化工原理(下册)期末试题样卷及答案

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 -433

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 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<H1； （D） 0< 1 。 o

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 ；

（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）

o

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？

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）

1、不变，增大 2、减小、增加 3、t1 t2 4 、降低，升高 5、2.08

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

可知y、G不变， HOG不变、NOG不变；又m不变，故 1/A 不变。由吸收因数法

1

ymx2不变，由此可知y2 。

2 mx2

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。

NA kH(Hw H)

r(t tw)；气速增大 kH和 增大 NA恒

w

（1因为S/F=1又yA xA连接SE、 也可BBASAS

（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）

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)

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）

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：

(2) 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？

o

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 0.306Gx10.098 0 1/A m 0.5 1.63；A 0.612 0.306

NOG

mG y1 mx2mG 1 ln 1 mG LL y mx 22 1 L 10.05 ln 1 1.63 1.63 4.61 1.63 0.02

(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 2L2

11 y1 4.6 ln 1 1 1 A A y21 A 10.05 ln 1 0.815 0.815 1 0.815 ya

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）

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：

（5） 塔顶、塔底产品量D、W（kmol/h）及塔底产品浓度xW；

（6）写出此操作条件下的精馏段操作线方程；

（7）写出此操作条件下的提馏段操作线方程；

（8）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？

六、精馏计算题（20分/6、6、6、2）

（1）

DxD0.9D 0.90FxF1000 0.5

D 500kmol/h

0D W 100

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 1xe1 1.5 0.5

Rmin 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 d

xd xW 故提馏段操作线方程为：xm xW

ym 1 0.10.673 0.1 xm 0.10.5 0.1

即 ym 1 1.4325xm 0.04325

或者V （R 1）D 2.304 500 1152

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

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