化工原理试卷2(下).pdf

第第 1 页页 共共 7 页页 A卷卷 密 封 线 2010 2011 学年学年 第第 2 学期学期 化工原理化工原理 下册下册 课程考试试卷课程考试试卷 A 参考答案及评分标准参考答案及评分标准 注意 1 本试卷共 6 页 2 考试时间 120 分钟 一一 选择题选择题 12 小题小题 共共 25 分分 1 2分分 吸收速率主要取决于通过双膜的扩散速度 要提高气液吸收效果 则要 D A 增加气膜和液膜厚度 B 减少气膜厚度和增加液膜厚度 C 增加气膜厚度和减少液膜厚度 D 减少气膜和液膜厚度 2 2分分 传质通量NA等于扩散通量JA的充要条件是 B A 单向扩散 B 等摩尔相互扩散 C 涡流扩散 D 定态扩散 3 2分分 只要组分在气相中的分压 B 液相中该组分的平衡分压 解吸就会继续进 行 直至达到一个新的平衡为止 A 大于 B 小于 C 等于 D 不等于 4 2 分分 为提高吸收系数以强化吸收过程 对气膜控制过程 应采取 C 对液膜 控制过程 应采取 D A 升高温度 增加总压 减少气流速度 B 降低温度 减小总压 增加气流速度 C 降低温度 增加总压 增加气流速度 D 适当升高温度 增加吸收剂用量及湍 动程度 5 3分分 用纯溶剂逆流吸收混合气中的溶质 相平衡符合亨利定律 当入塔气体浓 度y1上升 仍属低浓度范围 而其他入塔条件不变 则气体出塔浓度y2和吸收率 D A y2 B y2 C y2 D y2 不变 6 2分分 塔顶和进料操作条件不变 易挥发组分回收率不变 设计精馏塔时 用直 接蒸汽加热釜液与用间接蒸汽加热相比 残液组成xW B A 增大 B 减少 C 不变 D 不确定 7 2 分分 在常压下苯的沸点为 80 1 环己烷的沸点为 80 73 欲使此两组分混合 液得到充分分离 则宜采用 C A 恒沸精馏 B 普通精馏 C 萃取精馏 D 水蒸气精馏 8 2 分分 若某精馏塔操作回流比低于其原设计的最小回流比 则该塔能否操作 C A 能 B 不能 C 虽能 但产品组成达不到设计值 D 这种提法不正确 9 2 分分 选用溶剂进行萃取操作时 其必要条件是 C 第第 2 页页 共共 7 页页 A卷卷 A 分配系数 1 A k B 萃取相含量 A y萃余相含量 A x C 选择性系数1 D 分配系数1 B k 10 2 分分 在 B S 完全不互溶的多级逆流萃取塔操作中 原用纯溶剂 现改用再生 溶剂 zA 0 其他条件不变 则对操作的影响是 B A 萃余液组成 也称萃余分率 不变 B 萃余相含量增加 C 萃取相含量减小 D 萃余分率减小 11 2分分 物料含自由水分和平衡水分的相对多少取决于 D A 物料含结合水分的多少 B 物料含非结合水分的多少 C 干燥介质的温度 D 干燥介质的相对湿度 12 2分分 材质相同的木板和锯木屑 在相同的干燥介质条件下 临界湿含量前者 A 后者 A 大于 B 小于 C 等于 D 不一定 二二 填空题填空题 2 小题小题 共共 6 分分 1 4 分分 填料吸收塔内 用清水逆流吸收混合气体中的溶质 A 操作条件下体系的 相平衡常数 m 为 3 进塔气体浓度为 0 05 摩尔比 当操作液气比为 4 时 出塔气体的极 限浓度为 0 当操作液气比为 2 时 出塔液体的极限浓度为 0 0167 2 2 分分 已知精馏段操作线方程为 24 075 0 xy 则该塔的操作回流比为 3 0 塔顶产品浓度 xD为 0 96 三三 判断判断题题 4 题题 共共 4 分分 对者对者在括号内在括号内打打 错者打错者打 1 1 分分 空气相对湿度等于其湿度与相同温度下的饱和湿度之比 2 1 分分 在湿空气性质图中 利用湿空气的湿度和露点温度 可以查得湿空气的其 他性质参数 3 1 分分 在恒定干燥条件下 某物料的临界含水量为 0 2kg 水 kg 干料 现将该物料 的含水量从 0 5 kg 水 kg 干料干燥到 0 1kg 水 kg 干料 则干燥终了时物料的表面温度将大 于空气的湿球温度 4 1 分分 对流干燥中为去除物料中的结合水分 提高空气的温度和流速 可以提高 干燥速率 分析如下 空气相对湿度 622 0 622 0 sts wtw s w ppp ppp p p 故 不正确 一定湿度 必对应唯一露点 因此湿度和露点中只有 1 个是独立变量 也不能确定湿空气的状态 故 也不正确 物料从 0 5 kg 水 kg 干料 干燥到 0 1 kg 水 kg 干料 需经历恒速干燥和 第第 3 页页 共共 7 页页 A卷卷 密 封 线 降速干燥两个阶段 在恒速段 湿物料表面的温度等于空气的湿球温度 而在降速干燥 段 物料表面的温度将由 tw上升至 2 故 正确 虽然提高空气的温度可降低相对湿 度 对除去部分结合水分似乎有利 提高空气的流速 似乎可提高传热效果 但是 要 除去湿物料中的结合水分 其干燥速率主要由湿物料内部水分的扩散迁移所控制 此时 采取增加空气温度和流速的措施并非明智之举 故 也不正确 四四 图解题图解题 先先分析分析后后图解图解 15 分分 1 8 分分 某吸收塔由于某种原因其内部液相发生了空间上的不均匀流动 如短路 其 作用相当于附图 1 所示的外部流动 试定性绘出该吸收塔的操作线 并从设计和操作角 度分别讨论空间上的不均匀流动对吸收过程的影响 提示 设计时 y1 y2不变 操作时 H 不变 附图 1 分析如下 从设计的角度出发 因气相组成 y1 y2不变 不均匀流动造成传质推动力 下降 为维持 y2不变 可通过增加塔高来实现 得到的结果如图 b 所示 若从操作的 角度出发 反向流动造成传质推动力下降 因塔高 H 不变 必将导致 y2上升 x1下降 得到的结果如图 c 所示 2 7 分分 一精馏塔在某工况下的操作线如图 2 所示 现维持 F xF q D 不变而增大回流比 R 则精馏段的液气比 L V 变大 提馏段的液气比 VL 变小 xD 变大 xW 变小 变大 变 小 不变 不确定 并试绘出新工况下的操作线 分析如下 增大 R 即 1 RRVL增大 从 而精馏段分离能力增大 即 xD变大 又DRV 1 增大 FqVV 1 亦增大 再根据DFW 不变 得出VWVL 1 减小 即提馏段分离能 力增大 亦即 xW变小 固有图解 2 第第 4 页页 共共 7 页页 A卷卷 五五 计算题计算题 50 分分 1 15 分分 某填料吸收塔用含溶质 x2 0 0002 的溶剂逆流吸收混合气中的可溶组分 采用液气比是 3 气体入口摩尔分数 y1 0 01 回收率可达 0 90 已知物系的平衡关 系为 y 2x 今因解吸不良使吸收剂入口摩尔分数 x2升至 0 00035 试求 1 可溶组分的回收率下降至多少 10 分 2 液相出塔摩尔分数升高至多少 5 分 解 1 要求回收率 实际上是要求取 y2 对于本题 因新旧两种工况下的 G L pt T 不变 故 Kya 不变 亦即 HOG不变 故有 OGOG HH OGOG NN 且SS 3 分 本题有两种方法求 y2 方法一方法一 用 NOG公式一或利用 P37 图 9 11 求解 y2 公式一 S mxy mxy S S N 22 21 OG 1ln 1 1 根据 OGOG NN 和SS 得 22 21 22 21 xmy xmy mxy mxy 00128 0 00035 02 00035 0201 0 0002 02001 0 0002 0201 0 2 2 y y 5 分 872 0 121 yyy 2 分 方法方法二二 用 NOG公式二求解 y2 公式二 22 11 22 11 OG ln 1 1 ln 1 1 xmy xmy Smxy mxy S N 根据 OGOG NN 和SS 得 22 11 22 11 xmy xmy mxy mxy 3 分 原工况下 0032 00002 0 3 01 090 0 2 21 1 x L yyG x 1 分 新工况下 00035 0 3 01 0 2 2 21 1 y x L yyG x 1 分 00128 0 00035 02 00035 03 01 0 201 0 0002 02001 0 0032 0201 0 2 2 2 y y y 第第 5 页页 共共 7 页页 A卷卷 密 封 线 2 液相出塔摩尔分数 00326 000035 0 3 00128 001 0 00035 0 3 01 0 2 1 y x 5 分 2 15 分分 有如图 3 的精馏流程 以回收二元理想混合物中的易挥发组分 A 塔 和 塔 的回流比都是 3 加料 回流均为饱和液体 已知 xF 0 6 xD 0 9 xB 0 3 xT 0 5 均为摩尔分数 F 100kmol h 整个流程可使易挥发组分 A 的回收率达 90 试 求 1 塔 的塔釜蒸发量 2 写出塔 中间段 F 和 T 之间 的操作线方程 解 1 塔 的塔釜蒸发量 对双塔作总衡算求取采出液量 D 和 W 和 xW 15 0 40 9 0606 0100 kmol h4060100 kmol h60 9 0 6 01009 0 DF W D F W DxFx x DFW x Fx D D 和 W 和 xW各 1 分 共 3 分 对塔 作衡算求取 B 和 T BT BT BxDxTxFx BDTF 3 09 0605 06 0100 60100 BDTF 解得 kmol h70 B kmol h30 T B 和 T 各 2 分 共 4 分 塔 塔釜蒸发量 对塔 而言 进料液亦为饱和液体 1 q 于是 kmol h1200304 1 1 1 22 BqTRBqVV 3 分 2 塔 中间段的操作线方程 在塔 中间段 F 和 T 之间 所在的截面至塔顶作物料衡算有 kmol h280100603 11 FRDqFLL kmol h240 1 1 1 DRFqVV 2 分 mDmF xLDxyVFx 111 025 017 1 240 6 01009 060 240 280 11 1 1 mm FD mm xx V FxDx x V L y 3 分 3 10 分分 某混合液含溶质 A 为 50 溶质 B 为 50 用纯溶剂进行单级萃取 物 图 3 双塔组合精馏 第第 6 页页 共共 7 页页 A卷卷 系的相平衡关系如图 4 所示 试求 1 在多大溶剂比下操作所获得的萃取液浓度最高 此时萃余液中溶质的组成为多少 2 与此对应的溶质 A 的分配系数和选择性系数为多 少 3 此萃取操作的溶剂比范围 解 1 萃取液浓度最高时的溶剂比 根据 xF确定 F 的位置 连接 FS 过 S 点作溶解度曲线的切线 SE 并延长至与 AB 线相交 得最大萃取液的组成 88 0 maxA y 1 分 过E点作AB的平行线与辅助曲线相交 于点 H 再过 H 点作 AS 线的平行线与溶解度 曲线相交于点 R 连接 E R 得最大萃取液组 成下所对应的平衡联结线 ER 1 分 联 S R 并将 SR 线延伸至与 AB 边相 交 得满足该条件下的萃余率 即24 0 A x 1 分 42 0 8 35 1 15 MS MF F S 2 分 2 溶质 A 的分配系数和选择性系数 87 1 23 0 43 0 RA EA A x y k 1 5 分 2 23 24 01 24 0 88 01 88 0 BA BA xx yy 1 5 分 3 溶剂比范围 12 0 5 45 5 5 KS KF min F S 1 分 64 3 11 40 LS LF max F S 1 分 4 10 分分 某湿物料用热空气进行干燥 湿物料的处理量为 2000kg h 初始含水量 为 15 要求干燥产品的含水量为 0 6 湿基 所用空气的初始温度为 20 湿度为 0 03kg 水 kg 干气 预热至 120 若干燥过程可视为理想干燥过程 为保证热效率不 低于 60 试求 空气的出口温度为多少 所需绝干空气量为多少 kg h 提示 理 想干燥过程的热效率 t1 t2 t1 t0 图 4 单级萃取 第第 7 页页 共共 7 页页 A卷卷 密 封 线 解 物料干燥过程中蒸发的水量为 h kg74 289 006 01 006 015 0 2000 1 2 21 1 GW 2 分 由于干空气用量 12 HH W L 因此还要先求出空气离开干燥器的湿度 H2 因为是理想干燥过程 根据其干燥器的热效率可计算出空气离开干燥器的温度 t2 C606 0 20120 120 2 2 01 21 t t tt tt 3 分 又该干燥过程可视为理想干燥过程 有 I1 I2 即 22 249260 88 101 1 03 02492120 03 088