中国石油大学化工原理二在线考试(主观题)试题及答案

《 化工原理二》

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一、填空题（36分，每空2分）

1. 在1 atm ， 0℃条件下，CO 2在空气中的扩散系数为1.38×10-5 m 2/s 。若保持压力条件不变，温度增加到25℃，则扩散系数变为 1.77 ×10 -9 m 2/s ；若保持温度为0℃，压力增大到2 atm ，则扩散系数变为 0.84 ×10 -9 m 2/s 。

2. 30℃下CO 2水溶液的亨利系数 1.885×

E =105kPa ，该温度下CO 2分压为15kPa 的混合气与含CO 20.002kmol/m 3的水溶液接触，CO 2的传质方向为 吸收 。

3. 利用精馏塔分离二元理想混合物，进料量为100 kmol/h ，进料摩尔分数为0.6，要求塔顶轻组分的摩尔分数不小于0.9，则塔顶产品量的最大值为 63.2 kmol/h 。

4. 用纯溶剂吸收某二元混合气中的溶质。在操作范围内，体系的相平衡关系满足亨利定律，气液两相逆流操作。当入塔气体的浓度下降时，而其它入塔b

y 条件不变，则气体的出塔浓度 上升 ，溶质的a

y 吸收率 提高 ，吸收液的出塔浓度 降A ϕb

x

低。

5. 当精馏塔进料为汽液混合物且汽液比为3∶2时，进料热状况参数为0.6。

6. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距

为零，则精馏段操作线的斜率等于 1 ，回流比等于0。

7. 精馏过程设计时，降低操作压力，则相对挥发度增加，塔顶温度降低，塔底温度降低。

8. 湿度为H0、相对湿度为ϕ0、干球温度为t0的湿空气，经过一个间接蒸汽加热的预热器后，空气的湿度为H1、相对湿度为ϕ1、干球温度为t1，则H0 < H1，ϕ0= ϕ1，t0 > t1。

9. 在恒定干燥条件下，已知：10%，30%，

*

X=

X=

c

结合水为15%（均为干基）。今有湿料100kg，含水40%（湿基）与热空气长时间充分接触至平衡，则干燥过程除去非结合水44 kg，降速阶段除去结合

水12 kg。

二、简答题（10分）

负荷性能图是重要的

塔板分析技术，其示意图

L

如下。

1. 简单说明各线的意义；

答：（1）检验设计点是否理想；

（2）用于实际操作，作为实际操作的依据。

2. 如操作点为▲，试分析其操作状态，并给出合理的建议。

答：操作点位于操作区的适中位置，可以获得稳定良好的操作效果

三、计算题（54分）

1.（20分）用板式精馏塔在常压下分离苯—甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔底间接蒸汽加热，平均相对挥发度为

2.47。进料量为150kmol/h，组成为0.4（摩尔分率）的饱和蒸汽。回流比为4。塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔底残液中甲苯的回收率为0.95。求：

①塔顶馏出液及塔底残液的组成；

②精馏段及提馏段操作线方程；

③回流比与最小回流比的比值；

④塔顶第二块板上升的汽相组成。

解：（1）D×X D =0.97×F×x F

W×（1- X W）=F×（1- x F）×0.95

D+W=F=150

D×X D+W×X W =F×x F =150×0.4=60

W=87.3kmol/h

D=62.7 kmol/h

X D =92.8%

X W =2.06%

(2)精馏段操作方程

Y(n+1)=Xn×R/(R+1)+Xn/(R+1)=0.8Xn+0.1856

提馏段操作线方程为y(n+1),=L,×Xn,/V,- Xw/V, q=0,

V,=(R+1)D-F,

L,=DR

y(n+1),=X n,×R×D/[(R+1)D-F]-W×X W/[(R+1)D-F]=1.534 X n,-0.011

(3)∵q=0,yc=x

F=0.4,

y=α×x/[1+(α-1)x]

∴xc=0.02125

Rmin=( xn-yc)/(yc-xc)=(0.928-0.4)/(0.4-0.2 125)=2.816

R/Rmin=4/2.816=1.42

（4）E mvl =(y 1-y 2)/(y 1*-y 2)=0.6

y 1*=α×x √[1+（α-1）x 1]

全回流时

y 2=x l ,

y 1=x D =0.98

∴E mvl =(0.98-y 2)/[(2.47y 2/(1+1.47 y 2)-y 2=0.6 y 2=96.93%(mol%)

y 2=78×0.9693/[78×

0.9693+(1-0.9693)]=96.4%(质量%)

2.（18分）某填料吸收塔中用纯溶剂逆流吸收某二元混合气中的组分A ，已知填料层高4m ，入塔气体的浓度为0.02（摩尔分率，下同），溶剂对A 组分的吸收率为80%，出塔液相的组成为0.008，操作条件下的气液相平衡关系为。求：

1.5e y x ① 气相总传质单元数；

② 操作液气比为最小液气比的多少倍；

③ 若气、液相的量和进口组成保持不变，将该

塔串联一个同样的塔，那么气相出口浓度是多少？

④如果该混合气经吸收后，出塔浓度仍然达不到环保要求，请问可以采取哪些措施提高溶剂对A组分的回收率？

3.（16分）以空气为干燥介质干燥某种湿物料，原空气的体积流量为1800m3/h，温度为30℃，湿度为0.012kg/kg。空气先经间壁式加热器预热至100℃后再进入干燥器；湿物料处理量为400kg/h ,要求从含水率10%干燥至0.5%（均为湿基），若干燥过程可视为等焓过程，试确定：

①水分汽化量；

②空气离开干燥器时的温度和湿度；

③加热器对空气提供的热量。

解：（1）G1=400kg/h,

GC=400×0.90=360 kg/h

X1=10/90=0.111,