《化工原理Ⅱ》填空题(1)

1石油大学（北京）化工学院化工原理（下册）题库一、填空题：1、在描述传质的费克定律中，扩散通量J与浓度梯度或压力梯度成正比，其比例系数称为扩散系数，表示传质阻力的倒数。分子扩散是凭借流体分子热运动来传递物质的，而涡流扩散是凭借流体质点的湍动和漩涡来传递物质的。2、单向扩散速率与等分子反向扩散速率相比多了一个漂流因子，在低浓度气体中该因数B，在高浓度气体中该因数A（A：大于1.0B：约等于1.0C：小于1.0D：约等于0.0），说明总体流动对传质速率的影响较大。3、当流体呈湍流流动时，物质的传递是分子扩散和涡流扩散共同作用的结果，这时的物质传递过程称为对流传质过程。4、分子扩散中主体流动产生的原因是组分A可以通过相界面，组分B为停滞组分，组分A单向扩散通过相界面后，在界面附近出现空位，使得界面压力低于主体压力，其他分子前来补充，造成主体向界面的流动，在主体流动的存在下，扩散速率会发生什么变化增大（增大、减小、不变），在什么情况下可不考虑主体流动的影响溶质A浓度较低。5、某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中的易溶组分，入塔混合气浓度为0.04，出塔混合气浓度为0.02，操作液气比L/V=2(L/V)min，气液相平衡关系为ye=2x，该吸收塔完成分离任务所需的理论板数N为1。解：L/V=2(L/V)min，(L/V)min=(yb-ya)/(xbe-xa)=(yb-ya)/(yb/m)=(0.04-0.02)/(0.04/0.02)=1，L/V=2=m操作线与相平衡线平行，S=1，xa=0，Δym=ya=0.02，N=NOG=(yb-ya)/Δym=(0.04-0.02)/0.02=16、某逆流解吸塔，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成Ya将增大，液体出口组成xb将减小，溶质解吸率将增大。解：已知yb、xa、L/V、h不变，HOG减小，NOG上升，故ya上升，xb下降，η=(xa-xb)/xa增大。也可图解，V减小，传质推动力减小，操作线上移。7、气相中物质的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的升高而减小；液相中物质的扩散系数随粘度的增加而减小。（增大、减小、不变）8、常压25℃下，气相溶质A的分压为0.054atm的混合汽体与溶质A浓度为0.0018mol/l的水溶液接触，如果在该工作条件下，体系符合亨利定律，亨利系数E=0.15×104atm，ρH2O≈1000kg/m3，问溶质A的传质方向是（16）。A：吸收B：平衡C：解吸D：无法判断9、某气体吸收过程，符合亨利定律，相平衡常数m=1，气膜吸收系数kY=1×10－4kmol/(m2s)，液膜吸收系数kX的值为kY值的100倍，试判断这一吸收过程为（16）（气膜、液膜、双膜）控制过程，该气体为（17）（易溶气体、难溶气体），气相总传质系数为（18）。10、双组分混合物中，组分A的扩散系数除了与系统的物质属性有关外，还随温度、压力及混合物中组分A的浓度的不同而变化，对于气体中的扩散，浓度的影响可以忽略。当系统总浓度增加时，扩散系数将减少，当系统中组分B的分子量增加时，扩散系数将减少（增加、减少、不变、不定）。11、双组分理想气体进行单向扩散，如维持气相各部分PA不变，则在下述情况下，气相中的传质通量NA将如何变化，A：总压增加，NA减少（增加、减少、不变），B：温度增加，NA增加（增加、减少、不变），C：气相中惰性组分的摩尔分率减少，则NA增加（增加、减少、不变）。12、扩散通量式JA=-D(dCA/dz)=-JBAF（A：可以用于多组分系统、B：只能用于双组分系统、C：只能用于稀溶液、D：只能用于理想气体、E：只能用于液相、F：可以同时用于液相或气相系统）（多选）13、所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶解度曲线。由图可知，它们的溶解度次序为CBA（由大到小），在吸收过程中，温度及汽液流量不变，压力增大，可使相平衡常数减小，传质推动力增大（增大、减小、不变）。14、三传类比是指动量传递、热量传递、和质量传递之间的类比。15、吸收操作中对吸收剂主要要求包括：选择性好、溶解度高、可循环使用、挥发性小。（至少写出四种）16、在一个逆流操作的吸收塔中，某截面上的气相浓度为y（摩尔分率，下同），液相浓度为x，在一定温度下，气液相平衡关系为ye=mx，气相传质系数为ky，液相传质系数为kx，则该截面上的气相传质总推动力可表示为y-mx，气相传质总阻力可表示为1/Ky=1/ky+m/kx；如果降低吸收剂的温度，使相平衡关系变为ye=m’x，假设该截面上的两相浓度及单相传质系数保持不变，则传质总推动力增大，传质总阻力中气相传质阻力不变，液相传质阻力减小，传2质速率增大。17、某二元精馏塔，在塔顶第一块板上的液体中装有温度计，假设板上的液体与上方气体处于平衡状态，如果保持操作压力不变，塔内混入一定量的惰性气体，那么温度计读数降低，物系的相对挥发度增大。如果现有的精馏塔塔顶产品不合格，如何调节精馏塔操作，使产品合格，请列出三种方案：增大回流比，降低回流液温度，降低操作压力。18、对流传质是分子扩散和涡流扩散共同作用的结果，对流传质与对流传热有相似之处，增强流体的湍动程度和增大相接触面积有利于强化对流传质。19、吸收过程为气膜控制（气相阻力控制）时，Ci与CL接近,还是PG与Pi接近?(Ci与CL接近)。20、对接近常压的低浓度溶质的汽液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E不变，相平衡常数m变小，溶解度系数H不变。21、在传质理论中有代表性的三个模型分别为膜、溶质渗透和表面更新，对吸收的理论分析，当前仍采用膜模型作为基础。22、双膜理论的主要内容是：（1）气液相间存在稳定的相界面，界面两侧各有一层有效层流膜，溶质以分子扩散方式通过双膜；（2）界面上气液两相呈平衡；（3）传质阻力集中在层流膜内,界面上无阻力。23、总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/KL=1/kL+H/kG，其中1/kL表示液膜阻力，当气膜阻力H/kG项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。24、对于低浓度溶质A的气体的物理吸收达到平衡时，其自由度可视为3。即在温度、压力、气相溶质浓度、液相溶质浓度四个变量中，有3个自变量。25、一般而言，两组分A、B的等摩尔相互扩散体现在二元蒸馏单元操作中，而A在B中单向扩散体现在吸收单元操作中。26、亨利定律的表达式之一为P=Ex，若某气体在水中的E值很大，说明该气体为难溶气体，该气体的解吸过程是受液膜控制的传质过程；气体吸收过程的逆过程是解吸过程，前者的操作温度一般较后者低，而压力较后者高（高、低、相等）。27、通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，D。（A）回收率最高；（B）吸收推动力最大；（C）操作最为经济；（D）填料层高度趋向无穷大。增加吸收剂用量，操作线的斜率增大（增大、减小、不变），则操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y-ye）增大（增大、减小、不变）。28、低浓气体吸收中，已知平衡关系y=2x，kxa=0.2kmol/m3.s，kya=2×10-4kmol/m3.s，A（A气膜；B液膜；C气、液双膜）控制的总传质系数近似为Kya=2×104kmol/m3.s。29、某逆流操作的吸收塔底排出液中溶质的摩尔分率x=2×10-4，进塔气体中溶质的摩尔分率为y=0.025，操作压力为101.3kPa，汽液平衡关系为ye=50x，现将操作压力由101.3kPa增至202.6kPa，求塔底推动力(y-ye)增至原来的4/3倍，(xe-x)增至原来的8/3倍。P=101.3kPa：ye=50x=50*2*10-4=0.01y-ye=0.025-0.01=0.015xe=y/50=0.025/50=0.0005xe-x=0.0005-2*10-4=3*10-4P=202.6kPa：ye=25x=25*2*10-4=0.005y-ye=0.025-0.005=0.02xe=y/25=0.025/25=0.001xe-x=0.001-2*10-4=8*10-4(y-ye’)/(y-ye)=0.02/0.015=4/3=1.33(xe’-x)/(xe-x)=8/3=2.6730、将含CO220%、惰性气体80%（体积分率）的混合气，在体积为2m3的密闭容器中，与1m3的清水在25℃下长期充分接触。若刚开始接触时混合气的压力P为101.3kPa，亨利系数E=1.66×105kPa，H2O=997kg/m3，问刚开始接触时的总传质推动力为20.26（以分压差表示，kPa），CO2在水中的最终浓度为3.7(mol/m3)。(1)PG-Pe=101.3*0.2-0=20.26kPa(2)Pe=Ex（Py-nRT/VG）＝En/(n+H2OV/MS)(101.3*0.2-n*8.314*298/1)=1.66*105*n/(997*1/18)n=0.0037molCCO2=n/VL=3.7/1=3.7mol/m331、吸收因子A表征相平衡线和操作线斜率的比值，而解吸因子与A呈倒数关系。32、氧气解吸是一个液膜控制的传质过程，该过程的传质速率主要受液膜控制。33、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的HOG将不变，NOG将增大（增大、减小、不变）。34、气膜控制的系统，气体流量越大，则气相总传质系数Ky增大，气相总传质单元高度HOG略微增大（增大、减小、不变）。35、逆流操作的填料吸收塔，当吸收因数A1且填料为无穷高时，汽液两相将在：B（A：塔顶、B：塔底、C：塔中部）达到平衡。336、在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数ky=2kmol/m2.h，气相总传质系数Ky=1.5kmol/m2.h，则该处汽液界面上气相浓度yi应为0.01。平衡关系y=0.5xya=0.5*0.01=0.005NA=Ky(y-ye)=Ky(y-yi)1.5(0.025-0.005)=2(0.025-yi)yi=0.0137、在一吸收填料塔中，用清水吸收某气体混合物中的溶质组分A，入塔气相含A0.06（摩尔分率，下同），操作条件下的平衡关系为y*=1.2x，操作液气比为1.2，出塔气相含A为0.01。若气、液初始组成、流量及操作条件不变，当另一个完全相同的塔，两塔按串连逆流操作组合时，气体最终出塔组成为多少0.00545。（1）单塔操作时xb=(yb-ya)/(L/V)=(0.06-0.01)/1.2=0.0417NOG=(yb-ya)/Δym=ya=(0.06-0.01)/0.01=5（2）两塔串连逆流操作时∵流量不变、塔径相同、填料一样∴HOG不变NOG’=h’/HOG’=2h/HOG=2NOG＝2＊5=10S=1Δym’=Δya’=ya’-mxa=ya’NOG’=10=(yb-ya’)/Δym=(yb-ya’)/ya’∴y2’=0.0054538、在一吸收塔中，用清水逆流吸收某气体混合物，入塔气相组成为0.04（摩尔分率，下同），操作条件下物系的平衡关系为y*=1.2x，操作液气比为1.2，出塔气相组成为0.01，吸收过程为气膜控制，Kya∝V0.7（V为气相摩尔流率）。若汽液初始组成、流量及操作条件不变，当另加一个完全相同的塔，两塔按并联逆流操作组合，汽液两相流量分配相等，此时气体出口组成为0.00853。（1）一个塔单独操作时：m=1.2,L/V=1.2,S=mV/L=1L/V=(yb-ya)/(xb-xa)xa=0xb=(yb-ya)/(L/V)=(0.04-0.01)/1.2=0.025∵S=1∴Δym=Δya=Δyb=0.01NOG=(yb-ya)/Δym=(0.04-0.01)/0.01=3（2）两个完全相同的塔并联逆流操作时，每个塔的入塔汽、液组成相同。∵V’=(1/2)VL’=(1/2)L∴L/V=L’/V’=1.2S=1∵HOG×NOG=HOG’×NOG’=h∵气膜控制，∴kya≈KyaKya∝V0.7HOG/HOG’=V0