化工原理部分復(fù)試試題及答案

1、簡(jiǎn)答題：1，試分析精餾過(guò)程中回流比大小對(duì)操作費(fèi)與設(shè)備費(fèi)的影響并說(shuō)明適宜回流比如何確定。答：回流比有兩個(gè)極限，全回流時(shí)，達(dá)到一定的分離程度需要的理論板層數(shù)最?。ㄔO(shè)備費(fèi)用最低），但無(wú)產(chǎn)品取出，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)無(wú)意義；最小回流比時(shí)，需要無(wú)限多理論板層數(shù)，設(shè)備費(fèi)用為無(wú)限大，隨回流比加大，nt降為有限數(shù)，設(shè)備費(fèi)用降低，但隨回流比的加大，塔徑、換熱設(shè)備等加大，且操作費(fèi)用加大。操作回流比的確定應(yīng)盡可能使設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用總和為最小，通常取r=(1.22)rmin 。2，精餾塔在一定條件下操作，試問(wèn)：回流液由飽和液體改為冷液時(shí)，塔頂產(chǎn)品組成有何變化？為什么？ 答：從泡點(diǎn)回流改為冷液回流時(shí)，塔頂餾出液組成增大。原因是

2、：冷液回流至塔頂時(shí)，冷凝一部分蒸氣，放出的潛熱把冷液加熱至塔頂?shù)谝话宓娘柡蜏囟?。冷凝部分中含難揮發(fā)組分較大，使氣相易揮發(fā)組分增濃。同時(shí)，在塔頂回流比保持不變的條件下，增加了塔內(nèi)的內(nèi)回流，這也有利于分離。3，簡(jiǎn)述精餾和蒸餾的區(qū)別與聯(lián)系。 答：精餾引入塔頂回流和塔底蒸汽上升，通過(guò)多次部分氣化和部分冷凝從而達(dá)到高純度分離的目的，相當(dāng)于多級(jí)蒸餾。而蒸餾只是通過(guò)簡(jiǎn)單的一次氣液相平衡來(lái)分離氣液混合物，只能達(dá)到有限度的分離。二者在本質(zhì)上是一致的，都是通過(guò)各組分相對(duì)揮發(fā)度的差異而達(dá)到分離目的的。4，精餾塔在一定條件下操作時(shí)，試問(wèn)：將加料口向上移動(dòng)兩層塔板，此時(shí)塔頂和塔底產(chǎn)品組成將有何變化？為什么？ 答：當(dāng)加料

3、板從適宜位置向上移兩層板時(shí)，精餾段理論板層數(shù)減少，在其它條件不變時(shí)，分離能力下降，塔頂餾出液組成下降，塔底釜?dú)堃簼舛壬?，易揮發(fā)組分收率降低。5，提高吸收劑用量對(duì)吸收是有利的。當(dāng)系統(tǒng)為氣膜控制時(shí)，試分析kya的變化情況。答：以液相阻力為主的吸收操作，增加吸收劑用量，可降低液相阻力而有效地加快吸收過(guò)程，即可明顯提高吸收速率，所以吸收過(guò)程的kya的值可明顯提高。計(jì)算題：1、(17分) 常壓下，用煤油從苯蒸汽與空氣混合物吸收苯，吸收率為99%，混合氣量為53kmol/h，入塔氣含苯2%（體積），入塔煤油中含苯0.02%（摩爾分率），溶劑用量為最小用量的1.5倍，在操作溫度50下，相平衡關(guān)系為y*=0

4、.36x，總傳質(zhì)系數(shù)kya=0.015kmol/m2·s，塔徑為1.1米，試求所需填料層高度（m）。解：1，由題意，可得： y1=0.02 y2=y1(1)=0.02×(10.99)=0.0002 x1e= y1/m=0.02/0.36=0.0556 -2分 x2=0.0002 (l/g)min=(y1y2) /(x1ex2)=(0.020.0002)/(0.05560.0002)=0.3577-2分 (l/g)=1.5(l/g)min=1.5×0.3577=0.5366 x1=x2+( g / l)(y1y2)=0.0002+(1/0.5366)(0.020.0

5、002)=0.0371 -2分 2，y111=yy*=0.020.36×0.0002=0.00664 y2=y2y2*=0.00020.36×0.0002=0.000128 -2分ym=(y1y2)/ln(y1/y2)=(0.006640.000128) /ln(0.00664/0.000128)=0.00165 -3分 3 ，hogya=g/k=(53/3600)/(/4×1.12)/0.015=1.033m nog=(y1y2)/ ym=(0.020.0002)/0.00165=12 -2分 h=hog×nog=1.033×12=12.4m

6、 -3分2、(15分) 在填料層高度為8m的填料塔中，用純?nèi)軇┠媪魑湛諝鈎2 s 混合氣中的h2 s以凈化空氣。已知入塔中含h2 s為2.8% (體積%)，要求回收率為95%，塔在1 atm ，15°c 下操作，此時(shí)平衡關(guān)系為y=2x ，出塔溶液中含h2 s為0.0126（摩爾分率），混合氣體中通過(guò)塔截面的摩爾流率為100kmol / (m2.h)。試求： 單位塔截面積上吸收劑用量； 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)； 氣相體積總傳質(zhì)系數(shù)。解：y1=0.028 y2=y1(1-)=0.028(1-0.95)=0.0014 -2分l=(y1-y2)/x1×g =(0.028-0.0014)

7、/0.0126×100=211kmol/m2h -3分y1=y1-mx1=0.028-2×0.0126=0.0028 y2=y2=0.0014 -2分ym=(0.0028-0.0014)/(ln0.0028/0.0014)=0.00202 -2分nog=(y1-y2)/ ym=13.2 -2分h=g/kya×nog -2分kya=g/h×nog=100/8×13.2=165kmol/(m3h) -3分3、(16分)在直徑為0.8m的填料塔中，用1200/h的清水吸收空氣和s02混合氣體中的s02，混合氣量為1000m3（標(biāo)準(zhǔn)）/h，混合氣含s0

8、21.3%（體積）。要求回收率為99.5%，操作條件為20、1atm，平衡關(guān)系為ye=0.75x，總體積傳質(zhì)系數(shù)kya=0.055kmol/m3s。求液體出口濃度和填料高度(m)。解：已知：d=0.8m ls=1200kg/h g=1000nm3/h y1=0.013 =0.995 x2=0 ye=0.75x kya=0.055kmol/m3.s.atm ls=1200/(3600×18)=0.0185kmol/s g=1000/(22.4×3600)=0.0124kmol/s 為低濃度吸收 （l/g）=0.0185/0.0124=1.49 x1=(g/l)(y1-y2)+

9、x2=(0.013-0.000065)/1.49=0.00868 y2=y1(1- )=0.013(1-0.995)=0.000065 z=hog×nog 而nog=（y1-y2）/ym y1=y1-y1*=0.013-0.75×0.00818=0.006490 y2=y2-y2*=0.000065-0=0.000065 ym=(y1-y2)/1n(y1/y2) =(0.006490-0.000065)/1n(0.006490/0.000065)=0.001396 nog=(0.013-0.000065)/0.001396=9.266 hog=g/(kya)=0.0124/

10、(0.785×0.82×0.055=0.449(m) h=9.266×0.449=4.2m5、（17分）苯和甲苯混合物中，含苯0.4，流量1000kmol/h，在一常壓精餾塔內(nèi)進(jìn)行分離，要求塔頂餾出液中含苯0.9(以上均為mol分率)，苯的回收率不低于90%，泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，取回流比為最小回流比的1.5倍，己知=2.5。求：1塔頂產(chǎn)品量（kmol/h）；2塔底殘液量w及組成xw；3最小回流比；4精餾段操作線數(shù)值方程；5提餾段操作線數(shù)值方程；6若改用飽和蒸汽進(jìn)料，仍用4中所用回流比時(shí)所需理論板數(shù)。解：(1)d = 1000×0.4×0.9/0

11、.9 = 400 kmol/h (2)w=1000-400=600kmol/h xw = (1000×0.4-400×0.9)/600=0.0667 (3)xq=xf=0.4 yq=2.5×0.4/(1+1.5×0.4)=0.625 rm=(0.9-0.625)/(0.625-0.4)=1.22 (4)r=1.5×1.22=1.83 yn+1=(1.83/2.83)xn+0.9/2.83 =0.646xn+0.318 (5)=v=2.83×400=1132 v =1.83×400+1000=1732 lym+1=(1732/

12、1132)xm-600×0.0667/1132 =1.53xm-0.0353 （6）yq=xf=0.4 yq=xq/(1+(-1)xq) 得 xq=0.21 rm=(0.9-0.4)/(0.4-0.21)=2.63 r<rm nt=6、（15分）采用常壓干燥器干燥濕物料。每小時(shí)處理濕物料1000kg，干燥操作使物料的濕基含量40% 減至5% ，干燥介質(zhì)是濕空氣，初溫為20°c，濕度為h0=0.009 kg水/kg絕干空氣，經(jīng)預(yù)熱器加熱至120°c 后進(jìn)入干燥器中，離開(kāi)干燥器時(shí)廢氣溫度為40°c，若在干燥器中空氣狀態(tài)沿等i 線變化。試求： 1水份蒸發(fā)

13、量w（kg/s）； 2絕干空氣消耗量l（kg絕干氣/s）； 3干燥收率為 95% 時(shí)產(chǎn)品量（kg/s）； 4若鼓風(fēng)機(jī)裝在新鮮空氣進(jìn)口處，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（m3/s）。解：1x12=0.4/(1-0.4)=0.667 x=0.05/(1-0.05)=0.0526 gc=1000(1-0.4)=600 kg絕干料/h w=gc(x1-x2)=600(0.667-0.0526)=368.64kg/h=0.1024 kg/s -4分2h1012=h=0.009 kg水/kg絕干氣， t=120°c， t=20°c， h2未知, 可通過(guò)i1=i2鑒定求算i1=(1.01+1.88h1)t1+2490h1=1.01t1+(1.88t1+2490)h1 i2=(1.01+1.88h2)t2+2490h2=1.01t2+(1.88t2+2490)h2 h2=(1.01×120+(1.88×120+2490)×0.009-1.01×40)/(1.88×40+2490) =0.041 kg水/kg絕干氣-3分v= w/(h2-h1) = 0.