化工原理试卷1(化工-2011-2012A卷)

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三、 （20 分）
解： （1）已知 η=95%， Yb 可以求出 最小液气比为： （2 分）
yb 0.05 0.0526 1 y b 1 0.05
（1 分） （1 分）
Ya Yb (1 ) 0.0526 (1 95%) 0.00263
（2 分）
E mV
（2 分）
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五、 （12 分）
解： （1）依原料组成 xF＝0.4 在相图中 AB 边上定出 F 点，连 SF 线。 萃余相中丙酮含量为 xN＝0.1 在溶解度曲线上定出 RN 点。 萃取相中丙酮含量为 y1＝0.48 在溶解度曲线上定出 E1 点。 连接 RN 点和 E1 点，与 SF 线交于点 M。量出线段 MF 和 SM 的长度分别为
（3）第一块塔板上升的蒸汽组成为 y1 = xD =0.98
x1 y1 0.98 0.9515 2.5 1.5 y1 2.5 1.5 0.98
y2
5 5 x1 0.28 0.9515 0.28 0.9596 7 7
y2 0.9596 0.9048 2.5 1.5 y 2 2.5 1.5 0.9596
交替用平衡联结线和操作线得到 E3、R3，R3 中溶质的组成刚好等于 RN 的组成，所以
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ye
x e 2. 5 x e 2.5 0.46 0.680 1 ( 1) xe 1 1.5 xe 1 1.5 0.46
x D ye 0.98 0.680 1.364 y e xe 0.68 0.46
Rmin
（2 分） （1 分） （1 分）
（1 分）
（1 分）
（1 分）
1 190 ( 1.2 2 ) 4 0.7636m 220
（2）
（2 分）
全塔物料衡算得： （1 分） A. 对数平均推动力法求解 N OG ：
Yb Yb mX b 0.0526 1.2 0.0292 0.01756
（1 分）
Ya Ya mX a 0.00263 1.2 0 0.00263
（1 分） Ym Yb Ya 0.01756 0.00263 0.00786 Yb 0.01756 ln ln 0.00263 Ya
（1 分）
N OG
Yb Ya 0.0526 0.00263 6.36 Ym 0.00786
（1 分） （1 分）
h H OG N OG 0.7636 6.36 4.86m
8、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐
9、 某连续精馏塔中，若精馏段的操作线方程的截距为 0，则回流比 R 为 0 y=x 10、 一般说来， 若萃取体系的温度升高， 则萃取剂 S 与稀释剂 B 的互溶度 ，可能达到的萃取液最大组成 y'A,max
11、在 A、B 二组分混合溶液中加入纯溶剂 S，混合后分为二个平衡液层 E 相和 R 相, 已知 E 相含 A 40% (质量%，下同)、3%B；R 相中含 29%A、70%B。则 A 组分在 E 相 和 R 相得分配系数 kA 等于 1.379 ， 溶剂的选择性系数 β 等于 保证塔板上有一定的液层高度 单溢流 、 双溢流 和 和 32.18 。 。 U 型流动） 。 12、塔板上溢流堰的主要作用为： 13、塔板上常见的几种流体流型有： 14、写出二种常见个体填料的名称： 阶梯环、弧鞍填料、矩鞍形填料等任填写两种） 15、精馏实验中的鼓泡元件是筛孔；萃取实验选用的装置名称是振动或转盘塔。
6、某理想双组分混合物，其中 A 为易挥发组分，液相组成 x＝0.6，常压下相应的泡 点温度为 t1，气相组成 y=0.6，常压下相应的露点温度为 t2，则 A. t1＜t2 B. t1＝t2 C. t1＞t2 D.不能判断 恒摩尔流假定 减小 。 ，釜液温度逐渐 7、精馏过程的操作线为直线，主要基于 升高 出液流量为 两相区的范围越 。 ∞ 增大 减小 ，馏 ， 。 ，操作线方程为 缩小 。 A 。
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3、 （8 分）有如下的板式塔负荷性能图，请写出各条线的名称，说明 OP’操作线和 OP’’ 操作线两种情况下塔的气液流量上下限的控制因素分别是哪些，并说明哪种情况下塔 的操作弹性大。
答：1 线：漏液线（气相负荷下限线） ；2 线：过量液沫夹带线（气相负荷上限线） ；3 线：液相负荷下限线；4 线：液相负荷上限线；5 线：液泛线（淹塔线） 。 OP’操作线所对应的气液流量控制因素为：上限受液泛条件控制，下限受漏液条 件控制； OP’’操作所对应的气液流量控制因素为：上限受气泡夹带（液相负荷上限线）条 件控制，下限受漏液条件控制； OP’操作线所对应情况下操作弹性大。
2、 （5 分）吸收实验需要测量的实验数据有哪些？气体温度与液体温度不同时，应按 哪个温度计算相平衡常数？ 答： （1）需要测量的实验数据有： ①空气、二氧化碳、水的流量；②空气、水的温度；③填料塔入口和出口处二氧 化碳的浓度；④全塔压降； （2）气体温度与液体温度不同时，按液体温度计算。
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第 2
B.吸收因子法求解 N OG ： S
mV m 1.2 0.7018 L L / V 1.71
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（2 分）
N oG
Y mX a 1 ln b (1 S ) S 6.36 1 S Ya mX a
（3 分） （1 分）
4、某低浓度气体吸收塔（相平衡关系 Y=mX） ，逆流操作，用清水吸收混合气中 A 组 分，若 L、V、T、P 均不变（KYa 不变） ，进口气体的浓度 Yb 增加，则：尾气浓度 加 ，吸收率 不变 。 （填“增加” 、 “减少”或“不变” ） 减压 加压 （填 增
5、 当分离沸点较高而且又是热敏性混合液时， 精馏操作压力应采用 减压或加压） ；分离常温常压为气体的混合物时，操作压力应采用 （填减压或加压） 。
Ａ卷
2011—2012 学年第二学期 《化工原理（2-2） 》试卷
答案及评分标准
适用专业 开课系室 考试日期
化学工程与工艺专业 化学工程学院化学工程系 2012 年 6 月 3 日
一、填空选择题（30 分，每空 1 分）
1、 分子扩散可分为 程中，漂流因子反映 等分子反向扩散 总体流动 和单向扩散两种方式。 单向扩散传质速率方 对传质速率的影响。 气膜 易溶 控 气
0.2
0.574
H 'OG 0.574 H OG 0.438
（2 分）
操作压强增大会影响 m 值，m=E/P ，所以 P 增加一倍时 m 减小至原来的一半，则
（1 分） 即 S 不变，且吸收率不变，所以 N OG 值不变 （1 分） 填料层高度应为
h ' H 'OG N OG 2.786
E1 M
RN M 17 126.9 63.5kg RN E1 34
（2 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分） （1 分）
RN=M-E1=126.9-63.5=63.4kg (3) 联 E1F 与 SRN 交于点△； 由 E1 点作平衡联结线得到 R1 点； 连 R1 和△点并延长，得 E2 点，由 E2 点得 R2 点； 共有三条平衡联结线，理论级数为 3。 在图上做出以上过程即可给分。
h H OG N OG 0.7636 6.36 4.86m
（3）气体流量增大会影响 H OG 值，由于 KYa∝V0.8，且 KYa∝P, 又
,
所以 HOG∝V0.2/P，那么操作压强 P 增大一倍，气体流量增大一倍
时，有
H 'OG P V ' H OG P ' V
（1 分）
x2
（1 分）
（4）把第 n 块板当作理论板时，离开该板的气相组成为
* yn
x n 2.5 0.70 0.8537 1 ( 1) x n 1 1.5 0.70
y n y n1 0.83 0.78 0.6784 * y n y n1 0.8537 0.78
R x xn D R 1 R 1
将已知数据代入，得 0.83
xD R 1 xD R 1
（2 分） （1 分） xD=0.98 （1 分） （1 分） （1 分） （2 分）
∴操作线方程为
y n1
5 0.98 5 xn xn 0.28 7 2.5 1 7
（2）∵q=1 ∴xe = xF =0.46
（1 分）
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四、 （18 分）
解： （1）精馏段操作线方程的一般形式为 yn 1
R 0.77 R 1 R 0.78 0.70 R 1 R 0.05 0.07 两式相减，得 R 1 解，得 R＝2.5 x R 0.77 D ，解得 代入 0.83 R 1 R 1
2、某低浓度气体吸收过程，已知：相平衡常数为 m＝1，气膜和液膜的体积吸收系数 分别为 ky＝5×10-4kmol/(m2·s)和 kx＝4×10-3kmol/(m2·s)。 则该吸收过程为 制过程。 气膜阻力占总阻力的百分数为 体（填易溶或难溶） 。 3 、已知 SO2 水溶液在三种温度 t1 、 t2 、 t3 下的亨利系数分别为 E1=3.615×102Pa ， E2=1.136×103Pa，E3=6.715×102Pa，则 A. t1 > t2 B. t3 > t2 C. t3 < t1 D 。 D. t1 < t2 88.9% ， 该气体为
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。 （拉西环、鲍尔环、
二、简答题（共 20 分）
1、（7 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、xF、R 、D 不变，则 L、V、L’、V’、W、xD、xW 将如何变化？写出分析 的过程。 答：已知 F、xF、R、D 不变，q 值增大，则： （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）xD、 xW 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 xF 不变， 可得 xW 减小。xD = (FxF - WxW)/D，因为 F、D、W 不变，所以 xD 增大。 结论：xD 增大、xW 减小。
MF 14mm
SF
（2）M 的量为
MS 52mm
（1 分） （2 分） （1 分）
MF 14 100 26.9kg 52 MS
M=S+F=26.9+100=126.9kg
量出线段 RN E1 和 RNM 的长度分别为
RN E1 34mm
由杠杆定律，得
RN M 17mm
（1 分）