2010-2011第二学期化工08级化工原理(下)试卷B及答案

2010—2011学年第二学期《化工原理（下）》试卷专业班级姓名学号开课系室化学工程系考试日期2011年6月19日题号一二三四五总分得分阅卷人B卷第1页共5页一、填空选择题（1空1分，共30分）1.在t-x-y图中的气液两相共存区内，平衡气液两相温度，但气相组成液相组成，而两相的量可根据来确定。2.当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。3.在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是；加料板以下的塔段（包括加料板）称为，其作用是。4.在精馏过程中，回流比R的定义式为；对于一定的分离任务来说，当R=时，所需理论板数为最少，此种操作称为；而R=时，所需理论板数为∞。5.对于饱和蒸汽进料，则有LL，VV。A等于B小于C大于D不确定6.亨利定律三种形式，，。其中各式中与温度压力都有关系的系数是，此值越小表示溶质越（难，易）溶解于溶剂，此时吸收过程最可能为（气膜、液膜）控制.。7.吸收塔操作时，若脱吸因数mV/L增加，而气液进口组成不变，则溶质回收率将，而出塔液体浓度将。A增加B减少C不变D不定8.某吸收任务的操作液汽比，气体进出口浓度，吸收剂进口温度，操作压力，吸收剂入塔浓度均已确定，若设计时选用性质优良的填料，则。A所需传质单元数减少，填料层高度减少B所需传质单元数不变，填料层高度减少C所需传质单元数减少，填料层高度不变D所需传质单元数不变，填料层高度不变9.某低浓度气体吸收塔（相平衡关系Y=mX），逆流操作，用清水吸收混合气中A组分，若L、V、T、P均不变（KYa不变），进口气体的浓度Yb增加，则尾气浓度，吸收率。A增加B减少C不变D不定10.传质单元高度主要取决于、、等因素。第2页共5页11.涡流扩散系数与扩散系数的本质区别在于。⒓填料的主要特性有，，填料因子，单位堆积体积内的填料数目。二、问答题（共20分）1.（10分）一操作中的精馏塔，若保持F、xF、q、D不变，增大回流比R，试分析L、V、L’、V’、W、xD、xW的变化趋势。2.（10分）在一填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的低浓度氨，若清水适量加大，其余操作条件（T、P、G、xa、yb、h）不变，试分析出口气、液相中氨的浓度将如何变化？第3页共5页三、（15分）在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分率，下同）馏出液组成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料（q=1），回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5，恒摩尔流假定成立。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。第4页共5页四、（20分）氨体积含量8%的空气-氨混合物通过填料塔用清水吸收其中的氨，操作温度为20℃，压力为101.3kPa，平衡关系可用y=0.9x表示。当混合气的流速为22.4kmol/(m2·h)，水的流速为45.6kmol/(m2·h)时，氨的吸收率可达99.5%。问在如下新工况下，氨的吸收率为多少？推动力有何变化？（1）液体流量减半（其余不变）；（2）气体处理量加倍（其余不变）。假设气相传质分系数kya∝VB0.7，吸收过程为气膜控制。第5页共5页五、（15分）如图，F1=100kg/h，含A60%，B40%；F2=100kg/h，含A40%，B60%，S=200kg/h，xRN≤0.06，若两股物料单独加入，求操作点位置。2010—2011学年第二学期《化工原理（下）》试卷答案及评分标准适用专业班级化学工程2008级开课系室化学工程系考试日期2011年6月19日B卷第1页共8页一、填空题（1空1分，共30分）1.在t-x-y图中的气液两相共存区内，平衡气液两相温度相等，但气相组成大于液相组成，而两相的量可根据杠杆规则来确定。2.当气液两相组成相同时，则气相露点温度大于液相泡点温度。3.在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为精馏段，其作用是提浓上升蒸汽中易挥发组分；加料板以下的塔段（包括加料板）称为提馏段，其作用是提浓下降液体中难挥发组分。4.在精馏过程中，回流比R的定义式为R=L/D；对于一定的分离任务来说，当R=∞时，所需理论板数为最少，此种操作称为全回流；而R=Rmin时，所需理论板数为∞。5.对于饱和蒸汽进料，则有LAL，VBV。A等于B小于C大于D不确定6.亨利定律三种形式P=Ex，p=C/H，y=mx。其中各式中与温度压力都有关系的系数是m，此值越小表示溶质越易（难，易）溶解于溶剂，此时吸收过程最可能为气膜（气膜、液膜）控制.。7.吸收塔操作时，若脱吸因数mV/L增加，而气液进口组成不变，则溶质回收率将B，而出塔液体浓度将D。A增加B减少C不变D不定8.某吸收任务的操作液汽比，气体进出口浓度，吸收剂进口温度，操作压力，吸收剂入塔浓度均已确定，若设计时选用性质优良的填料，则B。A所需传质单元数减少，填料层高度减少B所需传质单元数不变，填料层高度减少C所需传质单元数减少，填料层高度不变D所需传质单元数不变，填料层高度不变9.某低浓度气体吸收塔（相平衡关系Y=mX），逆流操作，用清水吸收混合气中A组分，若L、V、T、P均不变（KYa不变），进口气体的浓度Yb增加，则：尾气浓度A，吸收率C。A增加B减少C不变D不定10.传质单元高度主要取决于气液流量、填料特性、系统特性等因素。第2页共8页11.涡流扩散系数与扩散系数的本质区别在于扩散系数是系统性质（或物性），而涡流扩散系数随流动状况及位置等条件而变。⒓填料的主要特性有比表面积ａ，空隙率ε，填料因子，单位堆积体积内的填料数目。二、问答题（共20分）1.（10分）一操作中的精馏塔，若保持F、xF、q、D不变，增大回流比R，试分析L、V、L’、V’、W、xD、xW的变化趋势。答：（1）L、V、L’、V’、W变化趋势分析：由L=RD，V=(R+1)D，因为D不变、R增大，所以L增大、V增大。由L’=L+qF，V’=V-(1-q)F，因为F、D不变，所以L’增大、V’增大。即本题R增大的代价是V’增大。由W=F-D，因为F、D不变，所以W不变。（2）xD、xW的变化趋势利用M-T图解法分析xD、xW的变化趋势。先假设xD不变，则xW=(FxF-DxD)/W也不变（因为F、D、W、xF不变），结合R增大，作出新工况下的二操作线，如图所示的二虚线（原工况为实线，下同），可知要完成新工况下的分离任务所需的理论板数比原来的要少（即N减小），不能满足N不变这个限制条件，因此“xD不变”的假设并不成立，但已不难推知：若要满足N不变，必有xD增大，又从物料衡算关系得xW减小，其结果如图所示。(a)假设xD不变时新工况下的(b)xD增加时新工况下二操作线（虚线）的二操作线（虚线）（N减小，不能成立）（N不变，正确）第3页共8页2.（10分）在一填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的低浓度氨，若清水适量加大，其余操作条件（T、P、G、xa、yb、h）不变，试分析出口气、液相中氨的浓度将如何变化？答：根据已知条件，L增大，而T、P、G、xa、yb、h保持不变。由于水吸收氨过程一般属气膜控制，因为G不变，所以Kya基本不变，从而HOG不变，NOG也不变。因为L增大，所以S减小，结合NOG不变，可得(yb-mxa)/(ya-mxa)增大。因为xa、yb不变，所以ya减小。又)()(ababyyGxxL，因为Ya减小，所以)(abyyG增大，但由于L增大，暂无法从全塔物料衡算确定xb的变化趋势。此时xb的分析可用作图法分析。图中，1线是清水量未加大时的操作线，当清水量加大后，由以上分析得ya减小，假设减小到'ay，若此时xb不变，如图中2线所示，则比1线更靠近平衡线，平均推动力减小，则需要的传质单元数增多，而传质单元数是不变的，所以2线不对，若xb变大，则需要的传质单元数更多。所以xb应减小，比如减小到'bx，此时的操作线如3线所示，才能保证传质单元数不变。结果：ya减小、xb减小。说明：若采用近似方法分析，则因为ya《yb，所以bababGyyyGxxL)()(,，因为L增大，而G、xa、yb不变，所以xb减小。第4页共8页三、（15分）在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为1000kmol/h，组成为含苯0.4（摩尔分率，下同）馏出液组成为含苯0.9，苯在塔顶的回收率为90%，泡点进料（q=1），回流比为最小回流比的1.5倍，物系的平均相对挥发度为2.5，恒摩尔流假定成立。试求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程。解：9.0FDFxDxhkmolxFxDDF/4009.04.010009.09.0W=F-D=1000-400=600kmol/hwDFWxDxFxWx6009.04004.0100000667.0Wx111RxxRRyDnn1qFqxx625.04.05.114.05.2)1(1qqqxxy22.14.0625.0625.09.0minqqqDxyyxR83.15.1minRR精馏段操作线方程318.0647.0183.19.0183.183.11nnnxxyhkmolDRVV/113240083.2)1(hkmolFRDFLqFLL/1732100040083.1提馏段操作线方程0354.053.111320667.0600113217321mmWmmxxVWxxVLy第5页共8页四、（20分）氨体积含量8%的空气-氨混合物通过填料塔用清水吸收其中的氨，操作温度为20℃，压力为101.3kPa，平衡关系可用y=0.9x表示。当混合气的流速为22.4kmol/(m2·h)，水的流速为45.6kmol/(m2·h)时，氨的吸收率可达99.5%。问在如下新工况下，氨的吸收率为多少？推动力有何变化？（1）液体流量减半（其余不变）；（2）气体处理量加倍（其余不变）。假设气相传质分系数kya∝VB0.7，吸收过程为气膜控制。解：原工况时：VB=22.4kmol/(m2·h)，LB=45.6kmol/(m2·h)，yb=0.08，xa=0，η=99.5%087.008.0108.01bbbyyYYa=(1-η)Yb=(1-0.995)×0.087=0.0004350391.0000435.0087.06.45)08.01(4.220)1(abbabYYLyGXX01075.0000435.0/0391.09.0087.0ln000435.00391.09.0087.0/lnaabbaabbmmXYmXYmXYmXYY05.801075.000435.0087.0mabOGYYYN（1）由于吸收过程为气膜控制，Kya≈kya∝G0.7故L减半，但G不变，则Kya不变，HOG不变，从而NOG不变。NOG’=8.05，813.06.455.0)08.01(4.229.05.0''LmGLmGS''''')1(ln11SmXYmXYSSNaaabOG813.0087.0813.01ln813.01105.8'aY解得Ya’=0.0044%9.94087.0/0044.01/1'baYY‘0103.005.80044.0087.0'''OGabmNYYY958.001075.00103.0/'mmYY第6页共8页（2）3.0/BBOGVKyaVH3.0/BOGOGVHhN3.0BBOGOGVVNN54.605.823.0OGN813.06.45)08.01(4.229.022LmGLmGS]813.0087.0813.01ln[813.01154.6aYYa”=0.006