2010-2011第二学期化工08级化工原理（下）试卷A答案

PAGEPAGE1Ａ卷Ａ卷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与工艺2008级开课系室化学工程系考试日期2011年6月19日第3页共9页一、填空选择题（每空1分，共30分）⒈试指出下列传质过程中的扩散类型：①恒摩尔流假定成立的蒸馏过程：等分子反向扩散。②稀释剂与萃取剂互不相溶的萃取过程：单向扩散。⒉精馏过程的操作线为直线，主要基于恒摩尔流假定。⒊当精馏塔操作压力增大时，物系的相对挥发度α会减小，塔顶温度升高，此时若其他操作条件不变，塔顶馏出液组成xD将减小。⒋某二元物系，相对挥发度α=2.5，对n、n-1两层理论板，在全回流条件下，已知xn=0.35，若塔板从上往下数，则yn-1=0.77。⒌设计精馏塔时，若将塔釜由原来的直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热，而保持F、进xF、q、D、xD及R等不变，则提馏段操作线斜率不变，残液浓度xW增大。⒍精馏实验中操作回流比为∞，测定的目标参数是全塔效率ET，其主要影响因素包括物性、操作条件、设备条件。⒎在密闭容器内存在某种低浓度水溶液，容器内压强为P，溶液温度为T，溶质A组成为x，试问：①若将N2压入容器，则相平衡常数m减小；②若溶液温度T下降，则m减小；③注入溶质A，则m不变，气相中溶质的平衡分压Pe增大。⒏如果逆流气体吸收塔的填料层高度可无限增加，则当吸收因子A>1时，在塔稀（顶）端气相组成趋向极限，组成是ya=mxa。⒐若总传质系数和分传质系数间的关系可表示为QUOTE1KL=1kL+HkG，其中QUOTE1kL表示液膜阻力，当⒑在常压逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收混合气中的溶质。已知进塔气相组成Yb为0.02（摩尔比），操作液气比为L/V=0.9，气液平衡关系为Y=1.0X，则溶质组分的回收率最大可达90%。⒒在萃取操作的B-S部分互溶物系中加入溶质A组分，将使B-S互溶度增大；恰当地减小操作温度，会使B-S互溶度减小。⒓某单级萃取过程中，用纯溶剂萃取二元混合物中溶质A，若增加混合物的处理量（混合物组成不变），而萃取剂用量不变，则萃取相组成yA将不确定，萃余相组成xA将不确定。⒔在板式塔中，若减少塔板的开孔率，则塔板负荷性能图中的漏液线将向下移动。⒕减压操作系统通常采用填料塔而不采用板式塔的原因是填料塔的压降要比板式塔的压降小。二、问答题（共20分）⒈（10分）一正在运行中的精馏塔，因进料预热器内加热蒸汽压力降低致使进料q值增大。若F、xF、R、D不变，试分析L、V、L’、V’、W、xD、xW将如何变化？答：根据题意，F、xF、R、D不变，q值增大，分析如下：（1）L、V、L’、V’、W分析L=RD，V=(R+1)D，因为D、R不变，所以L、V不变。L’=L+qF，V’=V-(1-q)F，因为q增大、F不变，所以L’增大、V’增大。W=F-D，因为F不变、D不变，所以W不变。（2）L/V、L’/V’分析L/V=R/(R+1)，因为R不变，所以L/V不变。L’/V’=1+W/V’，因为V’增大、W不变，所以L’/V’减小。（3）xD、xW分析因为L’/V’减小、提馏段塔板数不变，所以提馏段分离能力增大，结合xF不变，可得xW减小。xD=(FxF-WxW)/D，因为F、D、W不变，所以xD增大。结论：xD增大、xW减小。说明：xD、xW也可如下分析，因为q增大、xF不变，所以加料板上升蒸汽的浓度增加，而精馏段分离能力不变，所以xD增大，又从物料衡算知xW减小。

2.（5分）下图为某塔板的负荷性能图，A为操作点。①标出各条线名称并说明各条线作出的依据；②计算塔板的操作弹性。答：①1液相负荷上限线(降液管超负荷线)θ=5s2漏液线（气相负荷下限线）F0=53液相负荷下限线hoW=6mm4雾沫夹带线eV=10%kg液沫/kg干气体5液泛线HT+hoW≤Hd/φ②操作弹性3.（5分）简述吸收实验中需要测定的实验数据及用到的测量仪表？答：需要测定：气体的进、出塔组成yb、ya；温度T、压力P；气、液相流量L、V。测量仪表：气相色谱、温度计、压差计、流量计等。三、（20分）采用连续精馏塔分离苯、甲苯混合物，进料量为100kmol/h，进料中苯（易挥发组分）组成0.4（摩尔分率，下同），饱和蒸汽体进料。塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品苯浓度达到0.99，塔釜产品苯浓度为0.03，操作条件下该物系相对挥发度α=2.5，实际回流比为最小回流比的1.5倍，恒摩尔流假定成立。试求：①塔顶采出率D/F和易挥发组分的回收率；②精馏段和提馏段的操作线方程；③若塔釜停止供应蒸汽，保持回流比不变，若塔板数无限多，塔底残液的浓度为多少？解：①物料衡算：①②由①②解得：，塔顶采出率②饱和蒸汽进料：，则由得相平衡方程为，则最小回流比精馏段操作线方程为：所以提馏段操作线方程为：③若塔釜停止供应蒸汽，则，操作塔只有精馏段没有提馏段。物料衡算得：因为，则，则：③塔板数无限多，则将出现恒浓区。.假设恒浓点在塔顶处，则，代入③式解得.假设恒浓点出现在进料处，则带入③式得，因此，恒浓点不可能出现在进料处。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%（体积）的空气-氨混合气中的氨，已知混合气量为3000m3/h（标准状况），气体空塔速度为1.2m/s（标准状况），平衡关系为Y=1.2X，气相总体积传质系数KYa为180kmol/(m3·h)，吸收剂用量为最小用量的试求：①溶液的出口浓度Xb；②填料层高度h0；③若吸收剂改为含氨的水溶液，问能否达到吸收率的要求？为什么（假设可改变填料层高度）？解：①惰性气体处理量最小液气比：操作液气比：由全塔的物料衡算：代入数据：解得：②所以填料层高度为③根据题意，xa=0.0015，填料层高度可以改变，则最终在塔内某一位置，气液两相达到平衡，此时取得最大回收率。已知操作线和平衡线均为直线，且，操作线斜率大于平衡线斜率，因此首先在塔顶达到平衡。则有所以不能达到吸收率的要求。

五、（12分）用水从醋酸-异丙醚混合液中提取醋酸。原料液中醋酸的质量分率为0.35，处理量为100kg/h，要求最终萃余相中醋酸的含量不大于0.07。若采用多级错流萃取，每级溶剂用量与进入该级的料液量相同，求解所需的理论级数、每小时的水耗量及提取的醋酸量各为多少？操作条件下的平衡关系及辅助线见下图。解：由＝0.35(质量分率)在三角形相图的AB边上确定F点，连接FS。因为F＝S，则混合点M1位于线段FS的中点M1=F+S1=100+100=200kg利用辅助曲线用试差法过M1点作平衡联结