化工原理部分复试试题及答案.pdf

简答题：1，试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。答：回流比有两个极限，全回流时，达到一定的分离程度需要的理论板层数最小（设备费用最低），但无产品取出，对工业生产无意义；最小回流比时，需要无限多理论板层数，设备费用为无限大，随回流比加大，NT降为有限数，设备费用降低，但随回流比的加大，塔径、换热设备等加大，且操作费用加大。操作回流比的确定应尽可能使设备费用与操作费用总和为最小，通常取 R=(1.22)Rmin。2，精馏塔在一定条件下操作，试问：回流液由饱和液体改为冷液时，塔顶产品组成有何变化？为什么？答：从泡点回流改为冷液回流时，塔顶馏出液组成增大。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，这也有利于分离。3，简述精馏和蒸馏的区别与联系。答：精馏引入塔顶回流和塔底蒸汽上升，通过多次部分气化和部分冷凝从而达到高纯度分离的目的，相当于多级蒸馏。而蒸馏只是通过简单的一次气液相平衡来分离气液混合物，只能达到有限度的分离。二者在本质上是一致的，都是通过各组分相对挥发度的差异而达到分离目的的。4，精馏塔在一定条件下操作时，试问：将加料口向上移动两层塔板，此时塔顶和塔底产品组成将有何变化？为什么？答：当加料板从适宜位置向上移两层板时，精馏段理论板层数减少，在其它条件不变时，分离能力下降，塔顶馏出液组成下降，塔底釜残液浓度升高，易挥发组分收率降低。5，提高吸收剂用量对吸收是有利的。当系统为气膜控制时，试分析 Kya 的变化情况。答：以液相阻力为主的吸收操作，增加吸收剂用量，可降低液相阻力而有效地加快吸收过程，即可明显提高吸收速率，所以吸收过程的 Kya的值可明显提高。计算题：1、(17 分)常压下，用煤油从苯蒸汽与空气混合物吸收苯，吸收率为 99%，混合气量为53Kmol/h，入塔气含苯 2%（体积），入塔煤油中含苯 0.02%（摩尔分率），溶剂用量为最小用量的 1.5 倍，在操作温度 50下，相平衡关系为 y*=0.36x，总传质系数Kya=0.015kmol/m2s，塔径为 1.1 米，试求所需填料层高度（m）。解：1，由题意，可得：y1=0.02 y2=y1(1)=0.02(10.99)=0.0002 x1e=y1/m=0.02/0.36=0.0556-2分 x2=0.0002(L/G)min=(y1y2)/(x1ex2)=(0.020.0002)/(0.05560.0002)=0.3577-2分(L/G)=1.5(L/G)min=1.50.3577=0.5366 x1=x2+(G/L)(y1y2)=0.0002+(1/0.5366)(0.020.0002)=0.0371-2分 2，y111=yy*=0.020.360.0002=0.00664 y2=y2y2*=0.00020.360.0002=0.000128-2 分ym=(y1y2)/ln(y1/y2)=(0.006640.000128)/ln(0.00664/0.000128)=0.00165-3分 3，HOGya=G/K=(53/3600)/(/41.12)/0.015=1.033m NOG=(y1y2)/ym=(0.020.0002)/0.00165=12-2分 H=HOGNOG=1.03312=12.4m-3 分2、(15分)在填料层高度为8m的填料塔中，用纯溶剂逆流吸收空气H2 S 混合气中的H2 S以净化空气。已知入塔中含H2 S为2.8%(体积%)，要求回收率为95%，塔在1 atm，15C 下操作，此时平衡关系为y=2x，出塔溶液中含H2 S为0.0126（摩尔分率），混合气体中通过塔截面的摩尔流率为100kmol/(m2.h)。试求：单位塔截面积上吸收剂用量；气相总传质单元数；气相体积总传质系数。解：y1=0.028 y2=y1(1-)=0.028(1-0.95)=0.0014-2分L=(y1-y2)/x1G=(0.028-0.0014)/0.0126100=211kmol/m2h-3分y1=y1-mx1=0.028-20.0126=0.0028 y2=y2=0.0014-2分ym=(0.0028-0.0014)/(Ln0.0028/0.0014)=0.00202-2分NOG=(y1-y2)/ym=13.2-2分H=G/KyaNOG-2分Kya=G/HNOG=100/813.2=165kmol/(m3h)-3 分3、(16分)在直径为0.8m的填料塔中，用1200/h的清水吸收空气和S02混合气体中的S02，混合气量为1000m3（标准）/h，混合气含S021.3%（体积）。要求回收率为99.5%，操作条件为20、1atm，平衡关系为ye=0.75x，总体积传质系数Kya=0.055Kmol/m3s。求液体出口浓度和填料高度(m)。解：已知：D=0.8m Ls=1200kg/h G=1000Nm3/h y1=0.013=0.995 x2=0 ye=0.75x Kya=0.055kmol/m3.s.atm Ls=1200/(360018)=0.0185kmol/s G=1000/(22.43600)=0.0124kmol/s 为低浓度吸收（L/G）=0.0185/0.0124=1.49 x1=(G/L)(y1-y2)+x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868 y2=y1(1-)=0.013(1-0.995)=0.000065 Z=HOGNOG 而NOG=（y1-y2）/Ym y1=y1-y1*=0.013-0.750.00818=0.006490 y2=y2-y2*=0.000065-0=0.000065 ym=(y1-y2)/1n(y1/y2)=(0.006490-0.000065)/1n(0.006490/0.000065)=0.001396 NOG=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266 HOG=G/(Kya)=0.0124/(0.7850.820.055=0.449(m)H=9.2660.449=4.2m5、（17分）苯和甲苯混合物中，含苯0.4，流量1000Kmol/h，在一常压精馏塔内进行分离，要求塔顶馏出液中含苯0.9(以上均为mol分率)，苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流，取回流比为最小回流比的1.5倍，己知=2.5。求：1塔顶产品量（Kmol/h）；2塔底残液量W及组成xW；3最小回流比；4精馏段操作线数值方程；5提馏段操作线数值方程；6 若改用饱和蒸汽进料，仍用4 中所用回流比时所需理论板数。解：(1)D=10000.40.9/0.9=400 kmol/h(2)W=1000-400=600kmol/h xw=(10000.4-4000.9)/600=0.0667(3)xq=xf=0.4 yq=2.50.4/(1+1.50.4)=0.625 Rm=(0.9-0.625)/(0.625-0.4)=1.22(4)R=1.51.22=1.83 yn+1=(1.83/2.83)xn+0.9/2.83=0.646xn+0.318(5)=V=2.83400=1132 V=1.83400+1000=1732 Lym+1=(1732/1132)xm-6000.0667/1132=1.53xm-0.0353（6）yq=xf=0.4 yq=xq/(1+(-1)xq)得 xq=0.21 Rm=(0.9-0.4)/(0.4-0.21)=2.63 RRm NT=6、（15分）采用常压干燥器干燥湿物料。每小时处理湿物料1000kg，干燥操作使物料的湿基含量40%减至5%，干燥介质是湿空气，初温为20C，湿度为H0=0.009 kg水/kg绝干空气，经预热器加热至120C 后进入干燥器中离开干燥器时废气温度为40C，若在干燥器中空气状态沿等I 线变化。试求：1水份蒸发量W（kg/s）；2绝干空气消耗量L（kg绝干气/s）；3干燥收率为 95%时产品量（kg/s）；4 若鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量（m3/s）。解：1x12=0.4/(1-0.4)=0.667 x=0.05/(1-0.05)=0.0526 Gc=1000(1-0.4)=600 kg绝干料/h W=Gc(x1-x2)=600(0.667-0.0526)=368.64kg/h=0.1024 kg/s-4分2H1012=H=0.009 kg水/kg绝干气，t=120C，t=20C，H2未知,可通过I1=I2鉴定求算I1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=1.01t1+(1.88t1+2490)H1 I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=1.01t2+(1.88t2+2490)H2 H2=(1.01120+(1.88120+2490)0.009-1.0140)/(1.8840+2490)=0.041 kg水/kg绝干气-3分V=W/(H2-H1)=0.1024/(0.041-0.009)=3.148kg/s-2分3G2=0.95G2G2=0.95Gc(1+x2)=0.95600/3600(1+0.0526)=0.167 kg/s-4分4V=VVH=3.148(0.772+1.244H0)(t0+273)/273=3.148(0.772+1.2440.009)(20+273)/273=2.69 m/s-4 分