2011-2012学年第2学期期末考试化工原理试题B答案

滨州学院2011－2012学年第二学期期末考试应用化工技术专业（专）2010级《化工原理Ⅲ2》试卷（B）答案及评分标准一、填空（每空1分，共22分）1．待分离的物系为水溶液；水为难挥发组分2．塔操作压强、进出塔的物料量、回流比、进料组成和进料热状况、再沸器和冷凝器的传热性能和条件、设备的散热情况(任意写出三种)。3．yn+1=xn、ym+1=xm4．混合液中各组分挥发度的差异、由塔板或填料层所构成的若干个接触级、塔顶有液相回流、塔底有上升气流。5．不变、增加6．①液相气相②气膜③塔底7．降低、升高8．液体、气体、液体分布9．严重漏液、严重气泡夹带、降液管液泛、严重雾沫夹带、液相不足。10．物料本身的结构、形状和大小；物料内部迁移控制阶段二、选择（每空2分，共34分）1、A；2、BAB；3、B；4、A；6、BA；7、D；8、A；9、A；10、D；11、A。三、简答（共42分）1．溶质渗透模型的要点①液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两相处于湍流状态相互接触时，液相主体中的某些单元运动至相界面便停滞下来。在气液未接触前，流体单元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗透。③流体单元在界面处暴露的时间是有限的，经过时间θc后，旧的流体单元即被新的流体单元所置换而回到液相主体中去。在流体单元深处，仍保持原来的主体浓度不变。④流体单元不断进行交换，每批流体单元在界面暴露的时间θc都是一样的。2．传质过程对设备的基本要求单位体积中，两相的接触面积应尽可能大两相分布均匀，避免或抑制沟流、短路及返混等现象发生流体的通量大，单位设备体积的处理量大流动阻力小，运转时动力消耗低操作弹性大，对物料的适应性强结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行安全可靠3、吸收剂选择的原则溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大。选择性吸收剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其它组分溶解度甚微。挥发度吸收剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。黏度吸收剂在操作温度下的黏度要低。其它无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。4．蒸馏分离具有以下特点通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题5．什么是平衡水分与自由水分当一定状态的未饱和的湿空气流过某湿物料表面时，由于湿物料表面水的蒸汽压与空气中水蒸汽分压不等，则湿物料释出或吸收水分，直到物料表面水的蒸汽压与空气中水蒸汽分压相等时为止，即物料中的水分与该空气中水蒸汽达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件下物料的平衡水分，用X*表示。物料中超出平衡水分的水分称自由水分。四、计算（第1题13分，第2题14分，第3题14分，共41分）1．在100kPa压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。原料液处理量为100kmol，汽化率为0.44。操作范围内的平衡关系可表示为549.046.0xy。试求两种情况下易挥发组分的回收率和残液的组成。解：（1）平衡蒸馏（闪蒸）依题给条件56.044.01q则xxqxxqqy273.125.1156.055.0156.056.011F由平衡方程0.460.549yx联立两方程，得y=0.735，x=0.4045DF0.440.44100nnkmol=44kmol%8.58%10055.0100735.044%100FFDxnyn（2）简单蒸馏44Dnkmol56WnkmolW0.55FW100dlnln56xnxnyx即0.5490.5410.5798ln0.540.5490.540.55Wx解得xW=0.37857683.03785.055.0445655.0WFDWFxxnnxy%46.61%10055.01007683.044A简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液组成低（0.3785）2．在连续操作的精馏塔中分离两组分理想溶液。原料液流量为50kmol/h，要求馏出液中易挥发组分的收率为94％。已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.238；q线方程为y=2-3x。试求（1）操作回流比及馏出液组成；（2）进料热状况参数及原料的总组成；（3）两操作线交点的坐标值xq及yq；（4）提馏段操作线方程。解：（1）操作回流比及馏出液组成由题给条件，得75.01RR及238.01DRx解得R=3，xD=0.9522）进料热状况参数及原料液组成由于31qq及21Fqx解得q=0.75（气液混合进料），xF=0.5（3）两操作线交点的坐标值xq及yq联立操作线及q线两方程，即238.075.0xy23yx解得xq=0.4699及yq=0.5903（4）提馏段操作线方程其一般表达式为WVn,Wn,Vn,Ln,xqqxqqy式中有关参数计算如下：kmol/h68.24kmol/h952.05.05094.0DFFn,ADn,xxqqn,Wn,Fn,D5024.68qqqkmol/h=25.32kmol/h0592.032.255.05094.011Wn,FFn,AWqxqxn,Ln,Dn,F324.680.7550qRqqqkmol/h=111.54kmol/hn,Vn,Ln,W111.5425.32qqqkmol/h=86.22kmol/h则111.5425.320.05921.2940.0173986.2286.22yxx3．在总压为110.5kPa的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y、31.06koml/mc。气膜吸收系数kG=5.2×10-6kmol/(m2·s·kPa)，液膜吸收系数kL=1.55×10-4m/s。假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H＝0.725kmol/(m3·kPa)。（1）试计算以p、c表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。解：(1)以气相分压差表示的总推动力为t1.06*(110.50.032)kPa2.0740.725cppppyHkPa其对应的总吸收系数为246GLG11111()(mskPa)/kmol0.7251.55105.210KHkk35252(8.899101.92310)(msPa)/kmol2.01210(msPa)/kmol6G1097.4Kkmol/(m2·s·kPa)以液相组成差表示的总推动力为33*(110.50.0320.7251.06)kmol/m1.504kmol/mcccpHc其对应的总吸收系数为m/s10855.6m/s102.5725.01055.11111664GLLkHkK（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为%58.95%100102.51097.4/1/166GGGGkKKk气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。