应化 化工原理下.docx

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1、化工原理 下期末试卷专业班级应用化学专业学号姓名开课系室 化学工程系考试日期一、填空选择题（本题总分30分，每空1分）1. 请在以下各项后面括孤中选填各项类型：N广K（ P ）()操作线方程式()杠杆定律()亨利定律()A.物料衡算式B.能量衡算式C.系统平衡关系D.过程速率方程式2.写出漂流因子的定义表达式：，它反映了对传质过程的影响。3. 以下各种传质过程分别属于何种扩散方式： 稀释剂与溶剂完全不互溶的萃取过程（） 惰性组分不溶解，吸收剂不挥发的吸收过程（） 恒摩尔流假定成立的精馏过程（）A.等分子反向扩散B.单向扩散4.如上图所示的三角形相图中的M点对应的混合物中萃取剂与稀释剂量的比值=

2、AD AE BC BIA. DSB. EBC. CSD. IS5.氧气在氮气中扩散系数的影响因素包括:等。6.巳知一传质过程中= 3 x 10 -5kmol- m-2 - s-i,=3.01 x 10 -5kmol - m-2 - s-i,则该过程的ky =kmol m-2 s-i ；该过程属于 控制过程。7. 某二元精馏塔，塔顶采用全凝器，泡点回流；则塔顶第1块板的温度可由xD根据 方程求得，而塔底温度可由xW根据 方程求得。全回流（夫=8）时，精馏段操作线的斜率为。对相同 的分离要求，部分回流操作比全回流操作所需的理论板数。8. 一般情况下，当汽液两相达到相平衡时，汽相温度 液相温度，汽相

3、压力 液相平衡压力，汽相中轻组分组成 液相中轻组分的组成。9. 萃取的依据是;吸收的依据是;蒸馏的依据10. 请写出三种常见填料名 称: 请写出三种常见塔板名称:二、简答、分析题（本题共30分，具体分数分配见各小题）1. （4分）简述双膜理论的要点。2. （5分）请写出恒摩尔流假定的内容及其成立的条件。3. （6分）下图为一实际塔板的负荷性能图，图中P点为设计操作点。按图中所标顺序依次写出各条线的名称；若该塔欲调整处理量，请问首先可能出现的不正常现象是什么？VsPLs4.（ 10分）欲采用一新鲜萃取剂（S）萃取某二元原料（A+B）中的溶质（A）,其相图如右图所示，相图中的平衡连接线为水平线。已

4、知原料中溶质的 含量为0.4 （质量分率，下同），原料量为100kg；萃取剂用量为25kg。试问该萃取过程是否能够实现？如果不能实现请说明理由并提出改进 措施使该萃取过程能够实现；如果能够实现也请说明理由；并在相图中 标出（不能实现时标出改进后的）原料F、萃取相E、萃取液E、萃余 相R和萃余液R的状态点（保留作图过程）。5.（5分）有一由A、B、C和D四个组分组成的理想溶液且各组分挥 发度依次减小；其中D具有很强的腐蚀性；C、D的数量相差不大，A、 B的数量较少，但相对挥发度a AB远小于相对挥发度a BC和相对挥发度 a CD。试画出其合理的精馏流程并简述你的理由。三、（20分）用精馏塔分离

5、某二元液相混合物，已知进料量为F=120kmolh-1, 进料热状态参数为q=1，进料中轻组分的摩尔分率为xF=0.65 （下同）。 要求在塔顶获得轻组分组成为0.95的产品，在塔底获得轻组分组成为 0.05的产品；且物系的相对挥发度为a=2操作回流比为最小回流比的 1.5倍。该塔操作时塔顶采用全凝器，泡点回流。假定该系统恒摩尔流 假定成立。试求：塔顶产品量D和塔底产品量W，kmol-h-1；（3分）精馏段、提馏段操作线方程；（12分）假定该塔再沸器具有一块理论板的分离能力，提馏段最下面一 块塔板（标号为N）的气相默弗里板效率为Emv=75%，试求塔内离开 该板的实际气相组成yN。（5分）四、

6、（20分）用某新鲜吸收剂（S）吸收含溶质（A）5% （体积分率）的某混合气体F（A+B）中的溶质（A）。要求吸收率为90%。吸收剂用量为最小吸收剂用 量的1.5倍。已知混和气的体积流量为4480m3.h-i （标准状态），塔径为 1m，操作条件下该系统的气相总体积传质系数KYa =0.06 kmolm-3s-1， 相平衡关系可以用下式描述：Y*=3X。试求：该体系的最小吸收剂用量Lmin，kmol-h-1；（7分）操作条件下的吸收剂用量L，kmol-h-1；（1分）气相总传质单元高度Hog，m； （3分）气相总传质单元数Nog；（7分）填料层高度乙m。（2分）化工原理 下期末试题答案专业班级应

7、用化学专业开课系室 化学工程系考试日期一、填空选择题（本题总分30分，每空1分）1. （D）（A）（A）（C）2P/PBM，总体流动3. （B）（B）（A）4. D5. T 、P6. ky = 9.030 X 10-3 kmol - m2 s-i ； 液膜 控制7. 露点 方程，泡点 方程。斜率为1 ； 多8. 二， 二，9. 液体混合物对某种溶剂溶解度的差异；气体混合物对某种溶剂 溶解度的差异；液体混合物相对挥发度的差异。10. 鲍尔环、拉西环 、阶梯环；泡罩型，筛板型，浮阀型二、简答、分析题（本题共30分，具体分数分配见各小题）1（4分）答：相接触的气、液两流体间存在着稳定的相界面，界 面

8、两侧各有一很薄的有效层流膜层，溶质以分子扩散的方式通过此两 膜层； 界面上的气、液两相呈平衡； 在膜层以外的气、液两相主体区无传质阻力，即浓度梯度为零。2. （5分）答：（1）内容： 恒摩尔汽化：在精馏塔精馏段内由每层塔板上升的汽相摩尔流率相等，在提馏段也是如此； 恒摩尔溢流：在精馏塔精馏段内由每层塔板下降的液相摩尔流率相等，在提馏段也是如此。（2）成立条件：组分的摩尔汽化热相等或相近； 汽、液相接触时由于温度不同而传递的显热可以忽略不计； 塔的热损失可以忽略。3. （6分）答：1.过量雾沫夹带线2.过量漏液线（气相负荷下限线）3.3 液相负荷下限线4 .液相负荷上限线（降液管超负荷线）5.液

9、泛线（每项1分）液泛或过量漏液（1分）4. （ 10分）答：不能；（1分）原因：原料和萃取剂的和点处于单相区（2分）；改进措施：加大萃取剂用量，使原料和萃取剂的和点处于两相区；（2分）作图过程，如图所示。（每点1分）5. （5 分）答：D，C，B，A （或 A，B）D腐蚀性先分出，降低对设备材质的要求降低设备费用；代了寿A、B最后分出是因为其相对挥发度很小，分离竺竺匚羸需要较多理论板数，J建%最后分出可减小塔径降低设备费用;C则是次按顺序分出。三、（20分）解：由全塔物料衡算:F - = D - xD + W -、得.（1分）0.65 - 0.050.95 0.05x 120 = 80kmol

10、 - h -i（1分）W = F - D = 120 - 80 = 40kmol h-i（1分）精馏段、提馏段操作线方程：最小回流比的计算：q = 1; x = x = 0.65; y（2分）oxee 1 + (以一 1) xe2 X 0.65= 0.78791 + (2 -1) x 0.65minx y D xD0.95 - 0.7879=0.54040.95 - 0.65（2分）0.5404=1.176 min 1 - 0.5404（1分）R = 1.5R=1.5 x 1.176 = 1.764min（1分）所以精馏段操作线方程为:（2分）y = -x + - x = 0.63171x +

11、 0.3437R +1 R +1 D精馏段内气液相负荷分别为:L = RD = 141.Mm。/ - h _1;V = RD = 221.1kmol - h _1(1分)提馏段内气液相负荷分别为：L = L + qF = 141.1 +120 = 261.1kmol - h -1V= V - (1 - q)F = V = 221.1kmol - h-1(1 分)所以提馏段操作线方程为：y=1-181xt-0.009046（2分）塔内离开该板的气相组成yN：设离开再沸器的气相组成为yw，离开再沸器的液相组成就是塔底产 品组成xw；由题意知二者达到相平衡，即:（1分）y =aXw=2 X 0.05

12、=0.09524 w 1 + (a-1)x 1 + (2 -1) x 0.05W离开再沸器的气相组成yw与离开塔底第一块塔板的液相组成xN符合提馏段操作线方程。由提馏段操作线方程yw=1.181X. - 0.009046 得.、W + 0.009046 = 0.088311.543（1分）则与XN成平衡的气相yN*组成为:2 x 0.08831ax y * =nn1 + (a-1) xn1 + (2 -1) x 0.08831=0.1623（1分）由默弗里塔板效率的定义得:E =九 一 h =075 - yN - 0-09046 MV yN - yw 0.1623 - 0.09046yN =

13、0.1455（2分）四、（20分）VV- 解：22.44480(1 - yb) - 4 (1 - 0.05) - 190kmol - h-1（2分）yb1 - yb.5 - 0.052631 - 0.05（1分）Y - Y(1 -n ) - 0.05263(1 - 90%) - 0.005263(1分)罕-0.01754（1分） V minY - Y - 0.05263 - 0.005263 _ 2 7X* _ X0.01754 - 0.（2分）Lmin - 2.7 x V - 2.7 x 190 - 513kmol h-1操作条件下的吸收剂用量L：（1分）L - 1.5L . - 1.5 x

14、 513 - 769.5kmol h-1气相总传质单元高度叩Q = - D 2 =-12 = 0.7854m 2 4（1分）HOG190/3600 =1.12 mKYaQ0.06 x 0.7854（2分）气相总传质单元数N:OG平均推动力法:V ,、X = (Y - Y ) + X b 14-05 (0.05263 - 0.005263) + 0 = 0.01170（2分）=匕-mXb = 0.05263 - 3 x 0.01170 = 0.01754AY 1AY2 = Y - mX = 0.005263 - 3 x 0. = 0.005263AYmaaAY - AY0.01754 - 0.0

15、05263=0.01020lnAY-AY ) 2 / 0.005263 )（4分）NOGAYm0.05263-0.005263 .=4.6440.01020（1分）或：（解吸因数法:3 =0.7407 4.05（2分）Yb - mXa + S、v Y - mX J=(1 - 0.7407) lnf(1 - 0.7407) 0.05263 - 3 x 0 + 0.74070.005263 - 3 x 0 JNOG =(1-S)ln(1-S)4.644（5 分）填料层高度 Z： Z = Hog - E 1-120 x 4-644 = 5-201m一、填空题（每空1分，共30分）1. 漂流因数反映，

16、混合气 体中被吸收组分的浓度越高，PBm的值越，漂流因数的值 越。2. 亨利定律三种形式，。其中 各式中与温度压力都有关系的系数是，此值越小表示溶质越（难，易）溶解于溶剂，此时吸收过程最可能为 （气膜、液 膜）控制，传质阻力主要集中在 （气膜、液膜）中。3. 理想物系指的是，此时平衡 常数kA=，相对挥发度a 。4. 二元精馏塔全凝器第1块板的温度可由xD根据 方程求得，塔底温度可由xW根据 方程求得。若进料（F,xF,q）、塔顶及塔底产品量保持不变，当回流比增加时，塔内气相负荷， 液相负荷，完成相同分离要求所需要的理论板数， 塔底再沸器负荷。全回流（人=）时，精馏段操作线的斜 率为，提馏段操

17、作线的斜率为。对相同的分离要求， 部分回流操作比全回流操作所需的理论板数。5. 在萃取操作中临界混溶点 为1；完全不互溶物系萃取操作中， 萃取相由 组成，萃余相由 组成。6. 常用板式塔塔板类型主要有 塔板，塔板，塔板，塔板。二、问答题（共25分）1. 简述恒摩尔流假定及成立条件；（5分）2. 双膜论的要点？ （5分）3. 写出部分互溶物系单级萃取，给定溶剂用量（S），求萃余液组成（x） 的关键步骤（已知物系相平衡关系，进料量F和进料组成xF）（5分）4. 板式塔负荷性能图由几条线组成并说明各条线作出的依据（10分）三、（25分）某二元连续精馏塔，泡点进料；塔顶为全凝器，泡点回流；其两段 操作

18、线方程分别为：y=0.723x+0.263y=1.25x-0.0187相对挥发度为2.5。试问：提馏段操作线方程；（3分）该塔的回流比；（3分）塔顶与塔底的组成；（8分）从上往下数第2块理论板上升的蒸汽组成；（6分）进料组成及最小回流比。（5分）四、（20分）在常压下逆流操作的填料吸收塔中，用纯溶剂吸收混合气体中的溶质组分。入塔气体流量为1120m3/h （标准状况），入塔气体中溶质的浓 度为5%（体积），吸收率为90%，操作条件下的气液平衡关系为欢=1.5X， 液气比L/V=3,体积传质系数KYa = 100 kmol/m2 h（AY）塔径为0.8m。 试求：出塔液体浓度Xb； （10分）所

19、需填料层高度Zo （10分）化工原理 下期末试题答案专业班级应用化学专业开课系室化学工程系一、填空题（1空1分，共30分）1. 总体流动对分子扩散过程的影响，小，大2. pA*=cA/H ， y*A=Ex ， y*=mx。虬， 易，气膜，气膜3. 气体是理想的，液体是理想的，kA= PA0/P，a= PA0/PB04. 露点，泡点。增加，增加， 降低，增大。1，工。多5. 卫为 1； A+S， A+B6. 泡罩型，筛板型，浮阀型，喷射型二、问答题（共25分）1. （5分）答：内容：（2分）恒摩尔汽化 :厂二匚=匚广匕=匕=VnV = V恒摩尔溢流 :L 右L L 一 L L L = L = L

20、=L12成立条件：（3分）组分间摩尔汽化潜热相等；显热忽略不计；散热损失不 计2. （6分）答：（每条2分）（1）相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着 一个很薄（等效厚度分别为dG和dL）的流体膜层。溶质以分子 扩散方式通过此两膜层；（2）相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状 态；（3）在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传 质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。3. （7分）答：作溶解度曲线（辅助线）；确定F、S点；由杠杆定律确定M；由M及定R、E；由 R、E 及 SE、SR定 R、E 定 x。4. （10分）答：（每条线名称

21、及依据各1分）1. 液相负荷上限线（降液管超负荷线）：0 =5s；2. 漏液线（气相负 荷下限线）：Fh=5；3. 液相负荷下限线：hw=6mm；4. 雾沫夹带线：eV=10%kg液沫/kg干气体；5. 液泛线：HT+hWH并三、（25分）解：（3分）R/R+1=0.723一R=2.61（3分）xD/（R+1）=0.263xD=0.95（3分）由 ：y=1.25x-0.0187xW=0.0748（5分）（4）xD=0.95=y,由相平衡方程一x0.883,由操作线方程一y2=0.9011（6分）泡点进料：q=L 联解-XF= xq=0.5345, yq=0.7417-Rrnin=1（5分）四、（20分）解：进塔惰性气体量：V ）保x22.4G - 0.05）= 47.5kmol/h（2分）Y = 0.05 = 0.0526 Y = Y G-n）= 0.0526 x 0.1 = 0.0052611 - 0.0521（4分）X = 0 X = - Y - Y ）= - x（0.0526 - 0.00526）= 0.0157821 L 123（4分）（I） ,=。