《化工原理II》填空试题24页word资料.docx

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《化工原理II》填空试题24页word资料

石油大学（北京）化工学院

化工原理（下册）题库

一、填空题：

1、在描述传质的费克定律中，扩散通量J与浓度梯度或压力梯度成正比，其比例系数称为扩散系数，表示传质阻力的倒数。

分子扩散是凭借流体分子热运动来传递物质的，而涡流扩散是凭借流体质点的湍动和漩涡来传递物质的。

2、单向扩散速率与等分子反向扩散速率相比多了一个漂流因子，在低浓度气体中该因数B，在高浓度气体中该因数A（A：

大于1.0B：

约等于1.0C：

小于1.0D：

约等于0.0），说明总体流动对传质速率的影响较大。

3、当流体呈湍流流动时，物质的传递是分子扩散和涡流扩散共同作用的结果，这时的物质传递过程称为对流传质过程。

4、分子扩散中主体流动产生的原因是组分A可以通过相界面，组分B为停滞组分，组分A单向扩散通过相界面后，在界面附近出现空位，使得界面压力低于主体压力，其他分子前来补充，造成主体向界面的流动，在主体流动的存在下，扩散速率会发生什么变化增大（增大、减小、不变），在什么情况下可不考虑主体流动的影响溶质A浓度较低。

5、某逆流吸收塔，用纯溶剂吸收混合气中的易溶组分，入塔混合气浓度为0.04，出塔混合气浓度为0.02，操作液气比L/V=2（L/V）min，气液相平衡关系为ye=2x，该吸收塔完成分离任务所需的理论板数N为1。

解：

L/V=2（L/V）min，

（L/V）min=（yb-ya）/（xbe-xa）=（yb-ya）/（yb/m）=（0.04-0.02）/（0.04/0.02）=1，L/V=2=m

操作线与相平衡线平行，S=1，xa=0，Δym=ya=0.02，N=NOG=（yb-ya）/Δym=（0.04-0.02）/0.02=1

6、某逆流解吸塔，若气液入口组成及温度、压力均不变，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成Ya将增大，液体出口组成xb将减小，溶质解吸率将增大。

解：

已知yb、xa、L/V、h不变，HOG减小，NOG上升，故ya上升，xb下降，η=（xa-xb）/xa增大。

也可图解，V减小，传质推动力减小，操作线上移。

7、气相中物质的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的升高而减小；液相中物质的扩散系数随粘度的增加而减小。

（增大、减小、不变）8.常压25℃下，气相溶质A的分压为0.054atm的混合汽体与溶质A浓度为0.0018mol/l的水溶液接触，如果在该工作条件下，体系符合亨利定律，亨利系数E=0.15×104atm，ρH2O≈1000kg/m3，问溶质A的传质方向是（16）。

A：

吸收B：

平衡C：

解吸D：

无法判断

8、某气体吸收过程，符合亨利定律，相平衡常数m=1，气膜吸收系数kY=1×10－4kmol/（m2s），液膜吸收系数kX的值为kY值的100倍，试判断这一吸收过程为（16）（气膜、液膜、双膜）控制过程，该气体为（17）（易溶气体、难溶气体），气相总传质系数为（18）。

9、双组分混合物中，组分A的扩散系数除了与系统的物质属性有关外，还随温度、压力及混合物中组分A的浓度的不同而变化，对于气体中的扩散，浓度的影响可以忽略。

当系统总浓度增加时，扩散系数将减少，

当系统中组分B的分子量增加时，扩散系数将减少（增加、减少、不变、不定）。

10、双组分理想气体进行单向扩散，如维持气相各部分PA不变，则在下述情况下，气相中的传质通量NA将如何变化，

A：

总压增加，NA减少（增加、减少、不变），

B：

温度增加，NA增加（增加、减少、不变），

C：

气相中惰性组分的摩尔分率减少，则NA增加（增加、减少、不变）。

11、扩散通量式JA=-D（dCA/dz）=-JBAF（A：

可以用于多组分系统、B：

只能用于双组分系统、C：

只能用于稀溶液、D：

只能用于理想气体、E：

只能用于液相、F：

可以同时用于液相或气相系统）（多选）

12、

所示为同一温度下A、B、C三种气体在水中的溶解度曲线。

由图可知，它们的溶解度次序为C>B>A（由大到小），在吸收过程中，温度及汽液流量不变，压力增大，可使相平衡常数减小，传质推动力增大（增大、减小、不变）。

13、三传类比是指动量传递、热量传递、和质量传递之间的类比。

14、吸收操作中对吸收剂主要要求包括：

选择性好、溶解度高、可循环使用、挥发性小。

（至少写出四种）

15、在一个逆流操作的吸收塔中，某截面上的气相浓度为y（摩尔分率，下同），液相浓度为x，在一定温度下，气液相平衡关系为ye=mx，气相传质系数为ky，液相传质系数为kx，则该截面上的气相传质总推动力可表示为y-mx，气相传质总阻力可表示为1/Ky=1/ky+m/kx；如果降低吸收剂的温度，使相平衡关系变为ye=m’x，假设该截面上的两相浓度及单相传质系数保持不变，则传质总推动力增大，传质总阻力中气相传质阻力不变，液相传质阻力减小，传质速率增大。

16、某二元精馏塔，在塔顶第一块板上的液体中装有温度计，假设板上的液体与上方气体处于平衡状态，如果保持操作压力不变，塔内混入一定量的惰性气体，那么温度计读数降低，物系的相对挥发度增大。

如果现有的精馏塔塔顶产品不合格，如何调节精馏塔操作，使产品合格，请列出三种方案：

增大回流比，降低回流液温度，降低操作压力。

17、对流传质是分子扩散和涡流扩散共同作用的结果，对流传质与对流传热有相似之处，增强流体的湍动程度和增大相接触面积有利于强化对流传质。

18、吸收过程为气膜控制（气相阻力控制）时，Ci与CL接近,还是PG与Pi接近?

（Ci与CL接近）。

19、对接近常压的低浓度溶质的汽液平衡系统，当总压增加时，亨利系数E不变，相平衡常数m变小，溶解度系数H不变。

20、在传质理论中有代表性的三个模型分别为膜、溶质渗透和表面更新，对吸收的理论分析，当前仍采用膜模型作为基础。

21、双膜理论的主要内容是：

（1）气液相间存在稳定的相界面，界面两侧各有一层有效层流膜，溶质以分子扩散方式通过双膜；

（2）界面上气液两相呈平衡；（3）传质阻力集中在层流膜内,界面上无阻力。

22、总传质系数与分传质系数之间的关系可以表示为1/KL=1/kL+H/kG，其中1/kL表示液膜阻力，当气膜阻力H/kG项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。

23、对于低浓度溶质A的气体的物理吸收达到平衡时，其自由度可视为3。

即在温度、压力、气相溶质浓度、液相溶质浓度四个变量中，有3个自变量。

24、一般而言，两组分A、B的等摩尔相互扩散体现在二元蒸馏单元操作中，而A在B中单向扩散体现在吸收单元操作中。

25、亨利定律的表达式之一为P=Ex，若某气体在水中的E值很大，说明该气体为难溶气体，该气体的解吸过程是受液膜控制的传质过程；气体吸收过程的逆过程是解吸过程，前者的操作温度一般较后者低，而压力较后者高（高、低、相等）。

26、通常所讨论的吸收操作中，当吸收剂用量趋于最小用量时，D。

（A）回收率最高；（B）吸收推动力最大；（C）操作最为经济；（D）填料层高度趋向无穷大。

增加吸收剂用量，操作线的斜率增大（增大、减小、不变），则操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y-ye）增大（增大、减小、不变）。

27、低浓气体吸收中，已知平衡关系y=2x，kxa=0.2kmol/m3.s，kya=2×10-4kmol/m3.s，A（A气膜；B液膜；C气、液双膜）控制的总传质系数近似为Kya=2×104kmol/m3.s。

28、某逆流操作的吸收塔底排出液中溶质的摩尔分率x=2×10-4，进塔气体中溶质的摩尔分率为y=0.025，操作压力为101.3kPa，汽液平衡关系为ye=50x，现将操作压力由101.3kPa增至202.6kPa，求塔底推动力（y-ye）增至原来的4/3倍，（xe-x）增至原来的8/3倍。

P=101.3kPa：

ye=50x=50*2*10-4=0.01y-ye=0.025-0.01=0.015

xe=y/50=0.025/50=0.0005xe-x=0.0005-2*10-4=3*10-4

P=202.6kPa：

ye=25x=25*2*10-4=0.005y-ye=0.025-0.005=0.02

xe=y/25=0.025/25=0.001xe-x=0.001-2*10-4=8*10-4

（y-ye’）/（y-ye）=0.02/0.015=4/3=1.33（xe’-x）/（xe-x）=8/3=2.67

29、将含CO220%、惰性气体80%（体积分率）的混合气，在体积为2m3的密闭容器中，与1m3的清水在25℃下长期充分接触。

若刚开始接触时混合气的压力P为101.3kPa，亨利系数E=1.66×105kPa，H2O=997kg/m3，问刚开始接触时的总传质推动力为20.26（以分压差表示，kPa），CO2在水中的最终浓度为3.7（mol/m3）。

（1）PG-Pe=101.3*0.2-0=20.26kPa

（2）Pe=Ex（Py-nRT/VG）＝En/（n+H2OV/MS）

（101.3*0.2-n*8.314*298/1）=1.66*105*n/（997*1/18）

n=0.0037molCCO2=n/VL=3.7/1=3.7mol/m3

30、吸收因子A表征相平衡线和操作线斜率的比值，而解吸因子与A呈倒数关系。

31、氧气解吸是一个液膜控制的传质过程，该过程的传质速率主要受液膜控制。

32、对一定操作条件下的填料吸收塔，如将填料层增高一些，则塔的HOG将不变，NOG将增大（增大、减小、不变）。

33、气膜控制的系统，气体流量越大，则气相总传质系数Ky增大，气相总传质单元高度HOG略微增大（增大、减小、不变）。

34、逆流操作的填料吸收塔，当吸收因数A<1且填料为无穷高时，汽液两相将在：

B（A：

塔顶、B：

塔底、C：

塔中部）达到平衡。

35、在吸收塔某处，气相主体浓度y=0.025，液相主体浓度x=0.01，气相传质分系数ky=2kmol/m2.h，气相总传质系数Ky=1.5kmol/m2.h，则该处汽液界面上气相浓度yi应为0.01。

平衡关系y=0.5xya=0.5*0.01=0.005NA=Ky（y-ye）=Ky（y-yi）1.5（0.025-0.005）=2（0.025-yi）yi=0.01

36、在一吸收填料塔中，用清水吸收某气体混合物中的溶质组分A，入塔气相含A0.06（摩尔分率，下同），操作条件下的平衡关系为y*=1.2x，操作液气比为1.2，出塔气相含A为0.01。

若气、液初始组成、流量及操作条件不变，当另一个完全相同的塔，两塔按串连逆流操作组合时，气体最终出塔组成为多少0.00545。

（1）单塔操作时

xb=（yb-ya）/（L/V）=（0.06-0.01）/1.2=0.0417

NOG=（yb-ya）/Δym=ya=（0.06-0.01）/0.01=5

（2）两塔串连逆流操作时

∵流量不变、塔径相同、填料一样

∴HOG不变

NOG’=h’/HOG’=2h/HOG=2NOG＝2＊5=10

S=1Δym’=Δya’=ya’-mxa=ya’

NOG’=10=（yb-ya’）/Δym=（yb-ya’）/ya’

∴y2’=0.00545

37、在一吸收塔中，用清水逆流吸收某气体混合物，入塔气相组成为0.04（摩尔分率，下同），操作条件下物系的平衡关系为y*=1.2x，操作液气比为1.2，出塔气相组成为0.01，吸收过程为气膜控制，Kya∝V0.7（V为气相摩尔流率）。

若汽液初始组成、流量及操作条件不变，当另加一个完全相同的塔，两塔按并联逆流操作组合，汽液两相流量分配相等，此时气体出口组成为0.00853。

（1）一个塔单独操作时：

m=1.2,L/V=1.2,S=mV/L=1

L/V=（yb-ya）/（xb-xa）xa=0

xb=（yb-ya）/（L/V）=（0.04-0.01）/1.2=0.025

∵S=1

∴Δym=Δya=Δyb=0.01

NOG=（yb-ya）/Δym=（0.04-0.01）/0.01=3

（2）两个完全相同的塔并联逆流操作时，每个塔的入塔汽、液组成相同。

∵V’=（1/2）VL’=（1/2）L

∴L/V=L’/V’=1.2S=1

∵HOG×NOG=HOG’×NOG’=h

∵气膜控制，∴kya≈Kya

Kya∝V0.7

HOG/HOG’=V0.3/V’0.3=（V/V’）0.3=20.3=1.23

Δym‘=Δya’=ya’-mxa=ya’

∴（yb-ya’）/Δym’=（yb-ya’）/ya’=NOG’=3*1.23=3.69

ya’=0.00853

38、某吸收过程，用纯水吸收气体中的A组成，要求A组分由yA=0.1下降到0.02；已知吸收因子A=1,若该吸收过程需要理论塔板NT=4块，则需传质单元数为4。

如果溶解度系数m=2，则吸收过程中最小液气比（L/V）min=1.6。

解：

∵Xa=0Yb=yb=0.1Ya=yA=0.02

∵A=1时ΔYm=Δym=Δya=ya-mxa=ya=0.02

∴NT=NOG=（Yb-Ya）/Δym=（0.1-0.02）/0.02=4

∵m=2

∴（L/V）min=（Yb-Ya）/（Yb/m-Xa）=（0.1-0.02）/（0.1/2-0）=1.6

39、要设计一个用清水作吸收剂的吸收塔，因算出的填料层过高，拟改用两个低塔代替，提出如下图所示的流程。

试在Y-X图上定性画出与各个流程相对应的操作线与平衡线位置，注明流程中相应的组成。

40、对气膜控制的系统，气体流量越大，则气相总传质系数Ky增大，气相总传质单元高度HOG略微增大。

（增大、减小、不变）

41、某低浓度气体吸收过程，已知：

相平衡常数m=2，气膜和液膜体积传质系数分别为kya=2*10-4kmol/（m3s），kxa=0.4kmol/（m3s）。

则该吸收过程为气膜阻力控制。

气膜阻力占总阻力的百分数为99.95％；该气体为易溶溶气体。

Kx和kx分别是以PG-Pe和PG-Pi为推动力的传质系数。

（1/kya）/（1/Kya）=（1/kya）/（1/kya+m/kxa）=[1/（2*10-4）]/[1/（2*10-4）+1/0.4]=99.95%

42、在逆流解吸塔操作时，若气液入口组成及温度、压力均不变，假定KYa是个恒定值，而气量与液量同比例减少，对液膜控制系统，气体出口组成Ya将增大，液体出口组成Xb将降低，溶质解吸率将增大（增大、降低、不变）。

解吸操作的目的是使吸收液中的气体溶质释放出来，回收溶剂。

答：

因为h=HOGNOGHOG=V/KYaΩV降低，HOG减小，NOG增大，平衡线和操作线的斜率不变，所以ya增大，xb减小，解吸率＝（ya-yb）/yb将增加。

43、将溶质浓度为xA=0.2（摩尔分率）的溶液与压力为2atm,yA=0.15的气体等温接触（此条件下的平衡关系为：

PA*=1.2xA）,则此时将发生吸收过程。

用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为Δy=0.03，Δx=0.05（摩尔分率）。

如系统温度略有升高，则Δy将降低。

如系统总压略有升高，则Δx将升高（升高、降低、不变）。

说明解吸过程适合在高温、低压下操作（低、高）。

答：

因为P=2atmyA=0.15PA=0.3xA*=PA/1.2=0.25>xA=0.2所以进行吸收过程

Δy=y-ye=yA-mxA=0.15-（1.2/2）*0.2=0.03Δx=xe-x=yA/m-xA=0.15/（1.2/2）-0.2=0.05

因为T升高，气体溶解度减小，m增大，ye=mx，ye增大，Δy＝y-ye，所以传质推动力Δy减小；P升高，m=E/P减小，y=mxe，xe增大，Δx=xe-x，所以传质推动力Δx增大。

44、在一填料层高度为h的塔内进行低浓度气体吸收，NG和NOG分别为气相传质单元数和气相总传质单元数，在稳定操作下，NG>NOG（>,<,=,不确定），用N表示所需理论板数，则N=NOG。

45、某填料吸收塔，用溶剂对某低浓度难溶气体进行逆流吸收，如果填料层高度、溶剂用量和其他操作条件不变，入口气体量增加，则：

气相总传质单元数NOG将：

减少，出口气体的组成ya将增大，出口液相组成xb将增大。

（减少，增加，增加）

NOG=h/HOG,HOG=V/（kYaΩ）,kYa∝V0.7,HOG∝V0.3,V↑,HOG↑,NOG↓；NOG↓，（Yb-mXa）/（Ya-mXa）↓,Ya↑；NOL=SNOG,S=mV/L,NOL∝V/V0.3=V0.7↑，xb增加。

46、某并流填料吸收塔，液体比一定，如果气液接触充分，填料床层为无穷高，则填料层高相当于1块理论板。

47、等板高度（HETP）的含义是：

与一块理论板传质作用相当的填料层高度。

某填料精馏塔的填料层高度为8米，完成分离任务需要16块理论板（包括塔釜），则等板高度（HETP）=8/（16-1）=0.533。

48、某连续操作精馏塔，进料量为F，进料组成为xF，进料状态为q，塔顶产品量为D，组成为xD，塔釜组成为xW。

①如果F、q、xD和xW不变，xF变小，则塔顶产品量减小，塔釜产品量增大，回流比增大；

②如果F、xF、R、xD和xW不变，q变小，则塔顶产品量增大，塔釜产品量减小。

解：

xF减小，F、q、xD、xW不变，如果R不变，需要的N增大，所以保持N不变，R应增大；D/F=（xF-xW）/（xD-xW）减小，F=D+W，W增大。

49、在精馏计算过程中,通过恒摩尔流假定关系或假定进行简化计算,籍此省略了热量衡算关系，操作线方程是根据物料衡算推导出来的。

50、精馏过程设计时，增大操作压力，则相对挥发度降低，塔顶温度升高，塔底温度升高。

（升高、降低、不变）

51、某二元精馏过程设计时，若增大操作压力，其他条件不变，则组分的相对挥发度减小，塔顶温度增大，塔釜温度降低。

如果其他条件不变，只增大回流比，则塔顶产品的轻组分含量增大（增大、减小、不变、不确定）

52、试述五种不同进料状态下的q值：

（1）过冷进料q1；

（2）泡点进料q＝1；（3）汽液相混合进料0q1；（4）饱和蒸汽进料q＝0；（5）过热蒸汽进料q<0。

53、某二元物系的相对挥发度α＝3，假设精馏塔内为理论板，在全回流条件下操作，已知yn=0.4，则yn+1=0.182（由塔顶往下数）。

全回流操作应用的场合通常是精馏开工阶段或试验研究。

xn=yn/（α-（α-1）yn）=0.4/（3-2*0.4）=0.182全回流yn+1=xn=0.182

54、某二元物系的相对挥发度α＝3，假设精馏塔内为理论板，在全回流条件下作精馏操作，已知xn=0.3，则yn+1=（由塔顶往下数）。

（xn=（α-（α-1）yn））

55、某精馏塔内装的填料具有8块理论板的分离能力，若塔顶采用部分冷凝器，则全塔的总理论板数为10块；若塔顶采用全凝器，则全塔的总理论板数为9块。

56、在固体流态化的操作过程中，增大流体的流速，则流化床的压降P基本不变（略微增大），单位床层高度的压降Pt变小，床层高度Lf增大。

57、正常操作的气固流化床，其气速应大于起始流化速度（临界流化速度），小于固体颗粒的自由沉降速度（带出速度）。

进行气力输送时，稀相垂直输送的最小气速是噎塞速度，稀相水平输送的最小气速是沉积速度。

58、精馏设计时，F、xf、q、xD、xw、R均已确定，若将原塔釜间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热，则所需理论板数增加（增加、减少、不变），塔顶易挥发组分回收率不变（增加、减少、不变）。

59、则设计连续操作的精馏塔时，如保持xF、D/F、xD、R一定，进料热状态一定，则增大进料量将使塔径增大，所需理论板数不变。

60、精馏塔设计时，其他条件不变，如增大回流比，那么所需理论板数减少，同时塔釜中所需要的加热蒸汽消耗量增大，塔顶冷凝器中冷却剂消耗量增大，所需塔径增大。

（增大、减小、不变）在回流比不变的情况下，为了提高塔顶产品浓度，可以降低回流液体的温度。

（升高、降低）

61、某连续操作精馏塔，进料量为F，进料组成为xF，进料状态为q，塔顶产品量为D，组成为xD，塔釜组成为xW。

如果F、q、xD和xW不变，xF变小，则塔顶产品量减小，塔釜产品量增大，回流比增大。

解：

xF减小，F、q、xD、xW不变，如果R不变，需要的N增大，所以保持N不变，R应增大；D/F=（xF-xW）/（xD-xW）减小，F=D+W，W增大。

62、间歇蒸馏操作中，若保持馏出液组成不变，必须不断增大回流比，若保持回流比不变，则馏出液组成降低，间歇蒸馏与简单蒸馏的区别是间歇蒸馏相当于简单蒸馏加上一个精馏段。

63、对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度越小，塔操作温度越高，对分离不利。

64、某真空操作精馏塔，因故真空度减小，而F、D、xf、q、进料位置、回流比R都不变，则塔底残液xw增加（增加、减少、不变）。

65、某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则：

（1）回流比等于∞；

（2）馏出液量等于0；

（3）操作线斜率等于1。

（4）理论塔板数最低。

66、精馏塔的塔顶温度总低于塔釜温度（高于、低于、等于），其原因之一是塔顶的轻组分含量远远高于塔釜，轻组分沸点高，原因之二是塔内有压降，塔底压力比塔顶压力高，压力升高沸点升高。

67、直接水蒸气加热的精馏塔适用于难挥发组分是水，塔底易挥发组分浓度很低的情况。

68、水蒸气蒸馏的先决条件是料液与水不互溶，这样可以降低体系的沸点。

69、恒沸精馏与萃取精馏主要针对恒沸物系和相对挥发度很小的物系，采取加入第三组分的办法以改变物系的α。

70、精馏设计时，F、xf、q、xD、xw、R均已确定，若将原塔滏间接蒸汽加热改为直接蒸汽加热，则所需理论板数增加（增加、减少、不变），塔顶易挥发组分回收率不变（增加、减少、不变）。

71、在连续精馏操作中，若F、xF、q均不变时，仅加大回流比可以使塔顶产品xD浓度升高。

此时若加热蒸汽量V不变，产品量D将减少。

若在加大R的同时保持D不变，蒸汽用量增加，则冷却水量将增加。

（增加、减少、不变、不确定）