2010-2011第二学期化工08级化工原理(下)试卷B及答案
发布时间:2020-05-17 02:55:58
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2010—2011学年第二学期
《化工原理(下)》试卷
专业班级
姓 名
学 号
开课系室 化学工程系
考试日期 2011年6月19日
题 号 | 一 | 二 | 三 | 四 | 五 | 总分 |
得 分 | ||||||
阅卷人 | ||||||
一、填空选择题(1空1分,共30分)
1.在t-x-y图中的气液两相共存区内,平衡气液两相温度 ,但气相组成 液相组成,而两相的量可根据 来确定。
2.当气液两相组成相同时,则气相露点温度 液相泡点温度。
3.在连续精馏塔内,加料板以上的塔段称为 ,其作用是
;加料板以下的塔段(包括加料板)称为
,其作用是 。
4.在精馏过程中,回流比R的定义式为 ;对于一定的分离任务来说,当R= 时,所需理论板数为最少,此种操作称为 ;而R= 时,所需理论板数为∞。
5.对于饱和蒸汽进料,则有
A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定
6.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.。
7.吸收塔操作时,若脱吸因数mV/L增加,而气液进口组成不变,则溶质回收率将 ,而出塔液体浓度将 。
A 增加 B 减少 C 不变 D 不定
8.某吸收任务的操作液汽比,气体进出口浓度,吸收剂进口温度,操作压力,吸收剂入塔浓度均已确定,若设计时选用性质优良的填料,则 。
A 所需传质单元数减少,填料层高度减少
B 所需传质单元数不变,填料层高度减少
C 所需传质单元数减少,填料层高度不变
D 所需传质单元数不变,填料层高度不变
9.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 ,吸收率 。
A 增加 B 减少 C 不变 D 不定
10.传质单元高度主要取决于 、 、 等因素。
11.涡流扩散系数与扩散系数的本质区别在于
。
⒓填料的主要特性有 , ,填料因子,单位堆积体积内的填料数目。
二、问答题(共20分)
1.(10分)一操作中的精馏塔,若保持F、xF、q、D不变,增大回流比R,试分析L、V、L’、V’、W、xD、xW的变化趋势。
2.(10分)在一填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的低浓度氨,若清水适量加大,其余操作条件(T、P、G、xa、yb、h)不变,试分析出口气、液相中氨的浓度将如何变化?
三、(15分)在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0.4(摩尔分率,下同)馏出液组成为含苯0.9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),回流比为最小回流比的1.5倍,物系的平均相对挥发度为2.5,恒摩尔流假定成立。
试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。
四、(20分)氨体积含量8%的空气-氨混合物通过填料塔用清水吸收其中的氨,操作温度为20℃,压力为101.3kPa,平衡关系可用y=0.9x表示。当混合气的流速为22.4kmol/(m2·h),水的流速为45.6kmol/(m2·h)时,氨的吸收率可达99.5%。问在如下新工况下,氨的吸收率为多少?推动力有何变化?(1)液体流量减半(其余不变);(2)气体处理量加倍(其余不变)。假设气相传质分系数kya∝VB0.7,吸收过程为气膜控制。
五、(15分)如图,F1=100kg/h,含A60%,B40%;F2=100kg/h,含A40%,B60%,S=200kg/h,xRN≤0.06,若两股物料单独加入,求操作点位置。
2010—2011学年第二学期
《化工原理(下)》试卷
答案及评分标准
适用专业班级 化学工程2008级
开课系室 化学工程系
考试日期 2011年6月19日
一、填空题(1空1分,共30分)
1.在t-x-y图中的气液两相共存区内,平衡气液两相温度 相等 ,但气相组成 大于 液相组成,而两相的量可根据 杠杆规则 来确定。
2.当气液两相组成相同时,则气相露点温度 大于 液相泡点温度。
3.在连续精馏塔内,加料板以上的塔段称为 精馏段 ,其作用是
提浓上升蒸汽中易挥发组分 ;加料板以下的塔段(包括加料板)称为
提馏段 ,其作用是 提浓下降液体中难挥发组分 。
4.在精馏过程中,回流比R的定义式为 R=L/D ;对于一定的分离任务来说,当R= ∞ 时,所需理论板数为最少,此种操作称为 全回流 ;而R= Rmin 时,所需理论板数为∞。
5.对于饱和蒸汽进料,则有
A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定
6.亨利定律三种形式 P=Ex , p=C/H , y=mx 。其中各式中与温度压力都有关系的系数是 m ,此值越小表示溶质越 易 (难,易)溶解于溶剂,此时吸收过程最可能为 气膜 (气膜、液膜)控制.。
7.吸收塔操作时,若脱吸因数mV/L增加,而气液进口组成不变,则溶质回收率将 B ,而出塔液体浓度将 D 。
A 增加 B 减少 C 不变 D 不定
8.某吸收任务的操作液汽比,气体进出口浓度,吸收剂进口温度,操作压力,吸收剂入塔浓度均已确定,若设计时选用性质优良的填料,则 B 。
A 所需传质单元数减少,填料层高度减少
B 所需传质单元数不变,填料层高度减少
C 所需传质单元数减少,填料层高度不变
D 所需传质单元数不变,填料层高度不变
9.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 A ,吸收率 C 。
A 增加 B 减少 C 不变 D 不定
10.传质单元高度主要取决于 气液流量 、 填料特性 、 系统特性 等因素。
11.涡流扩散系数与扩散系数的本质区别在于 扩散系数是系统性质(或物性),而涡流扩散系数随流动状况及位置等条件而变 。
⒓填料的主要特性有 比表面积a,空隙率ε,填料因子,单位堆积体积内的填料数目。
二、问答题(共20分)
1.(10分)一操作中的精馏塔,若保持F、xF、q、D不变,增大回流比R,试分析L、V、L’、V’、W、xD、xW的变化趋势。
答:(1)L、V、L’、V’、W变化趋势分析:
由L=RD,V=(R+1)D,因为D不变、R增大,所以L增大、V增大。
由L’=L+qF,V’=V-(1-q)F,因为F、D不变,所以L’增大、V’增大。
即本题R增大的代价是V’增大。
由W=F-D,因为F、D不变,所以W不变。
(2)xD、xW的变化趋势
利用M-T图解法分析xD、xW的变化趋势。
先假设xD不变,则xW=(FxF-DxD)/W 也不变(因为F、D、W、xF不变),结合R增大,作出新工况下的二操作线,如图所示的二虚线(原工况为实线,下同),可知要完成新工况下的分离任务所需的理论板数比原来的要少(即N减小),不能满足N不变这个限制条件,因此“xD不变”的假设并不成立,但已不难推知:若要满足N不变,必有xD增大,又从物料衡算关系得xW减小,其结果如图所示。
(a) 假设xD不变时新工况下的 (b) xD增加时新工况下
二操作线(虚线) 的二操作线(虚线)
(N减小,不能成立) (N不变,正确)
2.(10分)在一填料塔中用清水吸收空气-氨混合气中的低浓度氨,若清水适量加大,其余操作条件(T、P、G、xa、yb、h)不变,试分析出口气、液相中氨的浓度将如何变化?
答:根据已知条件,L增大,而T、P、G、xa、yb、h保持不变。
由于水吸收氨过程一般属气膜控制,因为G不变,所以Kya基本不变,从而HOG不变,NOG也不变。
因为L增大,所以S减小,结合NOG不变,可得(yb-mxa)/(ya-mxa)增大。
因为xa、yb不变,所以ya减小。
又,因为Ya减小,所以增大,但由于L增大,暂无法从全塔物料衡算确定xb的变化趋势。此时xb的分析可用作图法分析。
图中,1线是清水量未加大时的操作线,当清水量加大后,由以上分析得ya减小,假设减小到,若此时xb不变,如图中2线所示,则比1线更靠近平衡线,平均推动力减小,则需要的传质单元数增多,而传质单元数是不变的,所以2线不对,若xb变大,则需要的传质单元数更多。所以xb应减小,比如减小到,此时的操作线如3线所示,才能保证传质单元数不变。
结果:ya减小、xb减小。
说明:若采用近似方法分析,则因为ya《yb,所以,,因为L增大,而G、xa、yb不变,所以xb减小。
三、(15分)在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液,原料液流量为1000kmol/h,组成为含苯0.4(摩尔分率,下同)馏出液组成为含苯0.9,苯在塔顶的回收率为90%,泡点进料(q=1),回流比为最小回流比的1.5倍,物系的平均相对挥发度为2.5,恒摩尔流假定成立。
试求:(1)精馏段操作线方程;(2)提馏段操作线方程。
解:
W=F-D=1000-400=600kmol/h
精馏段操作线方程
提馏段操作线方程
四、(20分)氨体积含量8%的空气-氨混合物通过填料塔用清水吸收其中的氨,操作温度为20℃,压力为101.3kPa,平衡关系可用y=0.9x表示。当混合气的流速为22.4kmol/(m2·h),水的流速为45.6kmol/(m2·h)时,氨的吸收率可达99.5%。问在如下新工况下,氨的吸收率为多少?推动力有何变化?(1)液体流量减半(其余不变);(2)气体处理量加倍(其余不变)。假设气相传质分系数kya∝VB0.7,吸收过程为气膜控制。
解:原工况时:
VB =22.4 kmol/(m2·h),LB=45.6 kmol/(m2·h),yb=0.08,xa=0,η=99.5%
Ya=(1-η)Yb=(1-0.995)×0.087=0.000435
(1)由于吸收过程为气膜控制,Kya≈kya∝G0.7
故L减半,但G不变,则Kya不变,HOG不变,从而NOG不变。
NOG’=8.05,
解得 Ya’=0.0044
(2)
Ya”=0.0063
η”=(1-0.0063/0.087)×100%=92.8%
五、(15分)如图,F1=100kg/h,含A60%,B40%;F2=100kg/h,含A40%,B60%,S=200kg/h,xRN≤0.06,若两股物料单独加入,求操作点位置。
解:
FE1 RNS共点∆2
F1E1 F2∆2共点∆1
①由已知确定F1、F2、F、S,RN点
②由FS定M
③由RNM定E1
④由FE1,RNS定△2
⑤ F1E1,F2△2定△1