化工原理(下册)期末试题样卷及答案
更新时间:2024-07-03 17:04:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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一、填空选择题(25分,每空1分)
1、对一定操作条件下的填料吸收塔,如将填料层增高一些,则该塔的HOG将
__________,NOG将__________ 。
2、在吸收塔的设计中,当气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时,若 减小吸收剂用量,则传质推动力将_____________,设备费用将___________。 3、某二元混合物,其中A为易挥发组分。液相组成xA=0.4,相应的泡点为t1;汽 相组成yA?0.4,相应的露点为t2。则t1与t2大小关系为????????????。 4、简单蒸馏过程中,釜内易挥发组分浓度逐渐________,其沸点则逐渐_________。 5、已知塔顶第一块理论板上升的汽相组成为y1=0.63(摩尔分率,下同),将其全 部冷凝为泡点液体,该液体在贮罐内静止分层,上层xD=0.9作为产品,下层x0=0.5 于泡点下回流,则回流比R=???????。
6、设计精馏塔时,已知原料为F,xF,分离要求为xD和xW,加料热状态q已选 定,今若选择较大的回流比R,则NT____, L/V_______?(增加,不变,减少) 7、萃取操作依据是_____________ ______________________________。选择萃 取剂的主要原则___________________________、___________________________和 _________________________________ 。
8、有一实验室装置将含A 10%的A、B混合物料液50公斤和含A 80%的A、B混合物料 液20公斤混合后,用溶剂S进行单级萃取,所得萃余相和萃取相脱溶剂后又能得到 原来的10% A和80% A的溶液。问此工作状态下的选择性系数β=____________ 9、在101.3kPa下,不饱和湿空气的温度为295K、相对湿度为69%,当加热到303K时, 该空气下列参数将如何变化? 相对湿度______,湿球温度______,露点______。 10、已知湿空气总压为100kPa, 温度为40℃, 相对湿度为50%, 已查出40℃时 水的饱和蒸气压Ps为7.375 kPa, 则此湿空气的湿度H是____________kg水/kg绝 干气,其焓是____________kJ/kg绝干气。
11、对某低浓度气体吸收过程,已知相平衡常数m = 2,气、液两相的体积传质系 数分别为kya = 2?10kmol/(m?s),kxa = 0.4kmol/(m?s)。则该吸收过程为________ 阻力控制。
(A)气膜 (B)液膜 (C)气、液双膜 (D)无法确定
12、某精馏塔的设计任务为:原料为F、xf,塔顶为xD,塔底为xW,若塔釜上升蒸汽
-4
3
3
1
量V?不变,加料热状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体,则所需理论板
NT???????????????。
(A)增加 (B)减少 (C)不变 (D)不确定
13、在精馏塔设计计算中,当F、xF、R、D和W一定,并保持实际操作气速不变,而q值减小,则___ ____。
(A)精馏段塔径不变,提馏段塔径减小 (B)精馏段塔径增大,提馏段塔径不变 (C)精馏段塔径减小,提馏段塔径增大 (D)精馏段塔径减小,提馏段塔径减小 14、在B-S部分互溶体系的单级萃取过程中,若加入的纯溶剂量增加而其它操作条
o件不变,则萃取液浓度yA__ _____。
(A)增大 (B)下降 (C)不变 (D)变化趋势不确定 15、温度为t0,湿度为H0,相对湿度为?0的湿空气,经一间接蒸汽加热的预热器后, 空气的温度为t1,湿度为H1,相对湿度为?1,则__ __ _
(A) H0>H1; (B)?0>?1; (C)H0
二、问答题(15分,每小题5分)
1、操作中的吸收塔,若吸收剂入塔浓度x2降低,其他操作条件不变,试定性分析气体出塔浓度y2、液体出塔浓度x1的变化趋势。(可画图说明:NOG不变条件下,x1只能变小)
2、精馏塔在一定条件下操作,若回流液由饱和液体改为冷液时,其塔顶产品组成有何变化?为什么?
3、提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时; xC值将会变大还是变小? 试从干燥机理加以分析。
三、萃取计算题(10分)
用纯溶剂S进行单级萃取,xF =0.15(质量分率,下同),萃取相中A的浓度与萃余相中A的浓度相同,采用溶剂比S/F为1。试求: (1)选择性系数?;
o(2)当溶剂用量为最少时的萃取液浓度yA。(设所涉及范围内分配系数kA均相同)
2
四、干燥计算题(15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0.0073Kg水/Kg绝干气,焓为35KJ/Kg绝干空气;空气进干燥器温度为90℃,焓为109KJ/Kg绝干气;空气出干燥器温度为50℃;湿含量为0.023Kg水/Kg绝干气;进干燥器物料含水量为0.15Kg水/Kg绝干料;出干燥器物料含水量为0.01Kg水/Kg绝干料;干燥器生产能力为237Kg/h(按干燥产品计)。试求: (1)绝干空气的消耗量(Kg绝干气/h);
3
(2)进预热器前风机的流量(m/s);
(3)预热器加入热量(KW)(预热器热损失可忽略)。
附:湿空气比体积计算公式:vH=(2.83×10-3+4.56×10-3H)×(t+273)
五、吸收计算题(15分)
在填料塔中,用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A,已知气体混合物中溶质A的初始组成为0.05,通过吸收,气体出口组成为0.02,溶液出口组成为0.098(均为摩尔分率),操作条件下的气液平衡关系为y = 0.5x,并已知此吸收过程为气膜控制,试求:
(1) 气相总传质单元数NOG;
(2)当液体流量增加一倍时,在气量和气液进口组成不变的情况下,溶质A被吸收的量变为原来的多少倍?
六、精馏计算题(20分)
含苯0.5(摩尔分率,下同)、流量为1000kmol/h的苯?甲苯混合液在一常压连续操作的精馏塔内进行分离。按工艺要求塔顶馏出液中苯含量不低于0.9,苯的回收为90%,泡点进料和泡点回流,且R=1.5Rmin,?=2.5。试求:
(1) 塔顶、塔底产品量D、W(kmol/h)及塔底产品浓度xW; (2)写出此操作条件下的精馏段操作线方程; (3)写出此操作条件下的提馏段操作线方程;
(4)若在塔操作中将上述进料浓度改为0.4,而维持F、q、R、D不变,能否达到 分离要求?
3
化工原理(下册)B卷试题评分标准及参考答案
一、 填空选择题(25分,每空1分)
、降低,升高 5、2.08 1、不变,增大 2、减小、增加 3、t1?t2 4
6、减少,增大 7、溶液中各组分在溶剂中溶解度有差异、较强溶解能力、较高选择性、易于回收 8、 36 9、降低,升高,不变 10、0.0238、 101.69/100.69 11、A 12、A? 13、A 14、D 15、B 二、问答题(15分,每小题5分)
1、?L、G不变,?HOG不变、NOG不变;又m不变,故 1/A 不变。由吸收因数法可知 不变,由此可知y2?。
至于x1的变化,则可用排除法判断:假设x1不变或变大,可见均与NOG不变相 矛盾。因此,x1必变小。
2、从泡点回流改为冷液回流时,xD ↑。其原因是:冷液回流至塔顶时,冷凝一部分蒸气,放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。冷凝部分中含难挥发组分较大,使气相易挥发组分增浓。同时,在塔顶回流比保持不变的条件下,增加了塔内的内回流,使得精馏段实际回流比增大,操作线向平衡线靠近,所需NT减少,这也有利于分离。
3、xC↑ 因为提高干燥时气流速度可导致等速阶段U0增加,随着U0↑,内部水分扩散不及的现象就可能提前来临,即x0↑。也就是:临界含水量x0随恒速阶段的干燥速率的增加而增大。
y1?mx2y2?mx2NA?kH(Hw?H)??rw(t?tw);气速增大?kH和?增大?NA恒?
物料本性、气固接触方式均相同条件下,NA恒??XC?
三、萃取计算题(10分/7、3,结果允许有误差) (1)作图法求解:连接xF、S两点, 因为S/F=1,所以FS中点即为合点M。
又yA?xA,故过M作水平线RE即为连结线, 连接SE、SR,并延长至E、R,
00y xAA由图上可读出=0. 54,=0. 1
00 A y?A,maxE? M′ E′xF R?? R M E B S 4
0yA/xA0yA0/xA00.54/0.1???00???10.5600yB/xB(1?yA)/(1?xA)(1?0.54)/(1?0.1)也可??yA/xAyA/xA??10.56yB/xB(1?yA?yS)/(1?xA?xS)
(2)设FS线与平衡线左交点为M?,过M?作水平线M?E?,则M?E?即为S用量最少
o时的连结线。连结SE?并延长至AB边上,得yA=0. 6(虚线位置)
四、干燥计算题(15分,每小题5分)
1.求绝干空气量V(考察X与w之间的关系)
GC =G2 (1-w2 )=G2 /(1+X2 )=237/(1+0.01)=234.7Kg绝干料/h W=GC (X1 -X2 )=234.7(0.15-0.01)=32.9Kg/h V=W/(H2-H1)=32.9/(0.023-0.0073)=2096Kg绝干气/h 2.求风机流量L
vH=(2.83×10-3+4.56×10-3Ho)×(to+273) =(2.83×10-3+4.56×10-3×0.0073)×(15+273)
3
=0.825m湿空气/Kg绝干气
33
L=V×vH =0.825×2096=1729.2m/h=0.480 m/S 3.求预热器加入热量QP
QP = V(I1 -I0 )=2096(109-35) =155104KJ/h=43.08KW
五、吸收计算题(15分/9、6)
(1) 属低浓气体吸收 ,x2=0
Ly1?y20.05?0.02???0.306Gx0.098?01
1/A?m?0.5?1.63;A?0.612
LG0.306NOG?
???mG?y1?mx2mG?1ln??1????mG??L?y2?mx2L?1?L
(2) L增大一倍时,因吸收过程为气膜控制,故Kya不变,HOG不变,所以NOG也不变。
而
1mG1.63???0.815;A?1.224,则 A?2L210.05??ln??1?1.63??1.63??4.61?1.63?0.02? 5
4.6?
??1?y1?ln??1??1??1???A??A??y21?A?
??10.05?ln??1?0.815??0.815??1?0.815?ya?1? ?y2?0.00606?L增大一倍后,溶质A被吸收的量=G?y1?y2?
而原状况下溶质A被吸收的量=G?y1?y2?
??y1?y2?0.05?0.00606G?y1?y2????1.46(倍)??Gy?yy?y0.05?0.021212
六、精馏计算题(20分/6、6、6、2) (1)
Dx0.9D?D??0.90FxF1000?0.5 ?D?500kmol/h
1000?D?W ?W?500kmol/h
1000?0.5?D?0.9?WxW
(2)泡点进料,xe?xF?0.5
?xe2.5?0.5ye???0.7141????1?xe1?1.5?0.5Rmin?xD?ye0.9?0.714??0.869ye?xe0.714?0.5?xW?0.1
R?1.5?Rmin?1.5?0.869?1.304
精馏段操作线方程:
xR1.3040.9yn?1?xn?D?xn??0.566xn?0.390R?1R?12.3042.304
(3)精馏段操作线与q线交点d坐标为:xd?xF?0.5,yd?0.566xd?0.390?0.673
ym?1?xWy?xW?dxd?xW 故提馏段操作线方程为:xm?xW 6
ym?1?0.10.673?0.1?xm?0.10.5?0.1y?1.4325x?0.04325即
m?1m或者V?(R?1)D?2.304?500?1152
L?RD?qF?1.304?500?1000?1652则可得提溜段方程y?1.434x?0.0434(4) xD 不能达到分离要求。
此题可图解说明
7
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