武汉大学化工原理下册试卷及答案.doc

99化工原理（下）教考分离试卷试卷A一、填空题（20分）1. (2分) 在常压下，20时，氨在空气中的分压为15.2 kPa, 与之平衡的氨水浓度为15 kg NH3/100 kg H2O，此时m=_。2. (4分) 将相对挥发度为2.47的某二元混合物在全回流操作的塔中进行精馏，现测得全凝器中冷凝液组成为0.98，塔内第二层塔板上升的汽相组成为0.969，则离开塔顶第一层塔板的液相浓度为_，塔顶第一层板的汽相默弗里效率为_。3. (2分) 等速干燥阶段物料表面的温度等于_。4. (2分) 常压下乙醇-水溶液的y-x图上，有一点是平衡线与对角线的交点M, 此点溶液称为_, 其两相的浓度_。5. (2分) 将含水量为0.5 kg水/kg绝干料的某物料与一定状态的空气接触，测出物料的平衡水分为0.05 kg水/kg绝干料，则此物料的自由水分为_。6. (4分）将含SO2为10%（体积）的气体混合物与浓度为0.020 kmol/m3的SO2水溶液在一个大气压下相接触。操作条件下两相的平衡关系为PA*=1.62CA (atm)，则SO2将从_相向_相转移，以气相组成表示的传质总推动力为_atm。7. (4分) 临界湿含量与哪些因素有关？（举其中四个因素）_。二、选择题（20分）1. (2分) 精馏过程的操作线为直线，主要基于_。A. 塔顶泡点回流B. 理想物系C. 恒摩尔流假定D. 理论板假定2. (2分) 在某精馏塔操作中，若保持F，xF，q，V(塔釜上升蒸汽量）不变，减小D，则塔顶易挥发组分回收率_。A. 增大B. 不变 C.减少D. 不确定3. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=210-5 kmol/m3.s, 则此体系属_控制。A.液膜B. 气膜C.气液双膜4. (2分) 对于恒速干燥阶段，下列哪个描述是错误的？A.干燥速度与气体的性质有关B.干燥速度与气体的流向有关C.干燥速度与气体的流速有关D.干燥速度与物料种类有关5. (2分) 当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线向平衡线靠近。为达到给定的分离要求，所需的理论板数_。A. 逐渐减少B. 逐渐增多C. 不变6. (2分) 在一定空气状态下，用对流干燥方法干燥湿物料时，能除去的水分为_，不能除去的水分为_。A.平衡水分B. 结合水分C.非结合水分D. 自由水分7. (2分) 物料中非结合水的特点之一是其产生的水蒸汽压_同温度下纯水的饱和蒸汽压。A. 小于 B. 等于C. 大于D.不确定8. (2分) 某精馏塔的理论板数为15块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为_块。A. 28B.29C. 30 9. (4分)对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其溶解度系数H将_，亨利系数E将_。A.增加B.减少C.不变三、证明题(10分) 设在一气液逆流接触的吸收塔内气体进入量为G mol/m2.s，液体进入量为L mol/m2.s；气体进口浓度为y1，出口浓度为y2（以上浓度均为摩尔分数），塔内气体平衡关系符合亨利定律y*=mx。试证明：当mG/L=1时，气相总传质单元数为。四、计算题（50分）1. (20分) 用连续精馏塔分离某二元混合液，原料液流量为200 kmol/h，露点进料，进料浓度为0.5，塔顶馏出液浓度为0.96，釜液浓度为0.1(以上均为易挥发组分的摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为3，塔顶采用全凝器，泡点回流。塔釜间接蒸汽加热，且塔釜汽化量为最小气化量的1.5倍。试求：（1）塔釜的气化量；（2）离开第二层理论板的液体浓度（由塔顶往下数）。2. (15分) 某厂有一填料吸收塔，直径为880 mm，填料层高6 m，所用填料为56 mm的拉西环。在25及101.325 kPa（绝压）时，每小时处理2000 m3含5%（体积）丙酮的空气-丙酮混合气，处理时用水作溶剂，塔顶送出的尾气中含丙酮0.263%（体积）。塔底送出的溶液中每kg含丙酮61.2 g。在上述操作条件下，平衡关系为y*=2x。根据上述所测出的数据，试求：（1）气相总传质系数Kya；（2）每小时回收的丙酮量。3. (15分）有一连续干燥器在常压下操作，生产能力为1000 kg/h (以干燥产品计）。物料水分由12%降至3%（均为湿基），空气的初温为25，湿度为0.01 kg水/kg干空气，经预热器后升温至70，干燥器出口废气的干球温度为45。 设空气在干燥器进出口处焓值相等。试求：（1）在H-I图上表示空气的状态变化过程；（2）初始状态下的空气用量为多少m3/s？试卷A答案一、填空题（20分）1 1.0952 0.969 ; 0.6043 干燥介质-热空气的湿球温度 4 恒沸液 相等5 0.45kg水/kg绝干料6 气 ; 液 ; 0.0676 atm 7 物料的含水性质、大小、形态、堆积厚度,干燥介质的温度、湿度、流速以及同物料的接触状态（由干燥器类型决定）二、选择题（20分）1 B 2 C 3 A 4 D 5 B 6 D，A7 B8 A 9 C，C三、证明题（10分）证 因气液平衡关系符合亨利定律，则Yy, Xx，故吸收塔操作线方程式为：即 根据NOG的定义得：已知：mG/L=1，故有：四、计算题（50分）1. 解：（1）塔釜的气化量先作全塔物料衡算求出D：F=D+WFxF=DxD+WxW即200= D+W2000.5=0.96 D+0.1 W解出D=93.0 kmol/h, W=107 kmol/h因是露点进料，q=0及yq=xF=0.5,故解出 xq=0.225精馏段最小上升蒸汽量为Vmin=(Rmin+1)D=(1.67+1)93=248.3 kmol/h提馏段最小上升蒸汽量（即为塔釜最小气化量）为：塔釜气化量为(2)离开第二层理论板的液相浓度x272.4=(R+1)93200解得R=1.93精馏段操作线方程式为：平衡线关系式为： 逐板计算：因塔顶为全凝器，泡点回流，y1=xD=0.96根据平衡关系式由y1求x1,即：解得 x1=0.889根据提馏段操作线方程式由x1求y2:y2=0.659x1+0.328=0.6590.889+0.328=0.914再依平衡关系式由y2求x2:解得 x2=0.7802 解：（1）求体积总传质系数方法1： 吸收因子法 方法2：对数平均推动力法（2）每小时回收的丙酮量GA=G(y1-y2)=83.2(0.05-2.6310-3)=3.94 kmol/h=228.5 kg/h3 解：（1）干燥系统示意图见附图1。在H-I图上的空气状态变化见附图2。附图1 干燥系统示意图附图2 空气状态变化图（2）求空气用量蒸发水分量 因水分在干燥器进出口处焓值相等，所以I1=I2，即（1.01+1.88H1)t2+2500 H1=(1.01+1.88H2) t2+2500 H2因H1=H0=0.01 kg/kg, t1=70, t2=45, 故有（1.01+1.880.01) 70+25000.01=(1.01+1.88H2) 45+2500H2解得H2=0.107 kg/kg干空气用量L=W/(H2-H1)=102.3/(0.107-0.01)=1054.6 kg/h方法1：湿空气质量流量L=L(1+H1)=1054.6(1+0.01)=1065.1 kg/h湿空气的平均分子量M=1.01/(1/29+0.01/18)=28.8初始状态下的湿空气的体积流量方法2：空气的湿比容 试卷B一、填空题（20分）1. (5分) 某精馏塔的设计任务为：已知原料量和组成分别为F, xF要求塔顶塔底组成分别为xD，xW设计时若选定的回流比R不变，加料状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需的理论板数NT_，提馏段上升蒸汽量_，提馏段下降液体量_，精馏段上升蒸汽量_，精馏段下降液体量_。（填增加，减少，不变）2. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=1.5x，kxa=0.2 kmol/m3.s, kya=210-5 kmol/m3.s, 则此体系属_控制。3. (4分) 精馏操作有_种加料热状况，其中_加料时进料位置最高；而在_进料时，进料位置最低。用图解法求理论板时，在F，xF，xD，q，xW，R和操作压力P 7个参数中与_无关。4. (2分) 吸收塔底部排液管成U形，目的是起_作用。操作中的吸收塔，若使用液气比小于设计时的最小液气比，则其操作结果是_。5. (2分) 等速干燥阶段物料表面的温度_干燥介质的湿球温度。6. (2分）在气体流量，气相进出口组成和液相进口组成不变时。若减少吸收剂用量，则传质推动力_，操作线将靠近_。7. (3分) 当空气的湿含量一定时，其温度愈高，则相对湿度愈_，表明空气吸湿能力愈_，所以湿空气在进干燥器_都要经预热器预热。二、选择题（20分）1. (2分) 精馏过程的操作线为直线，主要基于_。A. 恒摩尔流假定B. 塔顶泡点回流 C. 理想物系D. 理论板假定2. (2分)精馏塔操作线的斜率为R/(R+1),全回流时，其斜率等于_。A. 0B. 1C.3. (2分) 低浓度气体吸收中，已知平衡关系为y=2x，kxa=310-5kmol/m3.s, kya=0.2 kmol/m3.s, 则此体系属_控制。A. 气膜B. 液膜C.气液双膜4. (2分) 若是干燥同一物料，当物料的临界含水量较早出现时，则干燥所需的时间_。A. 延长B.不变C. 缩短5. (2分) 当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线向平衡线靠近。为达到给定的分离要求，所需的理论板数_。A. 逐渐减少B.逐渐增多C. 不变6. (2分) 影响恒速干燥速率的主要因素是_。A. 空气的状态B.物料的含水量C.物料的性质7. (2分) 将不饱和空气在总压和温度不变的情况下进行冷却而达到饱和时的温度，称为湿空气的_。A.湿球温度B.绝热饱和温度C.露点8. (2分) 某精馏塔的理论板数为17块（包括塔釜），全塔效率为0.5，则实际塔板数为_块。A. 34B.31C. 30D. 329. (4分)对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时，其溶解度系数H将_，亨利系数E将_。A.增加B.减少C.不变三、计算题（60分）1. (20分) 一连续操作的常压精馏塔用来分离苯甲苯混合液，原料液流量为500 kmol/h，泡点进料，进料浓度为0.5，欲使塔顶含苯0.95 ，塔底含苯0.05 (以上均为摩尔分率）。操作条件下相对挥发度为2.5，R=1.5Rmin, 塔顶蒸汽先进入分凝器，所得冷凝液全作回流，未冷凝的蒸汽进入全凝器，得最后产品。试求：（1）塔顶和塔底产品量；（2）塔顶第一层理论板上升的蒸汽组成。2. (20分) 拟在直径为1 m的填料吸收塔中，用清水逆流吸收空气混合物中的可溶组分，混合气的处理量为30 kmol/h,气液相平衡关系为y=2x。已知该可溶组分的进口浓度为8%（摩尔分数，下同）。现要求其出口浓度不大于1%，取操作液气比为L/G=2，此时气相总体积传质系数Kya=0.0186 kmol/m3.s。试求：（1）操作液气比为最小液气比的多少倍？（2）所需的填料层高度。3. (20分）在常压下用连续干燥器干燥含水1.5%（湿基）的物料。干燥器的处理能力为G1=2.56 kg/s，物料进口温度为25，产品出口温度为35，其中含水0.2% (湿基），绝干物料的比热为1.842 kJ/kg.K，原湿空气的湿度为0.0165 kg水/kg干空气，在预热器内加热至95后再送入干燥器，干燥器中不再补充热量。已知空气离开干燥器时的干球温度为65，干燥器中热损失为586 kJ/kg汽化水，试求：(1) 干燥产品流量；(2) 空气消耗速率（kg干空气/s）。试卷B一、填空题(20分）1 减少 减少 增大不变 不变2 气膜 3 5 冷液进料 过热蒸汽 F4 液封 达不到分离要求 5 等于6 减小 靠近平衡线7 低 强 前二、选择题（20分）1 A 2 B3 B 4 A5 B6 A7 C8 D9 C 、C三、计算题1解：（1）塔顶和塔底产品量根据总的物料衡算和苯的物料衡算得知：F = D+WF xF =D xD+W xW即500 = D + W5000.5=0.95 D+0.05 W解出D=250 kmol/h, W=250 kmol/h（2）求塔顶第一块理论板上升气相组成因分凝器也起到一块理论板的作用，所以从分凝器出来的汽相组成y1与回流液组成x0成平衡关系，即：解得：x0=0.884因系泡点进料, q=1, 所以q线与平衡线的交点坐标xq=0.5，yq可用平衡关系式求得，即：yq=2.50.5/(1+1.50.5)=0.714即 R=1.5 Rmin=1.51.103=1.655因y1与x0成操作关系，故根据精馏段操作线方程式可得塔顶第一块塔板上升的蒸汽组成，即2 解：（1）操作液气比与最小液气比之比据已知y1=0.08, y2=0.01, x2=0, y=2x所以 (2)填料层高度传质单元高度 由物料衡算式有x=G(y1-y2)