化工原理期末考试试题

化工原理期末考试试题
一．填空题
1．精馏操作的目的是使混合物得到近乎完全的分离，某液体混合物可用精馏方法分离的必要条件是混合液中各组分间挥发度的差异。

2．进料热状态参数q的物理意义是代表精馏操作线和提馏段操作线交点的轨迹方程，对于饱和液体其值等于0 ，饱和蒸汽q等于1 。

3．简单蒸馏与平衡蒸馏的主要区别是简单蒸馏是非定态过程。

4．吸收操作的目的是分离气体混合物，依据是组分在溶剂中溶解度之差异。

5．连续精馏正常操作时，增大再沸器热负荷，回流液流量和进料量和进料状态不变，则塔顶馏出液中易挥发组成的摩尔组成X D将增大，塔底采出液中易挥发组成的摩尔组成X W将减小。

（减小，增大，不变，变化不确定）
6．平衡蒸馏（闪蒸）的操作温度是在操作压力下混合物的泡点和露点温度之间。

（泡点温度，露点温度，泡点和露点温度之间）
7．液－液萃取操作中，操作温度，有利于分离。

（降低，升高，保持恒定）。

8．多级逆流萃取操作，减少溶剂用量，完成规定的分离任务所需的理论级数。

（增大、减小、不变）
9．实际生产中进行间歇精馏操作，一般将和两种操作方式结合起来。

（恒定回流比，恒定产品组成）
10．请写出两种常用的解吸操作方法：和。

升温，气提，降压(三写二)
11．在吸收塔的设计中，气体流量，气体进出口组成和液相进口组成不变，若减少吸收剂用量，则传质推动力减小，设备费用增多。

（减小，增多）
12．当温度升高时，溶质在气相中的分子扩散系数升高，在液相中的分子扩散系数升高。

（升高，升高）
13．吸收操作的基本依据是组分在溶剂中溶解度之差异，精馏操作的基本依据是各组分间挥发度的差异。

14．蒸馏是分离均相液体混合物的一种方法，蒸馏分离的依据是挥发度差异。

15．恒沸精馏与萃取精馏都需加入第三组分，目的分别是使组分间相对挥发度增大、改变原组分间的相对挥发度。

16．如果板式塔设计不合理或操作不当，可能产生严重漏液、严重泡沫夹带及液泛等不正常现象，使塔无法工作。

17．板式塔的类型有泡罩塔、浮阀塔、筛板塔（说出三种）；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。

18．易溶气体溶液上方的分压小，难溶气体溶液上方的分压大，只要组份在气相
中的分压大于液相中该组分的平衡分压，吸收就会继续进行。

19．精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。

精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。

20．精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。

21．相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。

22．精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。

23．压力减小 ,温度升高 ,将有利于解吸的进行。

24．蒸发器生产能力是指单位时间内从溶液中蒸发的水分，即蒸发量。

25．萃取过程是利用溶液中各组分在某种溶剂中溶解度的差异而达到混合液中组分分离的操作。

26．萃取中选择萃取剂时应考虑的主要因素有溶解度、选择性、组分。

27．萃取器的主要类型有混合-澄清槽、塔式萃取器和离心式萃取器。

二．选择题
1．在一二元连续精馏塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔顶温度 A ，塔顶低沸点组分浓度 B ，塔底温度 C ，塔底低沸点组分浓度A 。

A．升高 B．下降 C．不变 D．不确定
2．某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=0.4，相应的泡点为t1，气相组成为y A=0.4，相应的露点组成为t2，则 B 。

A．t1=t2 B．t1<t2 C．t1>t2 D．不能判断
3．某筛板精馏塔在操作一段时间后，分离效率降低，且全塔压降增加，其原因及应采取的措施是 B 。

A．塔板受腐蚀，孔径增大，产生漏液，应增加塔釜热负荷
B．筛孔被堵塞，孔径减小，孔速增加，雾沫夹带严重，应降低负荷操作
C．塔板脱落，理论板数减少，应停工检修
D．降液管折断，气体短路，需更换降液管
4．板式塔中操作弹性最大的是 B 。

A．筛板塔 B．浮阀塔 C．泡罩塔
5．下列命题中不正确的为 A 。

A．上升气速过大会引起漏液 B．上升气速过大会引起液泛 C．上升气速
过大会使塔板效率下降 D．上升气速过大会造成过量的液沫夹带
6．二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化 B 。

A．平衡线 B．操作线与q线
C．平衡线与操作线 D．平衡线与q线
7．下列情况 D 不是诱发降液管液泛的原因。

A．液、气负荷过大 B．过量雾沫夹带 C．塔板间距过小 D．过量漏液
8．吸收塔的设计中，若填料性质及处理量（气体）一定，液气比增加，则传质推动力 A 。

传质单元数 B ，传质单元高度 C ，所需填料层高度 B 。

A．增大 B．减小 C．不变 D．不能判断
三．问答题
1.什么叫淹塔？影响淹塔的因素有哪些？
答：通常，在精馏塔内液相靠重力作用自上而下通过降液管而流动，可见液体是从低压部位向高压部位，因此要求降液管中液面必须有中足够的高度，以克服两板间的压力降而流动。

若气、液两相之一的流量增大时，致使降液管内液体不能顺利下流，管内液位升高到塔板上溢流堰的顶部，于是两板间的液体相连通，导致塔内积液，这种现象称为淹塔。

影响淹塔的因素除气、液相流量外，还有塔板结构，特别是板距。

2．萃取操作的原理是什么？在什么情况下采用萃取分离方法可获得良好的技术经济郊果？
答：萃取操作的原理是将适当的溶剂（萃取剂）加到待分离的原溶液中，利用组分溶解度的差异使原溶液中组分在一定程度上分离。

下列情况下采用卒取分离是适宜的：
①混合液中组分相对挥发度接近“1”或者形成恒沸混合物。

②溶质组分在混合液中含量很低且为难挥发组分，采用蒸馏方法需将大量稀释剂气化，热能消耗很大。

③混合液中有热敏性组分，采用萃取方法可避免物料受热破坏。

3．什么叫漏液？漏液有何危害？
答：对于板面上具有气孔的塔板，如浮阀板和筛板，当气流速度降低，气体通过小孔的动压头可能不足以阻止板上液体经孔道下流，这样便会出现漏液现象。

发生漏液时，将影响塔板上气液相间的充分接触，使塔板效率降低。

严重的漏液使塔板上不存在液层，因而无法操作。

4. 在精馏操作过程中为什么要有回流及再沸器？
5. 双膜理论的论点？
6. 恒縻尔流假设的内容？
7. 板式塔塔板上造成液面落差的原因有哪些？如何防止？
四．计算题
1．一填料塔用清水逆流吸收混合气中的有害组分A 。

已知操作条件下气相总传质单元高度为1.5m ，进塔混合气组成为0.04（A 的摩尔分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下平衡关系为Y=2.5X 。

试求液气比为最小液气比的多少倍？ 解：液气比为最小液气比的多少倍? 0417.004.0104.01=-=
Y 00533.00053
.010053.02=-=Y 01297.000128.0100128.01=-=X 804.20
01297.000533.00417.0/2121=--=--=X X Y Y V L 18.25.2/0417.000533.00417.0/)/(1212121min =-=-=--=
*m Y Y Y X X Y Y V L 则 286.118.2804.2)/()/(min ==V L V L
2．在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。

进料量为1000kmol/h ，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。

已知α=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。

试求：（1）塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？
解：（1）塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ；
由 F D A Fx Dx =ϕ，得： h kmol D /4009
.09.04.01000=⨯⨯= W=F- D=1000-400=600kmol/h
又由物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=
得 0667.0600/)9.04004.01000(=⨯-⨯=W x
（2）最小回流比；
泡点进料，q =1, 4.0==F q x x
625.04
.05.114.05.2)1(1=⨯+⨯=-+=Q q q x x y αα 22.14
.0625.0625.09.0min =--=--=
q q q D x y y x R (3) 精馏段操作线方程；
83.15.1min ==R R
318.0646.01
11+=+++=+n D n n x R x x R R y (4) 提馏段操作线方程；
113240083.2)1(=⨯=+=='D R V V
1732100040083.1=+⨯=+=+='F RD qF L L
则 0353.053.11132
0667.0600113217321-'=⨯-'='-'''='+m m W m m
x x V Wx x V L y （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成
152.00667
.05.110667.05.2)1(1=⨯+⨯=-+=w w w x x y αα 由操作线方程
0353.053.11-'='+m m x y 得 0353.053.11
-'=x y w 0763.01='x 3． 某填料吸收塔用纯轻油吸收混合气中的苯，进料量为1000标准h m 3。

进料气体中含苯5%（体积百分数），其余为惰性气体。

要求回收率95%。

操作时轻油含量为最小用量的1.5倍，平衡关系为Y=1.4X 。

已知体积吸收总系数为h m Kmol K ya .1253=，轻油的平均分子量为170。

求轻油用量和完成该生 产任务所需填料层高度？ 解：0526.005
.0105.01=-=Y ，()()00263.0%951.0526.01.12=-=-=φY Y 。

02=X ，33.14.10526.000263.00526.02121
min =-=--=⎪⎭⎫
⎝⎛*X X Y Y V L 。

h Kmol L L 1.894.221000
.33.1.5.133.1.5.1===。

h Kg W L 15147
1.89.170==。

00263.02=∆Y ，()02825.0211=-=L
Y Y V X ，01305.01=∆Y 00651.0=∆m Y ，=
Z ()m Y K Y Y V m ya 74.2.21=∆- 即轻油量为h Kg 15147，所需填料层高度为2.74m 。

4. 已知某精馏塔操作以饱和蒸汽进料，操作线方程分别如下：
精馏线
提馏线 试求该塔操作的回流比、进料组成及塔顶、塔底产品中轻组分的摩尔分率。

解：由精馏线得：
R R +=107143.，R = 2.500 由提馏线得：x R D +=1
02714.，x D = 0.9499≈0.950 提馏线斜率()()''=++--=L V L qF R D q F
11125.，得 F = 1.5D 提馏线截距W V x W '=001.，()F D R D F x W
-+-=1001.，得 x W = 0.04 由 Fx F = Dx D ＋Wx W 得：
x Dx F D x F D F x D F x f D W D W =+-=+-⎛⎝ ⎫⎭
⎪()1 =
+-⎛⎝ ⎫⎭⎪=+-⎛⎝ ⎫⎭⎪⨯D D x D D x D W 15115095151115001...... = 0.647
5．用一精馏塔分离某二元理想混合物，进料量为200kmol/h ，其中易挥发组分的摩尔分率
为0.5，进料为饱和液体，塔顶采用全凝器且为泡点回流，塔釜用间接蒸汽加热。

已知两组分间的平均相对挥发度为2.0，精馏段操作线方程为285.070.01+=+n n x y ，塔底产品中易挥发组分的摩尔分率为0.05，试求：
（1）操作回流比、塔顶产品中易挥发组分的摩尔分率；
（2）塔顶产品的流量和塔顶产品中易挥发组分的回收率；
（3）精馏段的气相负荷、提馏段的液相负荷（kmol/h ）；
（4）实际回流比是最小回流比的多少倍；
（5）提馏段操作线方程和q 线方程；
1、,70.01=+R R R=333.27
.017.0=-, ,285.01=+R X D 95.0=D X 2、⎩
⎨⎧+=+=⇒⎩⎨⎧+=+=W D W D W D W D 05.095.010095.095.019005.095.05.0*200200 ,/100h kmol W = ,/100h kmol D = %955
.0*200100*95.01==φ
3、⎩⎨⎧=+=+='=+=+=h
kmol qF L L h kmol D R V /3.433200100*333.2/3.333100*)1333.2()1( 4、,5.0=q x 6666.05.0*)12(15.0*2=-+=
q y 6298.05
.095.06666.095.01min min =--=--=+q D q D x x y x R R ,7012.16298.016298.0min =-=R 3714.17012.1333.2min ==R R
5、015.03.13
.33305.0*1003.3333.4331-=-='-''=+n n w n n x x V Wx x V L y 5.0=q x
6．以连续精馏塔分离某二元混合物。

进料x f =0.50（摩尔分率，下同），q=1，塔顶产品D=50kmol/h ，x D =0.95，塔顶馏出液中易挥发组分回收率η=0.96。

塔顶采用一个分凝器及一个全凝器。

分凝器液体泡点回流。

已知回流液浓度x 0=0.88，离开第一块塔板的液相浓度x 1=0.79。

塔底间接蒸汽加热。

塔板皆为理论板，相对挥发度α为常数。

试求：①加料流量F ；②操作回流比是R min 的倍数；③精馏段、提馏段气相流量。

h
kmol F F x F x D f D /96.9850.0/95.05096.0)/()1=∴⨯⨯=⋅⋅=）（即
解：η
h
kmol D R V V R R x y y x R x y y x R y x x q x x y y x x x x D e e e D e e D D /1.13050602.111355
.1033.1/602.1/602.188
.09069.09069.095.0033.150.07214.07214.095.07214
.050.050.0.59.11/59.29069.079
.059.1179.059.259.288.01/88.095.01/95.01/1/2min 011min *100=⨯+=⋅+='====--=--==--=--=
===+==⨯+⨯=
=--=--=）（）（），则交点为：线：），（平衡线：）（）（）（）（）α 7．在连续精馏塔中分离含50 %(质量百分数，下同)的苯-甲苯混合液。

要求馏出液组成为98 %，釜残液组成为1%。

已知原料液流量F=100 kmol/h ，M 苯=78，M 甲苯=92试求进料组成X F ，馏出液组成X D ，釜残液组成X W 以及甲苯的回收率。