化工分离工程(科学出版社第二版)期末试题及答案

12007—2008学年第1、2学期分离工程课程期末考试试卷（B卷）答案及评分标准注意：装订线左侧请不要答题，请不要在试卷上书写与考试无关的内容，否则将按相应管理规定处理。院系:化学化工学院专业:化工班级:04-姓名:学号:得分：得分：题号一二三四五六七八九十总分得分本试卷共六道大题，满分为100分，考试时间为120分钟。一、填空题（本大题20分，每空1分）1、分离工程操作中，分离剂可以是（能量分离剂）和（物质分离剂）。2、拉乌尔定律表达式为（PA=PA0XA），其适用条件是（稀溶液中的溶剂）。3、对于二元溶液的范拉尔方程，当01x时，1ln=(12A)，2=(1)。4、对于能生成二元最低恒沸物的物系来说，x、y关系在恒沸点左侧为（yx），在恒沸点右侧为（xy）。5、在一个塔中精馏某二元最低恒沸物时，塔顶得到的产物是（恒沸物），塔底得到的产物是（纯组分）。6、萃取精馏塔中，当原料以（气相或q=0）热状况加入时，精馏段与提馏段中的溶剂浓度大致相等，萃取剂将从塔（底或釜）出来。7、活度系数1的溶液为（正偏差）溶液，活度系数1的溶液为（负偏差）溶液。8、双组分均相恒沸物在低压下其活度系数i应等于(p／0ip)，最高温度均相恒沸物判断条件为（2010211PP）。9、单组分气体在固体上吸附时适用于五种类型吸附等温线中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种类型的吸附理论是(BET多分子层吸附理论)，只适用于其中的第Ⅰ种类型的吸附理论是（朗格谬尔单分子层吸附理论）。10、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔内（底）板被吸收，吸收中平衡数大的组分主要在塔内（顶）板被吸收。二、选择题（本大题20分，每小题2分）1、汽液平衡关系0iiiipyxp的适用条件是（B）。（A）无限制条件（B）低压条件下的非理想液相（C）理想气体和理想溶液（D）理想溶液和非理想气体22、对于绝热闪蒸过程，当进料的流量组成及热状态、闪蒸罐的压力给定之后，则闪蒸罐的（A）。（A）其它参数都确定（B）不确定（C）温度不固定、气化率固定（D）温度固定、气化率固定3、下列表述不正确的是（Ｃ）。(A)二元理想溶液的压力组成图中，总压和各组分的分压与液相组成都成直线关系(B)完全互溶的二元物系，不形成恒沸物的非理想溶液的蒸汽总压都介于两纯组分蒸汽压之间(C)完全互溶的二元物系，由相律可知恒沸物在两相平衡时其自由度为“0”(D)完全不互溶的二元物系，当处于平衡状态时总压等于两饱和蒸汽压之和4、在填料塔中，低浓度难溶气体逆流吸收时，若其它条件不变，但入口气量增加，则出口气体组成将（Ａ）。(A)增加(B)减少(C)不变(D)不确定5、在液相部分互溶的二元系恒温相图中，下列（Ｂ）系统的两液相共存区的溶液蒸汽压大于两纯组分的蒸汽压，且蒸汽组成介于两液相组成之间。（A）均相恒沸物（B）非均相共沸物（C）非均相共沸物和均相恒沸物（D）既不是非均相共沸物也不是均相恒沸物6、易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（C）。(A)塔顶板（B）进料板（C）塔底板(D)不确定7、下列关于吸附过程的描述哪一个不正确（C）。(A)很早就被人们认识，但没有工业化(B)可以分离气体混合物(C)不能分离液体混合物(D)是传质过程8、在均相恒沸物条件下，其饱和蒸汽压和活度系数的关系应用（A）。（A）120201pp（B）210201pp（C）120201pp（D）210201pp9、如果二元物系有最低压力恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是（C）。（A）正偏差溶液（B）理想溶液（C）负偏差溶液（D）不一定10、用郭氏法分析可知部分气化和绝热闪蒸可调设计变量数分别为（B）。（A）1，1（B）1，0（C）0，1（D）0，032007—2008学年第1、2学期分离工程课程期末考试试卷（B卷）答案及评分标准注意：装订线左侧请不要答题，请不要在试卷上书写与考试无关的内容，否则将按相应管理规定处理。院系:化学化工学院专业:化工班级:04-姓名:学号:得分：得分：三、判断题（本大题14分，每小题2分，对的打√，错的打×）1、纯组分的饱和蒸气压大小不仅与温度有关，还与溶液的数量有关。………………（×）2、精馏过程所需的最少理论板数与进料中易挥发组分含量无关………………………（√）3、恒沸精馏流程中恒沸剂用量过多，则塔底流出的是恒沸剂和重组分的混合物。……（√）4、如果二元物系有最大正偏差存在，则此物系所形成的溶液为最高温度恒沸物。……（×）5、在萃取精馏操作中，溶剂回收段液相流率小于气相流率。……………………………（√）6、吸收中吸收因子小的组分主要在塔内顶板被吸收。…………………………………（√）7、无论A-B组成何种物系，若A为轻组分，则分离时易挥发组分一定是A。…………（×）四、分析题（本大题10分，每小题5分）1、对于二元恒沸精馏，在压力变化明显影响恒沸组成时，常采用变压操作的双塔精馏（双压分离精馏）。现有甲乙酮（1）－水（2）物系，在大气压下该物系形成正偏差恒沸物，恒沸组成为含甲乙酮65%，而在0.7MPa的压力下，恒沸组成含甲乙酮50%，试分析：利用双压分离精馏分离含甲乙酮小于65%的甲乙酮－水物系（画出T-x-y及流程图，具体标出每个塔进料、塔顶、塔底物流）。答：塔Ⅰ通常在常压下操作，塔Ⅱ在较高（低）压力下操作。如果原料中含甲乙酮小于65%时甲乙酮，则在塔Ⅰ进料，塔釜为纯水，塔顶馏出液为含甲乙酮65%的恒沸物，进高压塔，高压塔塔顶为含甲乙酮50%的馏出液循环到塔Ⅰ，塔釜得到纯甲乙酮。水在塔Ⅰ中是难挥发组分，甲乙酮在塔Ⅱ中是难挥发组分。2、根据此图说明实线和虚线代表何种体系？并分析原因。答：从图看出：实线体系加入萃取剂之后，在高浓度区P变化比较大，说明此体系是正偏差体系；虚线体系加入萃取剂之后，在低浓度区P变化比较大，说明此体系是负偏差体系。说明溶剂对大的作用较小，对小的作用较大。因为：当无溶剂存在时，由（1）式知，温度固定，11221xA值大，使值越大，则当有溶剂存在时，11221xA值大，（２）式值反而小，p值越小，即溶剂对其作用也越小。112020121lglgxApp（1）1'12'2'121lgxAAAxPPPp－11221xA（2）4五、简答题（本大题15分，每小题5分）1、在A-B双压精馏操作中，A塔的操作压力为20atm，塔底产品经节流阀后很快进入B塔。B塔的操作压力为10atm，试问：（1）液体经节流后会发生哪些变化？（2）如果B塔的操作压力为5atm时，与10atm操作情况有何不同？答：（1）经节流后有气相产生，由于气化要吸收自身的热量，系统温度将降低。（2）B塔的操作压力为5atm时比操作压力为10atm时气化率大，温度下降幅度也大。2、试分析多组分精馏在最小回流情况下，恒浓区出现的位置（按清晰分割处理，分只有轻非关键组分的物系、只有重非关键组分的物系两种情况论述）。答：进料中恒浓区出现的位置与进料中有无非分配组分有关。可分两种情况讨论。(1)只有轻非关键组分的物系：按清晰分割处理，则轻组分为非分配组分，上恒浓区在进料板上，而下恒浓区出现在提馏段的中间。(2)只有重非关键组分的物系：按清晰分割处理，则重组分为非分配组分，上恒浓区在精馏段的中间，而下恒浓区出现在进料板上。3、恒沸精馏与萃取精馏的异同点。答：相同点：都加入第三组分，形成非理想溶液；都提高相对挥发度；都应用物料衡算、热量衡算和相平衡关系式。不同点：恒沸精馏加入恒沸剂形成恒沸物，沸点低，从塔顶出来；萃取精馏不形成恒沸物，沸点高，从塔底离开。六、计算题（本大题21分，每小题7分）１、试求氨仿（1）—乙醇（2）在共沸温度为55℃时的共沸组成和总压力。（下式中t的单位是℃；P的单位是mmHg）已知：)66.159.0(ln1221xx)66.142.1(ln2212xxtP2270.116390328.6lg01021152.05lg6.46827231.48Pt解：温度为55℃，则由饱和蒸汽压公式得372.8201p311.3702p由恒沸物的特点有：0102211lnppn52007—2008学年第1、2学期分离工程课程期末考试试卷（B卷）答案及评分标准注意：装订线左侧请不要答题，请不要在试卷上书写与考试无关的内容，否则将按相应管理规定处理。院系:化学化工学院专业:化工班级:04-姓名:学号:得分：得分：由于2121222166.142.159.0lnxxxx故21212266.142.158.0372.82311.37lnxxxx121xx由上式解得：8475.01x1525.02x4分由活度系数公式得：0475.113120.22所以0011122286.27986659pxpxpKPa3分2、用郭氏法计算简单吸收塔的设计变量（1）固定设计变量数；（2）可调设计变量数；（3）两者可取的变量；（4）写出吸收塔工艺计算设计型和操作型命题。解：（1）按郭氏法有：固定设计变量ExN：混合气体进料变量数为C＋2吸收剂进料变量数为'2C压力等级数为1所以'5ExNCC（2）可调设计变量EaN：串级单元1个，1×1=1加料板1个，1×0=0所以1EaN4分（3）ExN：塔压1个，混合气体进料温度1个、进料的压力1个、流率1个、进料中组分的浓度C－1个；吸收剂进料温度、压力、流率、浓度C′-1个，共C′+2个。EaN：设计型：关键组分的分离要求（吸收率关）；操作型：吸收塔的理论板数。6（4）吸收塔工艺计算命题设计型：已知入塔原料气的组成、温度、压力、流率，吸收剂的组成、温度、压力、流率，吸收塔操作压力和对关键组分的分离要求，计算完成吸收塔操作所需要的理论板数，塔顶尾气的量和组成，塔底吸收剂量和组成。操作型：已知入塔原料气的组成、温度、压力、流率，吸收剂的组成、温度、压力，吸收塔操作压力，对关键组分的分离要求和理论板数，计算塔顶加入的吸收剂的量，塔顶尾气量和组成，塔底吸收剂的量和组成。3分3、在某吸收塔中用烃油吸收含95%乙烷，5%正丁烷（摩尔百分率）的气体，采用的油气比为1:1，平均操作温度为26℃，操作压力为3大气压。今要从气体中回收90%的正丁烷，求所需要的理论板数，并讨论下列情况理论板数的变化（1）降低操作温度；（2）增加油气比；（3）增加操作压力。操作条件下各组分的平衡常数关系式如下：乙烷46667.513333.0tm正丁烷08571.00285.0tm(t的单位为℃)解：关键组份的平衡常数m关=0.0285×26+0.08571=0.82671关键组分的吸收因子计算11.210.82671LAVm理论板数的计算1.210.9lglg110.9114.94lglg1.21ANA4分（1）降低操作温度时，平衡常数m减小，在吸收平衡相图上，平衡线斜率减小，使得平衡线与操作线距离增加，吸收推动力增加，所以理论板数减小。（2）增加油气比时，操作线斜率增加，使得平衡线与操作线距离增加，吸收推动力增加，所以理论板数减小。（3）增加操作压力时，平衡常数m减小，在吸收平衡相图上，平衡线斜率减小，使得平衡线与操作线距离增加，吸收推动力增加，所以理论板数减小。3分