化工原理4.docx
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化工原理4
一、（20分）
分数
评卷人
某逆流吸收填料塔，用纯溶剂等温吸收混合气中的可溶组分A。
在常压、20℃下操作时的混合气体流量为0.025kmol/s,气体混合物中A的初始浓度为0.02（摩尔分率，下同），塔径为1m，气相体积总传质系数为0.0522kmol/（m3·s），操作条件下平衡关系为ye=1.2x，操作液气比为最小液气比的1.2倍。
试求：
（1）若要求吸收率为95％，则所需的填料层高度为多少；
（2）若进塔溶剂的浓度改为0.003，气体进塔浓度，气、液流量和相平衡关系不变，则吸收率为多少？
二、（18分）
分数
评卷人
今用一常压连续精馏塔分离相对挥发度为2.0的二元理想混合液。
塔顶馏出液组成为0.94（易挥发组分的摩尔分数，下同），釜液组成为0.04，釜液采出量为150kmol/h。
回流比为最小回流比的1.2倍，进料线方程为y=6x－1.5。
试求：
（1）进料的热状况参数、组成和流量；
（2）精馏段操作线方程；
（3）提馏段的汽、液流量；（4）提馏段操作线方程。
三、填空题（每空1分，共34分）
分数
评卷人
1．低浓度气体吸收中，已知平衡关系y=1.2x，气相传质系数为1×10-4kmol/m2·s，液相传质系数为1.2×10-2kmol/m2·s，则此体系属于_________________控制，该气体为_________________溶气体，气相总传质系数等于_________________。
2．用清水吸收混合气体中低浓度氨，操作时，若其它条件不变，入口气量增加，则NOG_________________，气体出口组成_________________，液体出口组成_________________。
3．对解吸因数S=0.5的系统进行逆流吸收，yｅ=mx，设y1为塔底气相进口浓度，y2为塔顶气相出口浓度，当塔高为无穷大时，则y1____________ye1，y2______________ye2。
4．某二元混合物，其中Ａ为易挥发组分，液相组成ｘA＝0.6，相应的泡点为ｔA，与之相平衡的汽相组成ｙA＝0.7，相应的露点为ｔB，则ｔA_________________ｔB。
5．精馏操作中，若F，xF，q，R均不变，而将塔顶产量D增加，则xD将_________________，xW将_________________。
6．对双组分理想物系蒸馏，在y－x图上，平衡线离对角线越近，表明该物系越分离。
7．某蒸馏过程中，进出塔物料量不变，进料状况不变，由于某种原因导致冷却水用量减少，对产品质量的影响如何：
xD，xW。
8．板式塔内的不正常操作有、和。
9．塔板负荷性能图主要由液体流量上限线、、、
和液体流量下限线等5条线构成的。
10．若萃取相和萃余相在脱溶剂后具有相同的组成，且等于原料液组成，则萃取剂的选择性系数为。
11．选择性系数β与分配系数kA的关系是_________________，选择性系数β与精馏中_________________相当。
β越小，越_________________。
12．溶解度曲线将三角形相图分为两个区域，曲线内为_________________区，曲线外为_________________区。
萃取操作只能在_________________内进行。
13．多级逆流萃取和单级萃取比较，如果溶剂比、萃取浓度均相同，则多级逆流萃取的萃余分数。
14．空气的干球温度为t，湿球温度为tw，露点温度为td，当空气的相对湿度等于1时，则t、tw和td的大小关系为。
15．同一物料，在一定的干燥速率下，物料愈厚，则临界含水量。
16．常压下，将相对湿度为30%的湿空气，用间壁式换热器使其由50℃降低至30℃（不发生相变化），下列状态参数将如何变化？
相对湿度，湿球温度，露点温度，水汽分压。
四、（8分）
分数
评卷人
精馏分离α＝2.5的二元理想混合液,巳知回流比为3,xD=0.96。
测得第三块塔板（精馏段）下降液体的组成为0.4,第二块塔板下降液体的组成为0.45（均为易挥发组分的摩尔分数）。
求第三块塔板的气相单板效率。
五、（20分）
分数
评卷人
在常压连续干燥器中，将某湿物料的含水质量分数由42％降至4%（均为湿基）。
湿物料处理量为0.2085kg/s。
所用空气的温度为21℃、水汽分压为1.286kPa，预热温度为93℃,出干燥器的废气湿度为0.03kg水/kg干气,设为理想干燥过程。
试求：
（1）水分汽化量；
（2）绝干空气用量（kg/s）；
（3）干燥器出口废气的温度；（4）预热器的热负荷；
（5）干燥器的热效率；（6）预热器进口湿空气用量（m3/s）。
大学期末考试题
2004—2005学年第二学期《化工原理》课程试题（A卷）
参考答案及评分标准
一、（20分）
解：
（１）∵G=n/Ω＝0.025／（0.785×12）＝0.0318kmol/m2·s 1分
∴HOG=G/Kya=0.0318/0.0522=0.609m 1分
∵x2=0∴
=1.2×0.95=1.14 2分
∴操作液气比:
＝1.2
=1.37 1分
＝
＝
＝0.876 1分
∴ NOG＝
ln
=
ln
＝
＝9.84 4分
（或
，∴y2=1×10-3,x1=0.0139
=
=0.00193∴NOG=
=9.84）
∴ H＝ＨＯＧ·ＮＯＧ＝0.609×9.84＝6.0ｍ 2分
（2） 若x2′=0.003，其他操作条件不变，则H,HOG均一定，∴NOG一定 2分
又 ∵
＝
一定
∴
3分
∴ y2′=0.00442 2分
∴
＝
1分
二、（18分）
解：
（1）∵进料线方程为y=
＝6x－1.5 2分
∴q=1.2xF=0.3 1分
又由全塔物料衡算得：
FxF=DxD+WxW 1分
F=D+W 1分
∵ Ｗ＝150kmol/h ｘＦ＝0.3ｘＤ＝0.94ｘＷ＝0.04
∴ Ｆ＝210.9kmol/hＤ＝60.9kmol/h， 1分
（2）∵α＝2.0∴相平衡关系为y=
=
与y=6x－1.5联立得xe=0.333ye=0.50 2分
∴
=2.64 2分
∴R=1.2Rmin=3.17
∴精馏段操作线方程为：
=0.760xn+0.225 2分
（3）
=3.17×60.9＋1.2×210.9=446kmol/h 2分
=（3.17＋1）×60.9＋0.2×210.9=296kmol/h 2分
（4）提馏段操作线方程为：
=1.507xn-0.0203 2分
三、填空题（每空1分，共34分）
1．气膜，易，9.9×10-5kmol/m2·s2．减小，增加，增加
3．大于， 等于4．等于
5．减小，减小6．难
7．减小,增大8．溢流液泛，夹带液泛，严重漏液
9．漏液线（汽相负荷下限线）；过量液沫夹带线；液泛线。
10． 1
11．β＝kAxB/yB，相对挥发度，不利于组份的分离 12．两相区，均相区，两相区
13．减少 14． t=tw=td
15．愈高 16． 减小,增大，不变，不变
四、（8分）
解：
相平衡关系为y=
=
∴y3*=
=
=0.625 2分
精馏段操作线方程y=
x+
=
x+
=0.75x+0.24 1分
则y3=0.75x2+0.24=0.75
0.45+0.24=0.578 1分
y4=0.75x3+0.24=0.75
0.40+0.24=0.540 1分
∴EMV,3=
=
=0.447 3分
五、（20分）
解：
（1）绝对干物料的处理量为：
Gc=G1（1-
）=0.2085（1-0.42）=0.1209
1分
进、出干燥器的含水量为：
X1=
=
=0.7241
1分
X2=
=
=0.0417
1分
水分汽化量为：
W=Gc（X1-X2）=0.1209×（0.7241－0.0417）=0.0825
1分
（2）∵H1＝H0＝
＝0.008
2分
H2＝0.03kg水/kg干气，W=V（H2－H1）
∴空气用量为：
V=
=
=3.75kg干气/s 2分
（3） ∵I1=I2 2分
∴（1.01+1.88H1）t1+2500H1=（1.01+1.88H2）t2+2500H2
∴
=37.8℃ 2分
（4）Q=V（I1-I0）=V（1.01+1.88H1）（t1-t2）
=3.75×（1.01+1.88×0.008）×（93-21）=276.8kW3分
（5）干燥器的热效率：
＝
＝0.767 2分
（6）∵湿空气体积
＝
＝0.8426m3/kg干气 2分
∴
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