中国石油大学化工原理二在线考试(主观题)试题及答案

《化工原理二》学习中心：姓名：_学号：一、填空题（36分，每空2分）1.在1atm，0℃条件下，CO2在空气中的扩散系数为1.38×10-5m2/s。若保持压力条件不变，温度增加到25℃，则扩散系数变为1.77×10-9m2/s；若保持温度为0℃，压力增大到2atm，则扩散系数变为0.84×10-9m2/s。2.30℃下CO2水溶液的亨利系数1.885×E105kPa，该温度下CO2分压为15kPa的混合气与含CO20.002kmol/m3的水溶液接触，CO2的传质方向为吸收。3.利用精馏塔分离二元理想混合物，进料量为100kmol/h，进料摩尔分数为0.6，要求塔顶轻组分的摩尔分数不小于0.9，则塔顶产品量的最大值为63.2kmol/h。4.用纯溶剂吸收某二元混合气中的溶质。在操作范围内，体系的相平衡关系满足亨利定律，气液两相逆流操作。当入塔气体的浓度下降时，而其它入塔by条件不变，则气体的出塔浓度上升，溶质的ay吸收率提高，吸收液的出塔浓度降Abx低。5.当精馏塔进料为汽液混合物且汽液比为3∶2时，进料热状况参数为0.6。6.某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距为零，则精馏段操作线的斜率等于1，回流比等于0。7.精馏过程设计时，降低操作压力，则相对挥发度增加，塔顶温度降低，塔底温度降低。8.湿度为H0、相对湿度为0、干球温度为t0的湿空气，经过一个间接蒸汽加热的预热器后，空气的湿度为H1、相对湿度为1、干球温度为t1，则H0H1，0=1，t0t1。9.在恒定干燥条件下，已知：10%，30%，*XcX结合水为15%（均为干基）。今有湿料100kg，含水40%（湿基）与热空气长时间充分接触至平衡，则干燥过程除去非结合水44kg，降速阶段除去结合水12kg。二、简答题（10分）负荷性能图是重要的塔板分析技术，其示意图▲LV如下。1.简单说明各线的意义；答：（1）检验设计点是否理想；（2）用于实际操作，作为实际操作的依据。2.如操作点为▲，试分析其操作状态，并给出合理的建议。答：操作点位于操作区的适中位置，可以获得稳定良好的操作效果三、计算题（54分）1.（20分）用板式精馏塔在常压下分离苯—甲苯溶液，塔顶为全凝器，塔底间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47。进料量为150kmol/h，组成为0.4（摩尔分率）的饱和蒸汽。回流比为4。塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔底残液中甲苯的回收率为0.95。求：①塔顶馏出液及塔底残液的组成；②精馏段及提馏段操作线方程；③回流比与最小回流比的比值；④塔顶第二块板上升的汽相组成。解：（1）D×XD=0.97×F×xFW×（1-XW）=F×（1-xF）×0.95D+W=F=150D×XD+W×XW=F×xF=150×0.4=60W=87.3kmol/hD=62.7kmol/hXD=92.8%XW=2.06%(2)精馏段操作方程Y(n+1)=Xn×R/(R+1)+Xn/(R+1)=0.8Xn+0.1856提馏段操作线方程为y(n+1),=L,×Xn,/V,-Xw/V,q=0,V,=(R+1)D-F,L,=DRy(n+1),=Xn,×R×D/[(R+1)D-F]-W×XW/[(R+1)D-F]=1.534Xn,-0.011(3)∵q=0,yc=xF=0.4,y=α×x/[1+(α-1)x]∴xc=0.02125Rmin=(xn-yc)/(yc-xc)=(0.928-0.4)/(0.4-0.2125)=2.816R/Rmin=4/2.816=1.42（4）Emvl=(y1-y2)/(y1*-y2)=0.6y1*=α×x√[1+（α-1）x1]全回流时y2=xl,y1=xD=0.98∴Emvl=(0.98-y2)/[(2.47y2/(1+1.47y2)-y2=0.6y2=96.93%(mol%)y2=78×0.9693/[78×0.9693+(1-0.9693)]=96.4%(质量%)2.（18分）某填料吸收塔中用纯溶剂逆流吸收某二元混合气中的组分A，已知填料层高4m，入塔气体的浓度为0.02（摩尔分率，下同），溶剂对A组分的吸收率为80%，出塔液相的组成为0.008，操作条件下的气液相平衡关系为。求：1.5eyx①气相总传质单元数；②操作液气比为最小液气比的多少倍；③若气、液相的量和进口组成保持不变，将该塔串联一个同样的塔，那么气相出口浓度是多少？④如果该混合气经吸收后，出塔浓度仍然达不到环保要求，请问可以采取哪些措施提高溶剂对A组分的回收率？3.（16分）以空气为干燥介质干燥某种湿物料，原空气的体积流量为1800m3/h，温度为30℃，湿度为0.012kg/kg。空气先经间壁式加热器预热至100℃后再进入干燥器；湿物料处理量为400kg/h,要求从含水率10%干燥至0.5%（均为湿基），若干燥过程可视为等焓过程，试确定：①水分汽化量；②空气离开干燥器时的温度和湿度；③加热器对空气提供的热量。解：（1）G1=400kg/h,GC=400×0.90=360kg/hX1=10/90=0.111,X2=0.005/0.995=0.00502∴W=GC(X1-X2)=38.2kg/h（2）已知新鲜空气的流量为1800m3/h,则根据新鲜空气的质量体积VH，可得绝干气的消耗量。VH=（1/29+H/18）×22.4×(273+t)/273×1.013×105/P=0.86m3/kg∴L=1800/0.83=2169kg/hL(H2-H1)=W∴H2=0.030kg水/kg绝干气11=（1.01+1.88H1）t1+2490H1=133.2kJ/kg12=11∴t2=54.9℃（3）由于10=（1.01+1.88H0）t0+2490H0=60.9kJ/kg所以加热器提供的热量为：Q=L（11-10）=1.57×105kJ/kg