08级化工原理下册期中试卷及答案

考试课程：班级：姓名：学号：-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线----------------------------------------------------------------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------武汉工业学院2010–2011学年第二学期期中考试试卷课程名称化工原理（下）成绩题号一二三1234分值301015151515得分阅卷人一填空选择题（30分）1（3分）在设计连续操作的精馏塔时，如保持ＸFD状态、用的气速也一定，则增大进料量将使塔径增大，而所需的理论板数不变。2（2分）简单蒸馏的主要特点是①不稳定操作②Ｒ＝０3（2分）精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为ｔ1，液相泡点温度为ｔ2。塔底某理论板上汽相露点温度为ｔ3，液相泡点温度为ｔ4＜符号排列如下：ｔ4＝ｔ3＞ｔ2＝ｔ1。4（2分）含ＳＯ2Kmol/m3ＳＯ2p*（大气压），则ＳＯ2气相向液相转移。5(2分)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，则此体系属_气膜___控制。第1页(共4页)6(2分)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将不变；，NOG将增加。7(3分)填料塔是连续接触式气液传质设备，塔内_液相_____为分散相，__气相______为连续相。为保证操作过程中两相的良好接触，故填料吸收塔顶部要有良好的_液体分布__装置8(2分)板式塔从总体上看汽液两相呈___逆流_____接触，在板上汽液两相呈__错流__接触。9(3分)板式塔不正常操作现象通常有__过量液沫(雾沫)夹带，溢流液泛(或液泛)和严重漏液。10（2分）精馏塔设计时，若F，xF，xD，xW，V均为定值，将进料热状态从q＝１变为q１，设计所需理论板数：（B）（A）多（B）少（C）不变（D）判断依据不足11(2分)操作中精馏塔，保持F，xF，q，V＇不变，减少D，则塔顶易挥发组分回收率η变化为（B）（A）变大（B）变小（C）不变（D）不确定12（3分）低浓度的气膜控制系统，在逆流吸收操作中，若其他操作条件不变，而入口液体组成xa增高时，则气相总传质单元数NOG将（A增加、B减少、C不变、D不定）气相出口组成ya将（A增加、B减少、C不变、D不定）液相出口组成xb将（A增加、B减少、C不变、D不定）13（2分）单向扩散中的漂流因子＿＿＿＿＿。（Ａ）＞１（Ｂ）＜１（Ｃ）＝１（Ｄ）不一定二作图题（10分）1（5分）操作中的连续精馏塔的操作线如图示。现保持Ｆ、ｘF、ｑ，Ｖ＇不变，而使Ｄ增加，试在原图上定性绘出新工况下的操作线。2（5分）在低浓度溶质系统逆流吸收塔操作中，其平衡线与操作线如下图，若气液摩尔流量和入口组成（摩尔分率）不变，但操作压力降低。请在y--x图上示意画出操作线和平衡线的变动情况。-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------第2页(共4页)三计算题（60分）1（15分）用一连续精馏塔分离苯－甲苯混合溶液，原料液中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.95（以上均为摩尔分率），原料液为汽、液混合进料，其中蒸汽占1/3（摩尔数比），苯－甲苯的平均相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的2倍，试求：(1)原料液中汽相及液相的组成；(2)最小回流比；(3)若塔顶采用全凝器，求从塔顶往下数第二块理论板下降的液体组成。2(15分)用一连续精馏塔分离苯、甲苯液体混合物，塔顶设全凝器，塔底设再沸器，进料量为１５０ｋｍｏｌ／ｈ，其中含苯０.４（摩尔分率，下同），泡点进料，通过取样测得塔顶馏出液中苯回收率为９２．２０％，塔底产品中苯的组成为０.０５，实际操作回流比Ｒ＝２.４３，已知操作条件下平衡关系如图所示，若设该塔在最适宜位置进料，试求：⑴塔顶、塔底产品流量及塔顶组成；⑵该塔具有理论板数和进料位置；⑶精馏段及提馏段液气比各为多少；⑷因长期操作再沸器内结垢，试问对塔顶产品质量有何影响？如何才能维持正常生产？（设产品流量不变）-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------第3页(共4页)3（15分）用填料塔从一混合气体中吸收所含的苯。混合气体中含苯５％（体积％），其余为空气,要求苯的回收率为90％（以摩尔分率表示），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为摩尔分率），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（３）填料层高度Z为多少[ｍ]？-------------------------------------------------密----------------------------------封-----------------------------线---------------------------------------------------------新工况操作线。4（15分）有一填料层高度为3m的逆流操作的吸收塔，操作压强为1atm，温度为23℃，用清水吸收空气中的氨气，混合气体流率为18kmol/m2.h，其中含氨6%（体积%），吸收率为99%,清水的流率为43kmol/m2.h，平衡关系为y=0.9x，气相体积总传质系数KGa与气相质量流率的0.8次方成正比，而受液体质量流率的影响甚小。试估算在塔径、回收率及其他操作条件不变，而气体流率增加一倍时，所需填料层高度有何变化？2当P↓，m=E/P↑，平衡线斜率增加，S=mG/L↑，HG，HL不变，∴HOG↑，NOG↓，操作线将向左上方平行移动（L/G不变）1⑴设原料液中液相组成为xF'，汽相组成为yF'（均为摩尔分率）则（2／3）xF'＋（1／3）yF'＝0.4yF'＝2.5xF'/(1＋1.5xF')解之得xF'＝0.326,yF'＝0.548⑵Rmin/Rmin+1＝（xD－yq）／（xD－xq）＝(0.95-0.548)/(0.95-0.326)Rmin=1.8⑶精馏段操作线方程为:y=[R/(R＋1)]x＋xD／(R＋1)R=2Rmin=2×1.8=3.6y=0.783x＋0.207塔顶采用全凝器,y1＝xD＝0.95y1＝2.5x1／(1＋1.5x1)0.95=2.5x1／(1＋1.5x1)x1＝0.884y2＝0.783x1＋0.207=0.783×0.884＋0.207=0.899y2=2.5x2／（1＋1.5x2）0.899=2.5x2／(1＋1.5x2）x2=0.7812解：（１）DxD／（FxF）＝0.922DxD＝0.922×150×0.4＝55.32DxD＝FxF－Wxw＝FxF－（F－D）xw＝55.32150×0.4－（150－D）×0.05＝55.32D＝56.4kmol/hW＝F－D＝93.6kmol/hxD＝55.32／56.4＝0.981（２）ＮT及Ｎf（进料位置）xD＝0.981，xw＝0.05，ｑ＝1，xD／（R＋1）＝0.981／（2.43＋1）＝0.286ａ（0.981，0.981），ｂ（0.05，0.05），ｑ线x＝0.4作图得：ＮT＝12－1＝11，不含釜，Ｎf＝7（３）精馏段：L／V＝R／（R＋1）＝2.43／（2.43＋1）＝0.708提馏段：L'／V'＝（L＋ｑF）／（L＋ｑF－W）或V'＝VL＝RDL'／V'＝（RD＋F）／（（R＋1）D）＝（2.43×56.4＋150）／（3.43×56.4）＝1.484（４）由于再沸器结垢，则Ｑb↓，VD↓，R↓∴xD↓若要求维持xD不变，应提高再沸器加热蒸汽的ｐs，及时清除污垢3L/G=43/18=2.39S=m/(L/G)=0.9/2.39=0.377y1=0.06,y2=y1(1-η)=0.06(1-0.99)=0.0006NOG=1/(1-S)ln[(1-S)Y1/Y2+S]=6.64HOG=Z/NOG=3/6.64=0.451当G↑一倍,G'=2G=36kmol/(m2h)S'=2S=0.754NOG'=1/(1-S')ln[(1-S')Y1/Y2+S']=13.1HOG'=(G'/G)0.2×HOG=20.2×0.451=0.518Z'=13.1×0.518=6.79m∴填料层高度应增加3.79米。4解：y1=15/17／（1000/22.4）=0.01977[kmolNH3/kmolB+NH3]y2=3.954×10-4[kmolNH3/kmolB+NH3]Y1=y1/(1-y1)=0.01977/(1-0.01977)=0.02017[kmolNH3/kmolB]Y2=y2/(1-y2)=3.9555×10-4[kmolNH3/kmolB]V=2500/22.4×(1-0.01977)=109.4[kmolB/h]L=3.6×1000/18=200[kmolB/h]全塔物料衡算L(X1-X2)=V(Y1-Y2)200(X1-0)=109.4(0.02017-3.9555×10-4)得X1=0.01072ΔY1=Y1-Y1*=0.02017-1.2×0.01072=0.0072ΔY2=Y2-Y2*=0.0004ΔYm=(0.0072-0.0004)/ln(0.0072/0.0004)=0.00235ＮOG=(Y1-Y2)/ΔYm=(0.02-0.0004)/0.00235=8.34Z＝ＮOG×ＮOG=8.34×0.7=5.84m