郑州大学2004至2005学年第二学期化工原理期末考试试题B.doc

郑州大学2004至2005学年第二学期化工原理期末考试试题B
2004—2005学年第二学期《化工原理》课程试题（B卷）
题号
一
二
三
四
五
六
七
总分
分数

合分人：                     复查人：                  
一、（20分）　　　　　　　　
分数
评卷人

某逆流吸收填料塔，用纯溶剂等温吸收混合气中的可溶组分A。在常压、20℃下操作时的混合气体流量为0.025kmol/s,气体混合物中A的初始浓度为0.02（摩尔分率，下同），塔径为1m，气相体积总传质系数为0.0522kmol/(m3·s)，操作条件下平衡关系为ye=1.2x，操作液气比为最小液气比的1.2倍。试求：
（1）若要求吸收率为95％，则所需的填料层高度为多少；
（2）若进塔溶剂的浓度改为0.005，气体进塔浓度，气、液流量和相平衡关系不变，则吸收率为多少？
二、（16分）
分数
评卷人

今用一连续精馏塔分离苯、甲苯液体混合物，原料液处理量为100kmol/h，其中苯含量为0.4（摩尔分率，下同），塔顶苯的回收率为99％，塔底甲苯的回收率为98％。现从精馏段某块板上测得上升蒸汽的组成为0.784，上一块板流下的液相组成为0.715。试求：
（1）塔顶及塔底产品的流量及组成；
2）操作回流比及精馏段操作线方程。
三、填空题（每空1分，共34分）
分数
评卷人

1．低浓度气体吸收中，已知平衡关系y=x，液相传质系数为1×10-4 kmol/m2·s，气相传质系数为1×10-2 kmol/m2·s，则此体系属于_________________控制，该气体为__________溶气体，液相总传质系数等于 _________________。
2．在一个低浓度液膜控制的逆流吸收塔中，若其它操作条件不变，而液量与气量成比例同时增加，则气体出口组成将_________________；液体出口组成将_________________。　
3．在填料塔中用清水吸收混合气中的氨气，当水泵发生故障使水量减少，则吸收率________________，塔出口水中氨的浓度_________________，塔出口气中氨的浓度_________________。
4．精馏塔操作中，若D/F，xF，q均不变，增加再沸器热负荷，则R将_________________，xD将_________________，xW将_________________。
5．同一二元物系，当总压升高时，混合液泡点温度将          ，相对挥发度       。
6．某精馏塔设计时，进料状况和分离要求一定，当R增大，则理论板数N            。
7．恒沸精馏与萃取精馏都需加入第三组分，其目的是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
8．板式塔内的不正常操作有             、           和           。
9．塔板负荷性能图主要由液体流量上限线、                、               、
               和液体流量下限线等5条线构成的。
10．若萃取相和萃余相在脱溶剂后具有相同的组成，且等于原料液组成，则萃取剂的选择性系数为          。
11．选择性系数β与分配系数kA的关系是_________________，选择性系数β与精馏中___________相当。β越小，越_________________。
12．溶解度曲线将三角形相图分为两个区域，曲线内为_________________区，曲线外为_________________区。萃取操作只能在_________________内进行。
13．多级逆流萃取和单级萃取比较，如果溶剂比、萃取浓度均相同，则多级逆流萃取的萃余分数          。
14．一定湿度Ｈ的湿空气，随着总压的降低，露点相应地              。
15．同一物料，在一定的干燥速率下，物料愈薄，则临界含水量              。
16．常压下，将相对湿度为30%的湿空气，用间壁式换热器使其由50℃降低至30℃（不发生相变化），下列状态参数将如何变化？
相对湿度          ，湿球温度          ，露点温度          。
四、（10分）
分数
评卷人

在双组分溶液连续精馏塔中进行全回流操作，已测得相邻两板上液相组成分别为xn-1=0.7，xn=0.5(均为易挥发组分的摩尔分数)。巳知操作条件下物系的平均相对挥发度α＝3.0试求以液相组成表示的第n板的单板效率。
五、（20分）
分数
评卷人

在常压下将含水质量分数为5%的湿物料以1.58kg/s的速率送入干燥器,干燥产物的含水质量分数为0.5%（均为湿基）。所用空气的温度为20℃、湿度为0.007kg/kg干气,预热温度为127℃,废气出口温度为82℃,设为理想干燥过程，试求：
(1)  水分汽化量；            (2)   空气用量；
(3)  预热器的热负荷；        (4)   干燥器的热效率。

2004—2005学年第二学期《化工原理》课程试题（B卷）
参考答案及评分标准
一、（20分）
解：（１） ∵  G=n/Ω＝0.025／（0.785×12）＝0.0318kmol/m2·s 　　　　　　1分
          ∴  HOG=G/Kya=0.0318/0.0522=0.609m　　　　　　　　　　　　　　　1分
∵  x2=0         ∴   =1.2×0.95=1.14　　　　2分
  ∴   操作液气比: ＝1.2=1.37　　　　　　　　　　　　　　1分
＝＝＝0.876　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1分
∴　NOG＝ln
=ln
＝＝9.84　　　　　　4分
(或 ，          ∴  y2=1×10-3,   x1=0.0139
==0.00193        ∴    NOG==9.84      )
 　∴　　　H＝ＨＯＧ·ＮＯＧ＝0.609×9.84＝6.0ｍ　　　　　　　　　　　　　　　2分
（2）　若x2′=0.005，其他操作条件不变，则H,HOG均一定，  ∴NOG一定　　　　　2分
　　　　又　∵　＝一定　　
　　　  ∴　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　3分
∴　　y2′=0.0067                                                  2分
∴   ＝　　　　　　　　　　　　　　1分
二、（16分）
解：(1)  塔顶苯的回收率 =0.99                 2分
塔底甲苯的回收率 =0.98           2分
又由全塔物料衡算得：　FxF=DxD+WxW                                 2分
       　　　　　　　　　　　　　　　　　F=D+W                       2分
∵　Ｆ＝100kmol/h，　　ｘＦ＝0.4
∴　Ｄ＝40.8kmol/h，　　Ｗ＝59.2 kmol/h
　　ｘＤ＝0.97，　　　　ｘＷ＝0.007                 2分
(2)  精馏段操作线方程为：           2分
　　　依题易知　ｙ＝0.784，ｘ＝0.715　必满足上式，
　　∴  R=2.70                                            2分
　　∴　精馏段操作线方程为：＝0.73ｘｎ+0.26     2分
三、填空题：（每空1分，共34分）
1． 液膜，难，9.9×10-5 kmol/m2·s　　　2．  增加　　减小
3． 下降，增大，增大                 4．  减小，增加，减小
5． 升高， 减小                      6．   减小
7．提高原组分的相对挥发度            8．溢流液泛，夹带液泛，严重漏液
9．漏液线（汽相负荷下限线）；过量液沫夹带线；液泛线。　　10．　　　1
11．β＝kAxB/yB，相对挥发度，不利于组份的分离　　　12．两相区，均相区，两相区
13．减少　　　　　　　　　　　　　　14．　降低
15．愈低　　　　　　　　　　　　　　16．　减小, 增大，不变
四、（10分）
解：∵全回流    ∴操作线方程为：yn+1=xn或yn=xn-1          2分
又xn-1=0.7,故yn=xn-1=0.7                            2分
yn与xn*成平衡关系,由相平衡方程式求出xn*, 即
xn*==＝0.4375                  3分
∴ Eml===76.19%                  3分
所以以液相组成表示的第n板的单板效率为76.19%.
五、（20分）
解：（1）绝对干物料的处理量为：Gc=G1(1-)=1.58(1-0.05)=1.5    1分
        进、出干燥器的含水量为：
            X1===0.0527                    1分
X2===0.00502                  1分
水分汽化量为：W=Gc(X1-X2)=1.5×(0.0527-0.00502)=0.0715      2分
(2)   气体进干燥器的状态为：H1=H0=0.007
I1=(1.01+1.88H1)t1+2500H1=(1.01+1.88×0.007) ×127+2500×0.007       =147 
 2分
气体出干燥器的状态为：t2=82℃,  I2=I1=147.              2分
出口气体的湿度为 ：  H2==0.0242         2分
空气用量为：        V=== 4.16 kg干气 /s      2分
    (3)  预热器的热负荷为       Q=V(I1-I0)
I0=(1.01+1.88 H0) t0+2500H0=(1.01+1.88×0.007)×20+2500×0.007=37.96 
2分
Q=V(I1-I0)=4.16×(147-37.96)=453.6                                2分
(4)   干燥器的热效率：
　　＝＝0.42                                     3分