化工原理下册试卷及答案共六套

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中南大学考试试卷(A)2013--2014学年1学期时间110分钟化工原理课程40学时2.5学分考试形式:闭卷专业年级:化工、制药、应化11级总分100分,占总评成绩70%一、选择填空题(共40分)1、(5分)①在气体流量,气相进出口组成和液相进口组成不变时,若减少吸收剂用量,则传质推动力将____,操作线将____平衡线,设备费用将____。②当温度增高时,溶质在气相中的分子扩散系数将____,在液相中的分子扩散系数将____。③对一定操作条件下的填料吸收塔,如将塔料层增高一些,则塔的HOG将_____,NOG将_____(增加,减少,不变)。答文①减少;靠近;增加(3分)②增加;增加(1分)③不变;增加(1分)2、(1分)正常操作下的逆流吸收塔,若因某种原因使液体量减少以至液气比小于原定的最小液气比时,下列哪些情况将发生?C(A)出塔液体浓度增加,回收率增加(B)出塔气体浓度增加,但出塔液体浓度不变(C)出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加(D)在塔下部将发生解吸现象3、(3分)若维持操作中精馏塔的F、xf、q,D不变,而减少塔釜蒸发量V。则:xD____,xw____,L/V____。(变大,变小,不变,不确定)答文:变小,变大,变小。4、(6分)根据下图所示的双塔吸收流程,在下方示意绘出与其相应的操作线(OE为平衡线),并用图中所示浓度符号标明各操作线端点坐标。(将示意图绘于答题纸再作答或将原图剪贴于答题纸上作答均可)组合1组合2组合1组合2组合1组合25、(1分)进行萃取操作时应使:()CA分配系数大于1B分配系数小于1C选择性系数大于1D选择性系数小于16.(1分)萃取剂加入量应使原料和萃取剂的和点M位于()。CX1bY2bY2aabY1aX2bX1aX2aY1bY2bY2aabY1aX2bX1bX1aX2aY1bXYOEXYOEA溶解度曲线之上方区B溶解度曲线上C溶解度曲线之下方区D座标线上7.(1分)萃取是利用各组分间的()差异来分离液体混合物的。CA挥发度B离散度C溶解度D密度8.(3分)某液体组成为xA=0.6、xB=0.4,若在其中加入与原料液等量的萃取剂S,写出混合后的组成:xA=()、xB=()、xS=()。0.30.20.59、(3分)在B-S部分互溶的萃取操作中,若萃取相中含溶质A为85kg,稀释剂B为15kg,溶剂S为100kg,则萃取相中yA/yB=()。5.6710、填空(6分)①以空气作为湿物料的干燥介质当所用空气的相对温度较大时,湿物料的平衡水份相应____,自由水份相应____。②常压下,空气中水汽分压为20mmHg时,其湿度H=_____。③物料干燥时的临界水份是指____________________;它比物料的结合水份____。答文较大较小0.0168由恒速干燥转到降速阶段的临界点时,物料中的含水率;大11、(6分)①物料的平衡水份一定是()(A).非结合水份(B).自由水份(C).结合水份(D).临界水份②空气温度为to,湿度为Ho,相对湿度为φo的湿空气,经一间接蒸汽加热的预热BAFMBA器后,空气的温度为t1,湿度为H1,相对湿度为φ1,则()(A).H1>H0(B).φ0>φ1(C).H1<H0(D).φ0<φ1③在恒定干燥条件下,将含水20%的湿物料进行干燥,开始时干燥速率恒定,当干燥至含水量为5%时,干燥速率开始下降,再继续干燥至物料恒重,并测得此时物料含水量为0.05%,则物料的临界含水量为()(A).5%(B).20%(C).0.05%(D).4.55%④空气的干球温度为t,湿球温度为tw,露点为td,当空气的相对湿度φ=98%时,则()(A).t=tw=td(B).t>tw>td(C).t<tw<td(D).t>tw=td答文CBAB12、填空(4分)①板式塔的类型有:______、_____和_____等(至少列举三种)。②筛板塔设计中,板间距HT设计偏大优点是_________________;缺点是________________。答文①泡罩塔、浮阀塔、筛板塔②液沫夹带少,不易造成降液管液泛;增加全塔高度。二、计算题(15分)某精馏塔用于分离苯-甲苯混合液,泡点进料,进料量30kmol/h,进料中苯的摩尔分率为0.5,塔顶、底产品中苯的摩尔分率分别为0.95和0.10,采用回流比为最小回流比的1.5倍,操作条件下可取系统的平均相对挥发度α=2.40。(1)求塔顶、底的产品量;(2)若塔顶设全凝器,各塔板可视为理论板,求离开第二块板的蒸汽和液体组成。答文解:F=D+WFxF=DxD+Wxw30=D+W30×0.5=D×0.95+W×0.10D=14.1kmol/hW=15.9kmol/hxe=xF=0.5,ye=αxe/[1+(α-1)xe]=2.40×0.5/[1+(2.40-1)×0.5]=0.706Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)=(0.95-0.706)/(0.706-0.5)=1.18R=1.5×1.18=1.77y=[R/(R+1)]x+xD/(R+1)=[1.77/(1.77+1)]x+0.95/(1.77+1)=0.639x+0.343y1=xD=0.95x1=y1/[α-y1(α-1)]=0.95/[(2.40-0.95(2.40-1)]=0.888y2=0.639x1+0.343=0.639×0.888+0.343=0.910x2=0.910/[2.40-0.910(2.40-1)]=0.808三、计算题(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由40%减至5%,干燥介质是湿空气,初温为20℃,湿度Ho=0.009kg水/kg绝干空气,经预热器加热至120℃后进入干燥器中,离开干燥器时废气温度为40℃,若在干燥器中空气状态沿等I线变化。试求:(1)水分蒸发量Wkg/s;(2)绝干空气消耗量Lkg绝干气/s;(3)干燥收率为95%时产品量kg/s;(4)如鼓风机装在新鲜空气进口处,风机的风量应为多少m3/s?答文(1)W=Gc(x1-x2)x1=0.4/(1-0.4)=0.667x2=0.05/(1-0.05)=0.0526Gc=1000(1-0.4)=600kg绝干料/h∴W=600(0.667-0.0526)=368.64kg/h=0.1024kg/s(2)L=W(H2-H1)H1=Ho=0.009kg水/kg绝干气t1=120℃,t2=20℃H2未知,可通过I1=I2求算I1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=1.01t1+(1.88t1+2490)H1I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=1.01t2+(1.88t2+2490)H2∴H2=(1.01×120+(1.88×120+2490)×0.009-1.01×40)/(1.88×40+2490)=0.041kg水/kg绝干气∴L=0.1024/(0.041-0.009)=3.1974kg绝干气/s(3)G2’=0.95G2∴G2’=0.95×Gc(1+x2)=0.95×600/3600×(1+0.0526)=0.167kg/s(4)V=L·vH=3.1974[(0.772+1.244Ho)(to+273)/273]=3.1974[(0.772+1.244×0.009)×(20+273)/273]=2.69m3/s四、计算题(15分)用填料塔从一混合气体中逆流吸收所含的苯。混合气体中含苯5%(体积%),其余为空气,要求苯的回收率为90%(以摩尔比表示),吸收塔为常压操作,温度为25℃,入塔混合气体为每小时940[标准m3],入塔吸收剂为纯煤油,煤油的耗用量为最小耗用量的1.5倍,已知该系统的平衡关系Y=0.14X(其中Y、X为摩尔比),已知气相体积传质系数KYa=0.035[Kmol/m3.s],纯煤油的平均分子量Ms=170,塔径D=0.6[m]。试求:(1)吸收剂的耗用量为多少[Kg/h]?(2)溶液出塔浓度x1为多少?(3)填料层高度Z为多少[m]?答文解:(1)η=90%,yb=0.05,进口:Yb=yb/(1-yb)=0.05/(1-0.05)=0.05263(mol苯/mol气体)出口Ya=Yb(1-η)=0.005266(气体+苯流量)V=940/22.4=41.96kmol/h(气体流量)VB=V(1-yb)=41.96(1-0.05)=39.87kmol/h(Ls/VB)min=(Yb-Ya)/(Yb/m)=(0.05263-0.00526)/(0.05263/0.14)=0.126Ls=1.5Lsmin=1.5×0.126×39.87=7.536kmol/h=7.536×170Kg/h=1281Kg/h(2)Xb=(Yb-Ya)/(1.5(Ls/VB)min)=(0.05263-0.00526)/(1.5×0.126)=0.251xb=Xb/(1+Xb)=0.2006(3)HOG=VB/(KYaΩ)=(39.87/3600)/(0.035×0.785×0.62)=1.12mNOG=(Yb-Ya)/ΔYmΔYb=Yb-Yb*=0.05263-0.14×0.251=0.01749ΔYa=Ya-Ya*=0.00526—0=0.00526ΔYm=(0.01749-0.00526)/ln(0.01749/0.00526)=0.01018NOG=(0.05263-0.00526)/0.01018=4.65Z=HOG×NOG=1.12×4.65=5.2m五、计算题(15分)在B-S部分互溶物系的单级萃取中,料液中溶质A与稀释剂B的质量比为4060。采用纯溶剂S=200kg,溶剂比S/F为1,脱出溶剂后萃余液'R浓度'Ax=0.3(质量分率),选择性系数=8。试求:萃取液量'E为多少kg?解:''''''(1')/(1')AAAAAABBBBAAyxyxyxyxyxyx'80.3'0.7741(1)'1(81)0.3AAAxyx200,40/(4060)0.4FFSkgx2000.4'0.774'0.3''''200''''FAAERFxEyRxERFER即

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