两方程，即

y?0.75x?0.238y?2?3x

解得 xq = 0.4699及yq = 0.5903

（4）提馏段操作线方程 其一般表达式为

y??qn,L?qn,V?x??qn,Wqn,V?xW

式中有关参数计算如下：

qn,D??Aqn,FxFxD?0.94?50?0.50.952kmol/h?24.68kmol/h

qn,W?qn,F?qn,D??50?24.68?kmol/h = 25.32 kmol/h

xW??1??A?qn,FxFqn,W??1?0.94??50?0.525.32?0.0592

qn,L??Rqn,D?qqn,F??3?24.68?0.75?50?kmol/h =111.54 kmol/h qn,V??qn,L??qn,W??111.54?25.32?kmol/h = 86.22 kmol/h

则

y??111.54??x86.2225.32?0.059?286.221.2x?940 .017393．在总压为110.5 kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的

3c?1.06koml/m。氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为y?0.032、

气膜吸收系数kG=5.2×10-6 kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=1.55×10-4 m/s。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725 kmol/(m3·kPa)。 （1）试计算以?p、?c表示的总推动力和相应的总吸收系数；

（2）试分析该过程的控制因素。 解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为

?p?p?*pc?tpy?H1.06(?110.5?0.03?20.725)k?PakPa 2.074 其对应的总吸收系数为

1KG?1HkL?1kG?(310.725?1.55?1052?4?15.2?10?6)(m?s?kPa)/kmol

2?(8.899?10?1.923?10)(m?s?Pa)/kmol?2.012?10(m?s?Pa)/kmol

52

KG?4.97?10?6kmol/(m2·s·kPa)

以液相组成差表示的总推动力为

?c?c*?c?pH?c?(110.5?0.032?0.725?1.06)kmol/m?1.504kmol/m

33 其对应的总吸收系数为

KL?11kL?HkG?111.55?10?4?0.7255.2?10?6m/s?6.855?10?6m/s

（2）吸收过程的控制因素

气膜阻力占总阻力的百分数为

1/kG1/KG?KGkG?4.97?105.2?10?6?6?100%?95.58%

气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。

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