（4）--化工原理（下）课程期末考试（答案题解）

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《化工原理》课程（下册）期末考试答案题解
一、填空（30分，每空1分）
1、吸收操作的基本依据是气体中各组分在溶剂中溶解度的差异， 吸收过程的经济性主要决定于溶剂再生费用。

2、在填料吸收塔中，用纯溶剂逆流吸收混合气中的溶质，平衡关系符合亨利定律。

当入塔气体组成增大，其他条件不变，则出塔气体组成增大，吸收率不变。

（增加，不变，减小，不确定）
3、实验室用水吸收空气中的 CO 2，基本上属于液膜控制。

4、在精馏塔操作中，若降低操作压强，则溶液的相对挥发度增大，塔顶温度降低，塔釜温度降低。

（增加，不变，减小，不确定）
5、在连续精馏塔操作中，若增大回流比，其他条件不变，则塔顶产品组成x D 增大，塔底产品组成x W 减小。

（增加，不变，减小，不确定）
6、
恒定的干燥条件是指空气的湿度、温度、 速度以及与物料接触的状况都不变。

7、已知在常压及25℃下，水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度为 =100%时, 平衡含水量X=0.02kg 水/ kg 绝干料；相对湿度Φ=40%时, 平衡含水量X=0.007。

现该物料含水量为0.23 kg 水/ kg 绝干料, 令其与25℃、 =40%的空气接触, 则该物料的自由含水量为 0.223kg 水/ kg 绝干料, 结合含水量为0.02kg
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水/ kg 绝干料, 非结合水的含水量为 0.21 kg 水/ kg 绝干料。

8、
同一物料，如空气的温度愈高，气速、湿度不变，则临界含水量愈高，平衡含水量_愈低。

9、喷雾干燥适用于热敏性物料的干燥，气流干燥管中最有效的部分是加料管以上 1m 左右。

10、在液液萃取操作中，选择萃取剂的主要原则有溶解度大、选择性强_和 易于回收。

选择性系数β＝∞存在于 B-S
完全不互溶物系中。

（5分，以下11、12小题五学分的同学必答，六学分的同学不答）11、精馏塔进料可能有_5
种不同的进料热状况；若固定回流比即固定冷却量，对原料液进行预热，则所需的理论塔板数N T 增加。

（增加，不变，减小，不确定）
12、
对流传质理论中，其中三个重要的传质模型分别是：_有效膜（双膜）理论、溶质渗透膜型和表面更新模型。

（5分，以下13、14、15小题六学分的同学必答，五学分的同学不答）13、造成溶液结晶过饱和度的方法有降温和蒸发浓缩 。

14、吸附分离的基本原理吸附剂对混合物中各组分的选择性吸附。

透过曲线是指溶液出口浓度随时间变化的曲线。

15、反渗透的过程推动力是压力差。

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二、（1）选择题（10分，每题2分，五学分必答，六学分不答）1、含低浓度溶质的气体在逆流吸收塔中进行吸收操作，若其他操作条件不变，而入塔吸收剂用量增加，则对于液膜控制系统，其出口气体组成y 2将__B____。

A 、增大 B 、减小 C 、不变 D 、不确定
2、操作中的精馏塔，若维持F 、q 、R 及进料位置不变，由于上游生产出现波动，导致原料液的进料浓度x F 减小，则塔顶产品浓度x D 将 A ⎽⎽⎽⎽⎽。

A 、减小 B 、增大 C 、不变 D 、不确定
3、精馏塔操作时，保持V '、q 、F 、x F 不变，而增加D/F ，则塔顶产品浓度x D ⎽⎽⎽⎽C ⎽⎽⎽⎽⎽。

A 、增大
B 、不变
C 、减小
D 、不确定
4、空气的干球温度为t, 湿球温度为t W , 露点为t d , 当空气的相对湿度 =98% 时,
则___D_____。

A 、t=t W =t d
B 、t<t W <t d
C 、t>t W =t d
D 、t>t W >t d
5、对于一定的物系，影响萃取分离效果的主要因素是___A__与____D__。

A 、温度 B 、原料液量F C 、萃取剂量S D 、溶剂比S/F
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二、（2）液体萃取 （10分，六学分必答，五学分不答）
在单级萃取器中用纯溶剂从A 、B 混合液中提取溶质A 。

原料液处理量100kg ，料液中含溶质A40Kg 。

单级萃取后要求所得的萃取液中含溶质A 不低于0.6，萃余液含溶质A 不高于0.2（均为wt%），试求：（1）选择性系数； （4分）（2）纯溶剂的用量； （3分）（3）该级的分配系数； （3分）
解：(1)6.0y o A = 2.0x o A = (+2)
68.0/2.04.0/6.0)x 1/(x )y -/(1y o A
o A o
A o A ==-=β (+2)
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（2）根据作图，确定M 点 （+1）
_
_FM F MS S ⨯=⨯ （+1）50kg 4.3
4.3
100MS
FM F S __
=⨯
=⨯
= （+1）（3）根据作图，确定E 点和R 点 （+1）867.05
.13.1y k A A ===
A x （+2） 三、吸收（共20分）
某逆流操作的填料塔中用清水吸收混合气中的可溶组分。

混合气入塔浓度为0.01（摩尔%，下同），流量为0.055kmol/m 2，s 。

要求可溶组分的回收率不低于95%，吸收剂用量为最小用量的1.5倍。

操作压强为101.33kPa ，温度为30℃，
操作条件下物系服从亨利定律y=1.2x 。

所用填料的气相体积总传质系数
Kya=0.06kmol/m 3，s 试求：
（1）最小液气比； （4分）
（2）出塔吸收液浓度； （4分）
（3）所需填料层高度； （7分）
（4）若混合气体流量增加20%，保持其它操作条件不变，吸收过程为液膜控制。

则可溶组分的回收率为多少？ （5分）
解：(1) 0005.0)95.01(01.0)1(y y ,01.0y 121=-=-==η （+2）14.10.01/1.2
0005
.00.01/)(1212121min =-=-=--=m y y y x x y y G L e （+2）（2）
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1.711.141.5)(min =⨯==G
L
G L β （+1）71.10005
.00.011
121=-=-=x x y y G L （+2）00556.0x 1= （+1）
（3）
07.071
.12
.11===G L m A （+1） ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝
⎛--=
A y y A N A OG 1mx mx 11ln 1122211
（+2） ()34.607.00500.010.007.01ln 07.011=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+--=
（+1）
m H OG 917.006
.0055
.0Kya G ===
(+2)81m .5917.034.6N H H OG OG =⨯=⨯= （+1）
(4) 混合气体流量增大，塔高不变，由于吸收过程为液膜控制，Kya 不变，所以
10m .10.9171.21.2H H OG OG =⨯==’ （+2）
5.281.10
5.81
HOG H N OG ===
’’ （+1）84.07.02.1L '
mG =⨯= （+1） ()⎥
⎦
⎤⎢⎣⎡+---=
84.01184.01ln 84.01128.5η
η=0.89 （+1）
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四、液体精馏 （20分）
在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为100kmol/h ，进料组成为0.4（苯摩尔分率，下同）。

塔顶设有全凝器，泡点回流，回流比为2.0。

若要求馏出液组成为0.97，釜残液组成为0.04。

假定操作条件下物系的平均相对挥发度为2.47。

（一）原料液为20℃下冷液体。

已知：原料液泡点温度94℃，原料液的平均比热容为1.85kJ/kg ℃，原料液的汽化热为354kJ/kg （6学分必答，5学分不答）
（二）原料液为饱和液体（5学分必答，6学分不答）
试计算：
（1）塔顶馏出液量D、塔底残液量W （5分）（2）最小回流比 （5分）（3）精馏段和提馏段的操作线方程 （6分）
（4）离开第二块理论塔板（自塔顶往下数）上升蒸汽和下降液体组成 （4
分）解：（1）物料衡算
W D F += 100=D+W
W D F Wx Dx Fx += W D 40.079.01004.0+=⨯ （+3）
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h
/38.7kmol D ,
h /3Kmol .61W == （+2）
（2）冷液进料387.1354
)
2094(85.1354r )t ts (Cp r q F =-+=-+=
（+1）
q 线：1
387.14
.0x 1387.1387.11-q x x 1-q q y F ---=-=
（+1）相平衡方程e e e x x y )1(1-+=
αα47x
.1147x
.2+= （+1）
联立方程：698.0ye ,483.0xe == （+1）
（+2）
483
.0698.0698.079.0min --=--=
e e e D x y y x R = 1.265 （+1）
（2）饱和液体进料，q=1 （+1）
4.0==F e x x （+1）e e e x x y )1(1-+=
αα4
.0)147.2(14
.047.2⨯-+⨯== 0.622 （+1）
4
.0622.0622
.079.0min --=--=
e e e D x y y x R = 1.567 （+2）
（3）精馏段操作线：
111+++=+R x x R R
y D n n 10.279.01
0.20.2+++=
n x 323.0667.0+=n x （+2）
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提馏段操作线：
h /1kmol .1167.38)10.2()1(=⨯+=+==D R V V （+1）h /4kmol .1771007.380.2=+⨯=+=+=qF RD qF L L （+1）
0211.0527.1116.1
0.0461.3116.1177.51-=⨯-=-=
+n n W n n x x V Wx x V L y （+1）提馏段操作线：（冷液进料）
h /8kmol .1541001.387)-(1-7.38)10.2(F )q 1()1(F )q 1(=⨯⨯+=--+=--=D R V V （+1）
h /4kmol .1771007.380.2=+⨯=+=+=qF RD qF L L （+1）
0135.067.145
.1560.023.10545.156261.751-=⨯-=-=
+n n W n n x x V Wx x V L y （+1）（4）塔顶采用全凝器， y 1 = x D = 0.97. （+1）
平衡方程：x
x
y 5.215.2+=
或 y y x 5.15.2-=
1115.15.2y y x -=
7
9.05.15.27
9.0⨯-== 0.928 （+1）
274.0289.0714.02+⨯=y = 0.937 （+1）
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37
9.05.15.237
9.02⨯-=
x = 0.856 （+1）
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五、固体干燥（20分）
一理想干燥器在总压101.3kPa 下将物料由含水量20%干燥至含水1%（均为湿基），湿物料的处理量为1200kg/h 。

室外空气温度为20℃，湿度为0.005kg 水/kg 干气，经风机送入预热器预热至100℃后送入干燥器，测得离开干燥器的废气温度为40℃。

试求：试求：
（1）水分蒸发量，kg/h; （4分）（2）废气出口的湿度； （5分）
（3）进预热器之前风机的流量，m 3/h ；（4分）
（4）预热器的热负荷，KW ； （4分）
（5）干燥器的热效率。

（2分）
湿空气比容：干气
kg /m )273t )(H 1056.41083.2(v 333H +⨯+⨯=--解：(1)Gc=G 1（1-w ）=1200(1-0.2)=960绝干料/h (+1)
0.252.012.0w 1w X 1=-=-=
0101.001
.0101
.0w 1w X 2=-=-= (+2)h /3kg .230)0101.00.25(960)X X (Gc W 12水=-=-= (+1)(2) 21I I = (+1)
绝干气水kg /005kg .0Ho H 1== (+1)2
22211112500H t )88H .101.1(I 2500H t )88H .101.1(I ++=++= (+1)
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绝干气水/kg 0288kg .0H H 250040)H 88.101.1(005.02500100)005.088.101.1(222=⨯+⨯⨯+=⨯+⨯⨯+ (+2)
（3）/h
kg 5.96760.005-0.0288230.3
H -H W V o 12绝干气==
=
V (+2)
干气kg /m )273t )(H 1056.41083.2(v 3o o 33H +⨯+⨯=--h
/3m .8088)27320)(0.0051056.41083.2(5.9676V V'3
33H =+⨯⨯+⨯⨯==--υ （+2）
(4))t t (VC Q 01po -=
)t t (1.88Ho)V(1.01Q 01-+= (+2)
2kw
.2193600
/)20100)(005.088.101.1(5.9676Q =-⨯+= （+2）
(4)%7520
10040
100t t t t 0121=--=--=
η （+2）。