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1中国石油大学(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=16、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/l2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9、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)。10、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)。11、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)。12、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)13、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CBA(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)。14、三传类比是指动量传递、热量传递、和质量传递之间的类比。15、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)16、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。17、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3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。18、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。19、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)。20、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。21、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。22、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。23、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。24、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。25、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。26、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)。27、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)。28、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。429、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=0.015xe=y/50=0.025/50=0.0005xe-x=0.0005-2*10-4=3*10-4P=202.6kPa:ye=25x=25*2*10-4=0.005y-ye=0.025-0.005=0.02xe=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=2.6730、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/m331、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。32、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。33、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)。34、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)。35、逆流操作的填料吸收塔,当吸收因数A1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。36、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=0.0137、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5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=0.0417NOG=(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=10S=1Δym’=Δya’=ya’-mxa=ya’NOG’=10=(yb-ya’)/Δym=(yb-ya’)/ya’∴y2’=0.0054538、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=1L/V=(yb-ya)/(xb-xa)xa=0xb=(yb-ya)/(L/V)=(0.04-0.01)/1.2=0.025∵S=1∴Δym=Δya=Δyb=0.01NOG=(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≈KyaKya∝V0.7HOG
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