2010-2011第二學(xué)期化工08級(jí)化工原理（下）試卷A答案

PAGEPAGE1Ａ卷Ａ卷2010—2011學(xué)年第二學(xué)期《化工原理（下）》試卷答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)適用專業(yè)班級(jí)化學(xué)工程與工藝2008級(jí)開課系室化學(xué)工程系考試日期2011年6月19日第3頁(yè)共9頁(yè)一、填空選擇題（每空1分，共30分）⒈試指出下列傳質(zhì)過程中的擴(kuò)散類型：①恒摩爾流假定成立的蒸餾過程：等分子反向擴(kuò)散。②稀釋劑與萃取劑互不相溶的萃取過程：?jiǎn)蜗驍U(kuò)散。⒉精餾過程的操作線為直線，主要基于恒摩爾流假定。⒊當(dāng)精餾塔操作壓力增大時(shí)，物系的相對(duì)揮發(fā)度α?xí)p小，塔頂溫度升高，此時(shí)若其他操作條件不變，塔頂餾出液組成xD將減小。⒋某二元物系，相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，對(duì)n、n-1兩層理論板，在全回流條件下，已知xn=0.35，若塔板從上往下數(shù)，則yn-1=0.77。⒌設(shè)計(jì)精餾塔時(shí)，若將塔釜由原來的直接蒸汽加熱改為間接蒸汽加熱，而保持F、進(jìn)xF、q、D、xD及R等不變，則提餾段操作線斜率不變，殘液濃度xW增大。⒍精餾實(shí)驗(yàn)中操作回流比為∞，測(cè)定的目標(biāo)參數(shù)是全塔效率ET，其主要影響因素包括物性、操作條件、設(shè)備條件。⒎在密閉容器內(nèi)存在某種低濃度水溶液，容器內(nèi)壓強(qiáng)為P，溶液溫度為T，溶質(zhì)A組成為x，試問：①若將N2壓入容器，則相平衡常數(shù)m減小；②若溶液溫度T下降，則m減?。虎圩⑷肴苜|(zhì)A，則m不變，氣相中溶質(zhì)的平衡分壓Pe增大。⒏如果逆流氣體吸收塔的填料層高度可無限增加，則當(dāng)吸收因子A>1時(shí)，在塔?。敚┒藲庀嘟M成趨向極限，組成是ya=mxa。⒐若總傳質(zhì)系數(shù)和分傳質(zhì)系數(shù)間的關(guān)系可表示為QUOTE1KL=1kL+HkG，其中QUOTE1kL表示液膜阻力，當(dāng)⒑在常壓逆流操作的填料塔中，用純?nèi)軇┪栈旌蠚庵械娜苜|(zhì)。已知進(jìn)塔氣相組成Yb為0.02（摩爾比），操作液氣比為L(zhǎng)/V=0.9，氣液平衡關(guān)系為Y=1.0X，則溶質(zhì)組分的回收率最大可達(dá)90%。⒒在萃取操作的B-S部分互溶物系中加入溶質(zhì)A組分，將使B-S互溶度增大；恰當(dāng)?shù)販p小操作溫度，會(huì)使B-S互溶度減小。⒓某單級(jí)萃取過程中，用純?nèi)軇┹腿《旌衔镏腥苜|(zhì)A，若增加混合物的處理量（混合物組成不變），而萃取劑用量不變，則萃取相組成yA將不確定，萃余相組成xA將不確定。⒔在板式塔中，若減少塔板的開孔率，則塔板負(fù)荷性能圖中的漏液線將向下移動(dòng)。⒕減壓操作系統(tǒng)通常采用填料塔而不采用板式塔的原因是填料塔的壓降要比板式塔的壓降小。二、問答題（共20分）⒈（10分）一正在運(yùn)行中的精餾塔，因進(jìn)料預(yù)熱器內(nèi)加熱蒸汽壓力降低致使進(jìn)料q值增大。若F、xF、R、D不變，試分析L、V、L’、V’、W、xD、xW將如何變化？答：根據(jù)題意，F(xiàn)、xF、R、D不變，q值增大，分析如下：（1）L、V、L’、V’、W分析L=RD，V=(R+1)D，因?yàn)镈、R不變，所以L、V不變。L’=L+qF，V’=V-(1-q)F，因?yàn)閝增大、F不變，所以L’增大、V’增大。W=F-D，因?yàn)镕不變、D不變，所以W不變。（2）L/V、L’/V’分析L/V=R/(R+1)，因?yàn)镽不變，所以L/V不變。L’/V’=1+W/V’，因?yàn)閂’增大、W不變，所以L’/V’減小。（3）xD、xW分析因?yàn)長(zhǎng)’/V’減小、提餾段塔板數(shù)不變，所以提餾段分離能力增大，結(jié)合xF不變，可得xW減小。xD=(FxF-WxW)/D，因?yàn)镕、D、W不變，所以xD增大。結(jié)論：xD增大、xW減小。說明：xD、xW也可如下分析，因?yàn)閝增大、xF不變，所以加料板上升蒸汽的濃度增加，而精餾段分離能力不變，所以xD增大，又從物料衡算知xW減小。

2.（5分）下圖為某塔板的負(fù)荷性能圖，A為操作點(diǎn)。①標(biāo)出各條線名稱并說明各條線作出的依據(jù)；②計(jì)算塔板的操作彈性。答：①1液相負(fù)荷上限線(降液管超負(fù)荷線)θ=5s2漏液線（氣相負(fù)荷下限線）F0=53液相負(fù)荷下限線hoW=6mm4霧沫夾帶線eV=10%kg液沫/kg干氣體5液泛線HT+hoW≤Hd/φ②操作彈性3.（5分）簡(jiǎn)述吸收實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及用到的測(cè)量?jī)x表？答：需要測(cè)定：氣體的進(jìn)、出塔組成yb、ya；溫度T、壓力P；氣、液相流量L、V。測(cè)量?jī)x表：氣相色譜、溫度計(jì)、壓差計(jì)、流量計(jì)等。三、（20分）采用連續(xù)精餾塔分離苯、甲苯混合物，進(jìn)料量為100kmol/h，進(jìn)料中苯（易揮發(fā)組分）組成0.4（摩爾分率，下同），飽和蒸汽體進(jìn)料。塔頂設(shè)全凝器，泡點(diǎn)回流，塔釜間接蒸汽加熱。要求塔頂產(chǎn)品苯濃度達(dá)到0.99，塔釜產(chǎn)品苯濃度為0.03，操作條件下該物系相對(duì)揮發(fā)度α=2.5，實(shí)際回流比為最小回流比的1.5倍，恒摩爾流假定成立。試求：①塔頂采出率D/F和易揮發(fā)組分的回收率；②精餾段和提餾段的操作線方程；③若塔釜停止供應(yīng)蒸汽，保持回流比不變，若塔板數(shù)無限多，塔底殘液的濃度為多少？解：①物料衡算：①②由①②解得：，塔頂采出率②飽和蒸汽進(jìn)料：，則由得相平衡方程為，則最小回流比精餾段操作線方程為：所以提餾段操作線方程為：③若塔釜停止供應(yīng)蒸汽，則，操作塔只有精餾段沒有提餾段。物料衡算得：因?yàn)椋瑒t，則：③塔板數(shù)無限多，則將出現(xiàn)恒濃區(qū)。.假設(shè)恒濃點(diǎn)在塔頂處，則，代入③式解得.假設(shè)恒濃點(diǎn)出現(xiàn)在進(jìn)料處，則帶入③式得，因此，恒濃點(diǎn)不可能出現(xiàn)在進(jìn)料處。所以xW'=0.271

四、（18分）在逆流填料吸收塔中，用清水吸收含氨6%（體積）的空氣-氨混合氣中的氨，已知混合氣量為3000m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀況），氣體空塔速度為1.2m/s（標(biāo)準(zhǔn)狀況），平衡關(guān)系為Y=1.2X，氣相總體積傳質(zhì)系數(shù)KYa為180kmol/(m3·h)，吸收劑用量為最小用量的試求：①溶液的出口濃度Xb；②填料層高度h0；③若吸收劑改為含氨的水溶液，問能否達(dá)到吸收率的要求？為什么（假設(shè)可改變填料層高度）？解：①惰性氣體處理量最小液氣比：操作液氣比：由全塔的物料衡算：代入數(shù)據(jù)：解得：②所以填料層高度為③根據(jù)題意，xa=0.0015，填料層高度可以改變，則最終在塔內(nèi)某一位置，氣液兩相達(dá)到平衡，此時(shí)取得最大回收率。已知操作線和平衡線均為直線，且，操作線斜率大于平衡線斜率，因此首先在塔頂達(dá)到平衡。則有所以不能達(dá)到吸收率的要求。

五、（12分）用水從醋酸-異丙醚混合液中提取醋酸。原料液中醋酸的質(zhì)量分率為0.35，處理量為100kg/h，要求最終萃余相中醋酸的含量不大于0.07。若采用多級(jí)錯(cuò)流萃取，每級(jí)溶劑用量與進(jìn)入該級(jí)的料液量相同，求解所需的理論級(jí)數(shù)、每小時(shí)的水耗量及提取的醋酸量各為多少？操作條件下的平衡關(guān)系及輔助線見下圖。解：由＝0.35(質(zhì)量分率)在三角形相圖的AB邊上確定F點(diǎn)，連接FS。因?yàn)镕＝S，則混合點(diǎn)M1位于線段FS的中點(diǎn)M1=F+S1=100+100=200kg利用輔助曲線用試差法過M1點(diǎn)作平衡聯(lián)結(jié)