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化工原理
化工原理(下册)期末试题
一、填空选择题(25分,每空1分)
1、对一定操作条件下的填料吸收塔,如将填料层增高一些,则该塔的HOG将__________,NOG将__________。
2、在吸收塔的设计中,当气体流量、气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减小吸收剂用量,则传质推动力将_____________,设备费用将___________。
3、某二元混合物,其中A为易挥发组分。
液相组成xA=0.4,相应的泡点为t1;汽相组成,相应的露点为t2。
则t1与t2大小关系为____________。
4、简单蒸馏过程中,釜内易挥发组分浓度逐渐________,其沸点则逐渐_________。
5、已知塔顶第一块理论板上升的汽相组成为y1=0.63(摩尔分率,下同),将其全部冷凝为泡点液体,该液体在贮罐内静止分层,上层xD=0.9作为产品,下层x0=0.5于泡点下回流,则回流比R=_______。
6、设计精馏塔时,已知原料为F,xF,分离要求为xD和xW,加料热状态q已选定,今若选择较大的回流比R,则NT____,L/V_______?
(增加,不变,减少)
7、萃取操作依据是_____________ ______________________________。
选择萃取剂的主要原则___________________________、___________________________和_________________________________。
8、有一实验室装置将含A10%的A、B混合物料液50公斤和含A80%的A、B混合物料液20公斤混合后,用溶剂S进行单级萃取,所得萃余相和萃取相脱溶剂后又能得到原来的10%A和80%A的溶液。
问此工作状态下的选择性系数β=____________
9、在101.3kPa下,不饱和湿空气的温度为295K、相对湿度为69%,当加热到303K时,该空气下列参数将如何变化?
相对湿度______,湿球温度______,露点______。
10、已知湿空气总压为100kPa,温度为40℃,相对湿度为50%,已查出40℃时水的饱和蒸气压Ps为7.375kPa,则此湿空气的湿度H是____________kg水/kg绝干气,其焓是____________kJ/kg绝干气。
11、对某低浓度气体吸收过程,已知相平衡常数m=2,气、液两相的体积传质系数分别为kya=2?
10-4kmol/(m3×s),kxa=0.4kmol/(m3×s)。
则该吸收过程为________阻力控制。
(A)气膜 (B)液膜 (C)气、液双膜 (D)无法确定
12、某精馏塔的设计任务为:
原料为F、xf,塔顶为xD,塔底为xW,若塔釜上升蒸汽量不变,加料热状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体,则所需理论板NT____。
(A)增加 (B)减少 (C)不变 (D)不确定
13、在精馏塔设计计算中,当F、xF、R、D和W一定,并保持实际操作气速不变,而q值减小,则_______。
(A)精馏段塔径不变,提馏段塔径减小(B)精馏段塔径增大,提馏段塔径不变(C)精馏段塔径减小,提馏段塔径增大(D)精馏段塔径减小,提馏段塔径减小
14、在B-S部分互溶体系的单级萃取过程中,若加入的纯溶剂量增加而其它操作条件不变,则萃取液浓度_____。
(A)增大 (B)下降 (C)不变 (D)变化趋势不确定
15、温度为t0,湿度为H0,相对湿度为j0的湿空气,经一间接蒸汽加热的预热器后,空气的温度为t1,湿度为H1,相对湿度为j1,则_____
(A)H0>H1; (B)j0>j1; (C)H0
二、问答题(15分,每小题5分)
1、操作中的吸收塔,若吸收剂入塔浓度x2降低,其他操作条件不变,试定性分析气体出塔浓度y2、液体出塔浓度x1的变化趋势。
(可画图说明:
NOG不变条件下,x1只能变小)
2、精馏塔在一定条件下操作,若回流液由饱和液体改为冷液时,其塔顶产品组成有何变化?
为什么?
3、提高干燥时气流速度而使恒速阶段的干燥速率增大时;xC值将会变大还是变小?
试从干燥机理加以分析。
三、萃取计算题(10分)
用纯溶剂S进行单级萃取,xF=0.15(质量分率,下同),萃取相中A的浓度与萃余相中A的浓度相同,采用溶剂比S/F为1。
试求:
(1)选择性系数b;
(2)当溶剂用量为最少时的萃取液浓度。
(设所涉及范围内分配系数kA均相同)
四、干燥计算题(15分)
在一常压气流干燥器中干燥某种湿物料,已知数据如下:
空气进入预热器的温度为15℃湿含量为0.0073Kg水/Kg绝干气,焓为35KJ/Kg绝干空气;空气进干燥器温度为90℃,焓为109KJ/Kg绝干气;空气出干燥器温度为50℃;湿含量为0.023Kg水/Kg绝干气;进干燥器物料含水量为0.15Kg水/Kg绝干料;出干燥器物料含水量为0.01Kg水/Kg绝干料;干燥器生产能力为237Kg/h(按干燥产品计)。
试求:
(1)绝干空气的消耗量(Kg绝干气/h);
(2)进预热器前风机的流量(m3/s);(3)预热器加入热量(KW)(预热器热损失可忽略)。
附:
湿空气比体积计算公式:
vH=(2.83×10-3+4.56×10-3H)×(t+273)
五、吸收计算题(15分)
在填料塔中,用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A,已知气体混合物中溶质A的初始组成为0.05,通过吸收,气体出口组成为0.02,溶液出口组成为0.098(均为摩尔分率),操作条件下的气液平衡关系为y=0.5x,并已知此吸收过程为气膜控制,试求:
(1) 气相总传质单元数NOG;
(2)当液体流量增加一倍时,在气量和气液进口组成不变的情况下,溶质A被吸收的量变为原来的多少倍?
六、精馏计算题(20分)
含苯0.5(摩尔分率,下同)、流量为1000kmol/h的苯?
甲苯混合液在一常压连续操作的精馏塔内进行分离。
按工艺要求塔顶馏出液中苯含量不低于0.9,苯的回收为90%,泡点进料和泡点回流,且R=1.5Rmin,a=2.5。
试求:
(1)塔顶、塔底产品量D、W(kmol/h)及塔底产品浓度xW;
(2)写出此操作条件下的精馏段操作线方程;(3)写出此操作条件下的提馏段操作线方程;(4)若在塔操作中将上述进料浓度改为0.4,而维持F、q、R、D不变,能否达到分离要求?
化工原理(下册)B卷试题评分标准及参考答案
一、填空选择题(25分,每空1分)
1、不变,增大 2、减小、增加 3、 4、降低,升高 5、2.08 6、减少,增大 7、溶液中各组分在溶剂中溶解度有差异、较强溶解能力、较高选择性、易于回收 8、36 9、降低,升高,不变 10、0.0238、101.69/100.69 11、A 12、A?
13、A 14、D 15、B
二、问答题(15分,每小题5分)
1、L、G不变,\HOG不变、NOG不变;又m不变,故1/A不变。
由吸收因数法可知 不变,由此可知y2?
。
至于x1的变化,则可用排除法判断:
假设x1不变或变大,可见均与NOG不变相
矛盾。
因此,x1必变小。
2、从泡点回流改为冷液回流时,xD↑。
其原因是:
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,使得精馏段实际回流比增大,操作线向平衡线靠近,所需NT减少,这也有利于分离。
3、xC↑ 因为提高干燥时气流速度可导致等速阶段U0增加,随着U0↑,内部水分扩散不及的现象就可能提前来临,即x0↑。
也就是:
临界含水量x0随恒速阶段的干燥速率的增加而增大。
三、萃取计算题(10分/7、3,结果允许有误差)
(1)作图法求解:
连接xF、S两点,
因为S/F=1,所以FS中点即为合点M。
又,故过M作水平线RE即为连结线,
连接SE、SR,并延长至,
由图上可读出=0.54,=0.1
(2)设FS线与平衡线左交点为M?
,过M?
作水平线M?
E?
,则M?
E?
即为S用量最少时的连结线。
连结SE?
并延长至AB边上,得=0.6(虚线位置)
四、干燥计算题(15分,每小题5分)
1.求绝干空气量V(考察X与w之间的关系)
GC=G2(1-w2)=G2/(1+X2)=237/(1+0.01)=234.7Kg绝干料/h
W=GC(X1-X2)=234.7(0.15-0.01)=32.9Kg/h
V=W/(H2-H1)=32.9/(0.023-0.0073)=2096Kg绝干气/h
2.求风机流量L
vH=(2.83×10-3+4.56×10-3Ho)×(to+273)
=(2.83×10-3+4.56×10-3×0.0073)×(15+273)
=0.825m3湿空气/Kg绝干气
L=V×vH=0.825×2096=1729.2m3/h=0.480m3/S
3.求预热器加入热量QP
QP=V(I1-I0)=2096(109-35)
=155104KJ/h=43.08KW
五、吸收计算题(15分/9、6)
(1)属低浓气体吸收,x2=0
(2) L增大一倍时,因吸收过程为气膜控制,故Kya不变,HOG不变,所以NOG也不变。
而
,则
L增大一倍后,溶质A被吸收的量=
而原状况下溶质A被吸收的量=
六、精馏计算题(20分/6、6、6、2)
(1)
kmol/h
kmol/h
(2)泡点进料,
精馏段操作线方程:
(3)精馏段操作线与q线交点d坐标为:
,
故提馏段操作线方程为:
即
(4) xD不能达到分离要求。
此题可图解说明