奥鹏教育中国石油大学在线考试(主观题)----《化工原理二》.doc

中国石油大学（北京）远程教育学院
期末考试
《 化工原理二》
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关于课程考试违规作弊的说明
1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。
2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。
3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。
一、填空题36分，每空2分）
1. 在1 atm， 0℃条件下，CO2在空气中的扩散系数为1.38×10-5 m2/s。若保持压力条件不变，温度增加到25℃，则扩散系数变为 1.77 ×10 -9 m2/s；若保持温度为0℃，压力增大到2 atm，则扩散系数变为 0.84 ×10 -9 m2/s。
2. 30℃下CO2水溶液的亨利系数1.885×105kPa，该温度下CO2分压为15kPa的混合气与含CO20.002kmol/m3的水溶液接触，CO2的传质方向为 吸收 。
3. 利用精馏塔分离二元理想混合物，进料量为100 kmol/h，进料摩尔分数为0.6，要求塔顶轻组分的摩尔分数不小于0.9，则塔顶产品量的最大值为 63.2 kmol/h。
4. 用纯溶剂吸收某二元混合气中的溶质。在操作范围内，体系的相平衡关系满足亨利定律，气液两相逆流操作。当入塔气体的浓度下降时，而其它入塔条件不变，则气体的出塔浓度 上升 ，溶质的吸收率 提高 ，吸收液的出塔浓度 降低 。
5. 当精馏塔进料为汽液混合物且汽液比为3∶2时，进料热状况参数为 0.6 。
6. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距为零，则精馏段操作线的斜率等于 1 ，回流比等于 0 。
7. 精馏过程设计时，降低操作压力，则相对挥发度 增加 ，塔顶温度 降低 ，塔底温度 降低 。
8. 湿度为H0、相对湿度为j0、干球温度为t0的湿空气，经过一个间接蒸汽加热的预热器后，空气的湿度为H1、相对湿度为j1、干球温度为t1，则H0 ＜ H1，j0 j1，t0 ＞ t1。
9. 在恒定干燥条件下，已知：10%，30%，结合水为15%（均为干基）。今有湿料100kg，含水40%（湿基）与热空气长时间充分接触至平衡，则干燥过程除去非结合水 44 kg，降速阶段除去结合水 12 kg。
▲
L
V
二、简答题（10分）
负荷性能图是重要的塔板分析技术，其示意图如下。
1. 简单说明各线的意义；
2. 如操作点为▲，试分析其操作状态，并给出合理的建议。

答：
1.检验设计点是否理想，也就是设计的塔的负荷适应性程度大不大，一般希望设计 点尽可能居中； 2.用于实际操作，作为实际操作的依据，此图规定了塔正常操作的气液相流量的上下限。
2.操作点位于操作区的适中位置，可望获得稳定良好的操作效果

三、计算题（54分）
1.（20分）用板式精馏塔在常压下分离苯—甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔底间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47。进料量为150kmol/h，组成为0.4（摩尔分率）的饱和蒸汽。回流比为4。塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔底残液中甲苯的回收率为0.95。求：
① 塔顶馏出液及塔底残液的组成；
② 精馏段及提馏段操作线方程；
③ 回流比与最小回流比的比值；
④ 塔顶第二块板上升的汽相组成。
解：：(1) D×xD = 0.97×F×xF W×(1－x W) = F×(1－x F ) × 0.95
D+W=F=150
D×xD+W×x W = F×x F =150×0.4 = 60
W=87.3 kmol/h D=62.7 kmol/h xD=92.8%
xW = 2.06%
(2)精馏段操作方程
y(n+1)=xn×R/(R+1)+xn/(R+1)=0.8xn+0.1856
提馏段操作线方程为y(n+1)’=L’ ×xn’/V’-xw/ V’
q=0， V’=(R+1)D-F， L’=DR
y(n+1)’= xn’ ×R×D/[(R+1) D-F]-W×x W/[(R+1) D-F]=1.534 xn’-0.011
(3)∵q=0，yc= x F=0.4，y=α×x/[1+(α-1)x ]
∴xc=0.02125
Rmin=( xn-yc)/(yc-xc)=(0.928-0.4)/(0.4-0.2125)=2.816
R/ Rmin=4/2.816=1.42
(4)Emvl=(y1-y2)/(y1*-y2)=0.6
y1*=α×x1/[1+(α-1)x1]
全回流时y2=x1,y1=xD=0.98
∴y1*=2.47 y2/(1+1.47 y2)
∴Emvl=(0.98- y2)/[ 2.47 y2/(1+1.47 y2)- y2]=0.6
y2=96.93%(mol%)
y2’=78×0.9693/[78×0.9693+(1-0.9693)]=96.4%(质量%)
2.（18分）某填料吸收塔中用纯溶剂逆流吸收某二元混合气中的组分A，已知填料层高4m，入塔气体的浓度为0.02（摩尔分率，下同），溶剂对A组分的吸收率为80%，出塔液相的组成为0.008，操作条件下的气液相平衡关系为。求：
① 气相总传质单元数；
② 操作液气比为最小液气比的多少倍；
③ 若气、液相的量和进口组成保持不变，将该塔串联一个同样的塔，那么气相出口浓度是多少？
④ 如果该混合气经吸收后，出塔浓度仍然达不到环保要求，请问可以采取哪些措施提高溶剂对A组分的回收率？

3.（16分）以空气为干燥介质干燥某种湿物料，原空气的体积流量为1800m3/h，温度为30℃，湿度为0.012kg/kg。空气先经间壁式加热器预热至100℃后再进入干燥器；湿物料处理量为400kg/h ,要求从含水率10%干燥至0.5%（均为湿基），若干燥过程可视为等焓过程，试确定：
① 水分汽化量；
② 空气离开干燥器时的温度和湿度；
③ 加热器对空气提供的热量。
解：
（1）G1=400kg/h，GC=400×0.90=360kg/h
X1=10/90=0.111，X2 =0.005/0.995=0.00502
∴W= GC（X1- X2）=38.2kg/h
（2）已知新鲜空气的流量为1800m3/h，则根据新鲜空气的质量体积VH，可得绝干气的消耗量。
VH=(1/29+H/18)×22.4×(273+t)/273×1.013×105/P=0.86 m3/kg
∴L=1800/0.83=2169kg/h
L(H2-H1)=W
∴H2=0.030 kg水/ kg绝干气
l1=(1.01+1.88 H1)t1+2490H1=133.2kJ/kg
l2=l1
∴t2=54.9℃
（3）由于l0=(1.01+1.88H0)t0+2490H0=60.9 kJ/kg,所以加热器提供的热量为：
Q=L(l1-l0)=1.57×105 kJ/kg