2010-2011第二学期化工08级化工原理(下)试卷A答案汇总

Ａ卷

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与工艺2008级

开课系室化学工程系

考试日期 2011年6月19日

一、填空选择题（每空1分，共30分）

⒈试指出下列传质过程中的扩散类型：

①恒摩尔流假定成立的蒸馏过程： 等分子反向扩散 。

②稀释剂与萃取剂互不相溶的萃取过程： 单向扩散 。

⒉精馏过程的操作线为直线，主要基于 恒摩尔流假定 。

⒊当精馏塔操作压力增大时，物系的相对挥发度α会 减小 ，塔顶温度 升高 ，此时若其他操作条件不变，塔顶馏出液组成x D 将 减小 。

⒋某二元物系，相对挥发度α=2.5，对n 、n -1两层理论板，在全回流条件下，已知x n =0.35，若塔板从上往下数，则y n-1= 0.77 。

⒌设计精馏塔时，若将塔釜由原来的直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热，而保持F 、进x F 、q 、D 、x D 及R 等不变，则提馏段操作线斜率 不变 ，残液浓度x W 增大 。 ⒍精馏实验中操作回流比为 ∞ ，测定的目标参数是 全塔效率E T ，其主要影响因素包括 物性 、 操作条件 、 设备条件 。

⒎在密闭容器内存在某种低浓度水溶液，容器内压强为P ，溶液温度为T ，溶质A 组成为x ，试问：①若将N 2压入容器，则相平衡常数m 减小 ；②若溶液温度T 下降，则m 减小 ；③注入溶质A ，则m 不变 ，气相中溶质的平衡分压P e 增大 。

⒏如果逆流气体吸收塔的填料层高度可无限增加，则当吸收因子A >1时，在塔 稀（顶） 端 气 相组成趋向极限，组成是 y a =mx a 。 ⒐若总传质系数和分传质系数间的关系可表示为G L L k H k K +=11，其中L

k 1表示 液膜阻力 ，当 G

k H 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。

⒑在常压逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。已知进塔气相组成Y b 为0.02（摩尔比），操作液气比为L /V =0.9，气液平衡关系为Y =1.0X ，则溶质组分的回收率最大可达 90% 。

⒒在萃取操作的B-S 部分互溶物系中加入溶质A 组分，将使B-S 互溶度 增大 ；恰当地 减小 操作温度，会使B-S 互溶度减小。

⒓某单级萃取过程中，用纯溶剂萃取二元混合物中溶质A ，若增加混合物的处理量（混合物组成不变），而萃取剂用量不变，则萃取相组成y A 将 不确定 ，萃余相组成

x A将不确定。

⒔在板式塔中，若减少塔板的开孔率，则塔板负荷性能图中的漏液线将向下移动。⒕减压操作系统通常采用填料塔而不采用板式塔的原因是填料塔的压降要比板式塔的压降小。

二、问答题（共20分）

⒈（10分）一正在运行中的精馏塔，因进料预热器内加热蒸汽压力降低致使进料q值增大。若F、x F、R、D不变，试分析L、V、L’、V’、W、x D、x W 将如何变化？

答：根据题意，F、x F、R、D不变，q值增大，分析如下：

（1）L、V、L’、V’、W分析

L=RD，V=(R+1)D，因为D、R不变，所以L、V不变。

L’=L+qF，V’=V-(1-q)F，因为q增大、F不变，所以L’增大、V’增大。

W=F-D，因为F不变、D不变，所以W不变。

（2）L/V、L’/V’分析

L/V=R/(R+1)，因为R不变，所以L/V不变。

L’/V’=1+W/V’，因为V’增大、W不变，所以L’/V’减小。

（3）x D、x W分析

因为L’/V’减小、提馏段塔板数不变，所以提馏段分离能力增大，结合x F不变，可得x W减小。x D=(Fx F-Wx W)/D，因为F、D、W不变，所以x D增大。

结论：x D增大、x W减小。

说明：x D、x W也可如下分析，因为q增大、x F不变，所以加料板上升蒸汽的浓度增加，而精馏段分离能力不变，所以x D增大，又从物料衡算知x W减小。

2.（5分）下图为某塔板的负荷性能图，A 为操作点。

①标出各条线名称并说明各条线作出的依据；

②计算塔板的操作弹性。

答：①1 液相负荷上限线 (降液管超负荷线) θ=5s

2 漏液线（气相负 荷下限线） F 0=5

3 液相负荷下限线 h oW =6mm

4 雾沫夹带线 e V =10%kg 液沫/kg 干气体

5 液泛线 H T +h oW ≤H d /φ ②操作弹性5250012500

==K

3.（5分）简述吸收实验中需要测定的实验数据及用到的测量仪表？

答：需要测定：气体的进、出塔组成y b 、y a ；温度T 、压力P ；气、液相流量L 、V 。 测量仪表：气相色谱、温度计、压差计、流量计等。

三、（20分）采用连续精馏塔分离苯、甲苯混合物，进料量为100kmol/h ，进料中苯（易挥发组分）组成0.4（摩尔分率，下同），饱和蒸汽体进料。塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品苯浓度达到0.99，塔釜产品苯浓度为0.03，操作条件下该物系相对挥发度α=2.5，实际回流比为最小回流比的1.5倍，恒摩尔流假定成立。 试求：①塔顶采出率D /F 和易挥发组分的回收率；

②精馏段和提馏段的操作线方程；

③若塔釜停止供应蒸汽，保持回流比不变，若塔板数无限多，塔底残液的浓度为多少？

解：①物料衡算：W D +=100 ①

W D 03.099.01004.0+=⨯ ②

由①②解得： h kmol D 54.38=，h kmol W 46.61=

塔顶采出率 %54.38%100100

54.38%100=⨯=⨯F D %39.95%1004

.010099.054.38%100=⨯⨯⨯=⨯=F D Fx Dx 易η ②饱和蒸汽进料：0=q ，则4.0==F q x y

由5.2=α得相平衡方程为x

x x x x x y 5.115.2)15.2(15.2)1(1+=-+=-+=αα 2105.0=q x ，则最小回流比113.32105.04.04.099.0min =--=--=

q q q

D x y y x R 6695.4113.35.15.1min =⨯==R R

精馏段操作线方程为：

11+++=R x x R R y D 1

6695.499.016695.46695.4+++=x 1746.08236.0+=x F D R F q V V -+=-+=)1(1'）（h kmol 5.11810054.38)16695.4(=-⨯+=

h kmol RD qF L L 96.17954.386695.4'=⨯==+=

所以提馏段操作线方程为：

W x V W x V L y '''-=03.05

.11846.615.11896.179⨯-=x 0156.0519.1-=x