化工原理部分复试试题及答案

简答题：

1，试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。 答：回流比有两个极限，全回流时，达到一定的分离程度需要的理论板层数最小（设备费用最低），但无产品取出，对工业生产无意义；最小回流比时，需要无限多理论板层数，设备费用为无限大，随回流比加大，N T 降为有限数，设备费用降低，但随回流比的加大，塔径、换热设备等加大，且操作费用加大。操作回流比的确定应尽可能使设备费用与操作费用总和为最小，通常取R=(1.2～2)R min 。

2，精馏塔在一定条件下操作，试问：回流液由饱和液体改为冷液时，塔顶产品组成有何变化？为什么？

答：从泡点回流改为冷液回流时，塔顶馏出液组成增大。原因是：冷液回流至塔顶时，冷凝一部分蒸气，放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。冷凝部分中含难挥发组分较大，使气相易挥发组分增浓。同时，在塔顶回流比保持不变的条件下，增加了塔内的内回流，这也有利于分离。

3，简述精馏和蒸馏的区别与联系。 答：精馏引入塔顶回流和塔底蒸汽上升，通过多次部分气化和部分冷凝从而达到高纯度分离的目的，相当于多级蒸馏。

而蒸馏只是通过简单的一次气液相平衡来分离气液混合物，只能达到有限度的分离。 二者在本质上是一致的，都是通过各组分相对挥发度的差异而达到分离目的的。

4，精馏塔在一定条件下操作时，试问：将加料口向上移动两层塔板，此时塔顶和塔底产品组成将有何变化？为什么？

答：当加料板从适宜位置向上移两层板时，精馏段理论板层数减少，在其它条件不变时，分离能力下降，塔顶馏出液组成下降，塔底釜残液浓度升高，易挥发组分收率降低。

5，提高吸收剂用量对吸收是有利的。当系统为气膜控制时，试分析K y a 的变化情况。 答：以液相阻力为主的吸收操作，增加吸收剂用量，可降低液相阻力而有效地加快吸收过程，即可明显提高吸收速率，所以吸收过程的K ya 的值可明显提高。

计算题：

1、(17分) 常压下，用煤油从苯蒸汽与空气混合物吸收苯，吸收率为99%，混合气量为53Kmol/h ，入塔气含苯2%（体积），入塔煤油中含苯0.02%（摩尔分率），溶剂用量为最小用量的 1.5倍，在操作温度50℃下，相平衡关系为y *

=0.36x ，总传质系数K y a=0.015kmol/m 2

·s ，塔径为1.1米，试求所需填料层高度（m ）。 解：1，○由题意，可得：

y 1=0.02 y 2=y 1(1—η)=0.02×(1—0.99)=0.0002 x 1e = y 1/m=0.02/0.36=0.0556 --------2分

x 2=0.0002

∴(L/G)min =(y 1—y 2) /(x 1e —x 2)=(0.02—0.0002)/[(0.0556—0.0002)=0.3577--------2分 (L/G)=1.5(L/G)min =1.5×0.3577=0.5366

∴x 1=x 2+( G / L)(y 1—y 2)=0.0002+(1/0.5366)(0.02—0.0002)=0.0371 --------2分 2，○△y 111=y —y*=0.02—0.36×0.0002=0.00664 △y 2=y 2—y 2*=0.0002—0.36×0.0002=0.000128 --------2分

∴

△

ym

=(△

y 1—

△

y 2)/ln(

△

y 1/

△

y 2)=(0.00664—0.000128)

/ln(0.00664/0.000128)=0.00165 --------3分

3 ，○H OGya =G/K=[(53/3600)/(π/4×1.12)]/0.015=1.033m N OG =(y 1—y 2)/ △ym =(0.02—0.0002)/0.00165=12 --------2分 ∴H=H OG ×N OG =1.033×12=12.4m --------3分

2、(15分) 在填料层高度为8m 的填料塔中，用纯溶剂逆流吸收空气—H2 S 混合气中的H2 S 以净化空气。已知入塔中含H2 S 为2.8% (体积%)，要求回收率为95%，塔在1 atm ，15°C 下操作，此时平衡关系为y=2x ，出塔溶液中含H2 S 为0.0126（摩尔分率），混合气体中通过塔截面的摩尔流率为100kmol / (m 2

.h)。试求： ①单位塔截面积上吸收剂用量； ②气相总传质单元数； ③气相体积总传质系数。 解：①y 1=0.028

y 2=y 1(1-η)=0.028(1-0.95)=0.0014 ------2分

L=(y 1-y 2)/x 1×G

=(0.028-0.0014)/0.0126×100=211kmol/m 2

h ------3分

②△y 1=y 1-mx 1=0.028-2×0.0126=0.0028 △y 2=y 2=0.0014 ------2分

△y m =(0.0028-0.0014)/(Ln0.0028/0.0014)=0.00202 ------2分

N OG =(y 1-y 2)/ △y m =13.2 ------2分 ③H=G/K y a×N OG ------2分

K y a=G/H×N OG =100/8×13.2=165kmol/(m 3

h) ------3分

3、(16分)在直径为0.8m 的填料塔中，用1200㎏/h 的清水吸收空气和S02混合气体中的S02，混合气量为1000m 3

（标准）/h ，混合气含S021.3%（体积）。要求回收率为99.5%，操作条件为20℃、1atm ，平衡关系为y e =0.75x ，总体积传质系数K y a=0.055Kmol/m 3

•s 。求液体出口浓度和填料高度(m)。

解：已知：D=0.8m Ls=1200kg/h G=1000Nm 3

/h

y 1=0.013 Ψ=0.995 x 2=0 y e =0.75x Kya=0.055kmol/m 3

.s.atm Ls=1200/(3600×18)=0.0185kmol/s G=1000/(22.4×3600)=0.0124kmol/s

∵为低浓度吸收 ∴（L/G ）=0.0185/0.0124=1.49 x 1=(G/L)(y 1-y 2)+x 2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868 y 2=y 1(1-Ψ )=0.013(1-0.995)=0.000065 ∵Z=H OG ×N OG 而N OG =（y 1-y 2）/ΔY m Δy 1=y 1-y 1*=0.013-0.75×0.00818=0.006490 Δy 2=y 2-y 2*=0.000065-0=0.000065 Δy m =(Δy 1-Δy 2)/1n(Δy 1/Δy 2)

=(0.006490-0.000065)/1n(0.006490/0.000065)=0.001396 ∴N OG =(0.013-0.000065)/0.001396=9.266

H OG =G’/(Kya Ω)=0.0124/(0.785×0.82

×0.055=0.449(m) ∴H=9.266×0.449=4.2m