化工原理期末试卷及答案(1)

南京工业大学期末考试(A)卷

课程：«化工原理»（下册）

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[一] 选择题：

⑴①正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减少以致液气比小于原定的最小液气

比时，下列哪些情况将发生( ) （Ａ） 出塔液体浓度x b 增加，回收率增加；

（Ｂ） 出塔气体浓度增加，但x b 不变；

（Ｃ） 出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加；

（Ｄ） 在塔下部将发生解吸现象。

②在填料塔中用清水吸收混合气中ＮＨ3，当水泵发生故障上水量减少时，气相总传质单元

数ＮOG （ ）

（Ａ）增加； （Ｂ）减少； （Ｃ）不变。

③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

k y =2kmol/m2h ， 气相总传质系数K y =1.5kmol/ m 2h ，则该处气液界面上气相浓度y i 应为

（ ），平衡关系y=0.5X。

（Ａ）0.02 （Ｂ）0.01 （Ｃ）0.015 （Ｄ）0.005

⑵①某精馏塔，精馏段理论板数为Ｎ1层，提馏段理论板数为Ｎ2层，现因设备改造，使精馏

段理论板数增加，提馏段理论板数不变，且Ｆ，ｘF ，ｑ，Ｒ，Ｖ等均不变，则此时：（ ） （Ａ）ｘD 增加，ｘW 不变

（Ｂ）ｘD 增加，ｘW 减小

（Ｃ）ｘD 增加，ｘW 增加

（Ｄ）ｘD 增加，ｘW 的变化视具体情况而定。

②连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器，泡点回流方案时，为完成分离任务所需理论板数

为ＮT1。若采用塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样分离任务所需理论板数

为ＮT2。比较：（ ）

（Ａ）ＮT2＞ＮT1； （Ｂ）ＮT2＝ＮT1；

（Ｃ）ＮT2＜ＮT1； （Ｄ）判断依据不足。

⑶①（1）绝热饱和温度t as 是大量的循环水与进入的空气接触时最后达到的稳态温度，它等

于循环水的温度。

（2）湿球温度t w 是湿球温度计所指示的平衡温度，但它并不等于湿纱布中水分的温度。

对以上两种说法正确的判断是：( ) 。

(Ａ) ．两者都对； (Ｂ) 两者都不对； (Ｃ) ⑴对⑵不对； (Ｄ) ⑵对⑴不对。

②对于一定干球温度的空气，当其相对湿度愈低时，其湿球温度： ( ) 。

(Ａ) 愈高； (Ｂ) 愈低； (Ｃ) 不变； (Ｄ) 不一定，与其它因素有关。

(4)①湿空气在预热过程中不变化的参数是( )

(Ａ) 焓； (Ｂ) 相对湿度； (Ｃ) 露点温度； ( D )湿球温度。

②指出“相对湿度，绝热饱和温度、露点温度、湿球温度”中，哪一个参量与空气的温度无

关( ) 。

(Ａ) 相对湿度 (Ｂ) 湿球温度 (Ｃ) 露点温度 (Ｄ) 绝热饱和温度

[三]在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂S 吸收混合气体中的可溶组分B 。入塔气体中

B 的摩尔分率为0.03，要求吸收率为95% 。已知操作条件下的解吸因数(1/A)为0.8 ，物系

服从亨利定律，与入塔气体成平衡的液相浓度为0.03 （摩尔分率）。

试计算：①操作液气比为最小液气比的倍数；

②出塔液体的浓度；

③完成上述分离任务所需的气相总传质单元数N OG 。

[四]常压操作连续精馏塔用以分离苯－甲苯溶液，y 1=0.72(摩尔分率，下同) 的塔顶蒸汽经分

凝器冷凝后液相作为塔顶回流液，气相经全冷凝器冷凝成塔顶产品，进料Ｆ为100kmol/h，

进料浓度ｘF = 0.44，泡点进料，塔顶与塔底产品D=W=50 kmol/h，塔顶馏出液浓度ｘD = 0.83，

取相对挥发度α=2.5，塔釜液平均分子量取 M = 91.4kg/kmol， 求： ⑴ 塔釜液浓度X W ；

⑵ 操作回流比R ；

⑶ 塔釜蒸发量Ｖ’ ｋｇ／ｈ；

⑷ 最小回流比Ｒmin ；

D [五] 在恒定干燥条件下进行干燥实验，已测得当ｔ＝５０℃，φ＝７０％，气体的质量流

速Ｌ＝2.5kg/m2S ，气体平行流过物料表面，水份只从物料上表面汽化，物料由湿含量Ｘ1变

到Ｘ2，干燥处于恒速段，所需干燥的时间为τA ＝１小时。如果干燥面积A 、汽化水量W

和传热系数α不变，且仍处于恒速段，只是空气改变为ｔ＝８０℃，φ＝２０％（Ｌ不变），

求所需干燥时间τB 。

注：水的汽化潜热可由下式计算：

ｒw ＝2491.27 －2.30285t w

ｒw ----汽化潜热，kJ/kg t w ----湿球温度，℃

[六]如图示的精馏塔由一只蒸馏釜及一层实际板所组成，只有提馏段，没有精馏段。料液由

塔顶加入，泡点进料，L ’=F，V ’=D，ｘF ＝0.2（摩尔分率，下同），今测得塔顶易挥发组分

的回收率为８０％，且ｘD ＝0.3，系统相对挥发度α＝3.0。设蒸馏釜可视为一个理论板。试

求：

（１）残液组成ｘW ；

（２）该层塔板的液相默夫里板效率ＥML 。

提示：ＥML =(ｘn-1-ｘn )/ (ｘn-1-ｘ*n )=(ｘF -ｘ1)/ (ｘF -ｘ*1)

1 蒸馏釜 D,X D W,X W

选择题：

（1）C A B （2）B C （3）C B （4）C C

[二] 填空题：

⑴双膜理论的要点是：（１）界面上汽液平衡；（２）阻力集中于有效膜内。 ⑵① 物理吸收操作属于传质过程，是一组分通过另一静止组分的单向扩散。 ② 当平衡线在所涉及的范围内是斜率为ｍ的直线时，则1/Ky =1/ky ＋m1/kx 。

③气体吸收计算中表示设备（填料）效能高低的一个量是传质单元高度，而表示传质任务难易程度的一个量是传质单元数。

⑶①某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持Ｆ，ｘF ，Ｒ，Ｄ不变，则此时ｘD 增加，ｘW 减少Ｖ不变，Ｌ／Ｖ不变。

②两组份的相对挥发度越小，则表示分离该物系越 困难 。二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起平衡线、操作线与ｑ线中哪几条线的变化操作线与ｑ线。

⑷已知在常压及25℃下水份在某湿物料与空气之间的平衡关系为：相对湿度φ=100%时，平衡含水量x *=0.02Kg水／Kg 绝干料；相对湿度φ=40%时, 平衡含水量 x *=0.007 Kg 水／Kg 绝干料。现该物料含水量为0.23Kg 水／Kg 绝干料, 令其与25℃, φ=40%的空气接触, 则该物料的自由含水量为 0.233 Kg水／Kg 绝干料, 结合水含量为 0.02 Kg水／Kg 绝干料, 非结合水的含量为 0.21 Kg水／Kg 绝干料。

[三] j06a10106

∵y 1=0.03 x 1=0.03 ∴m=1

(L/G)min =(y1-y 2)/(y1/m)=0.95

L/G=m/S=1/0.8=1.25

∴(L/G)/( (L/G)min )=1.316

x 1=(y1-y 2)/( L/G)=0.0228

N OG =1/(1-S)ln[(1-S)y1/y2+S]=7.843

[四] j07d20122

(1)∵FX F =DXD +WXW

∴X W =0.05

(2)yD =xD =0.83

x 0=0.83/(2.5-1.5*0.83)=0.66

∵y 1=R*x0/(R+1)+ xD /(R+1)

∴R=1.83

(3)V’=V=(R+1)D=12900kg/h

(4)xq =xF =0.44 y q =2.5*0.44/(1+1.5*0.44)=0.663

R min =(xD -y q )/(yq -x q )=0.749

[五] j09b15028

τA ＝G C (X1-X 0)r w /[αA(t-tw )]= Wrw /[αA(t-tw )]

ｒW ＝2491.27 －2.30285t W

τB /τA = [rBw / (t-tBw )]/ [rAw / (t-tAw )]=0.20217

τB =0.20217h

[六] j07d20107

DX D /FXF =0.8

∴D/F=0.533

D/F=(XF -X W )/(XD -X W )=0.533

∴X W =0.0857

L ’/V’=F/D=1.876

W/V’=W/D=(F-D)/D=0.876

y m+1= (L’/V’)x m -(W/V’)x w =1.876 xm -0.0751 y w =αx w /[1+(α-1)x w ]=0.22

x 1=(yw +0.0751)/1.876=0.157

y 1=xD =0.3

ｘ*1=y1/[α-(α-1)y 1]=0.125

ＥML =(ｘn-1-ｘn )/ (ｘn-1-ｘ*n )=(ｘF -ｘ1)/ (ｘF -ｘ*1)=0.573