化工原理下册考试试卷及参考答案

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 …………….……密………………………………………封………………..…………………线..………..………………. ………..…… 2007～2008学年 第 2学期 《化工原理∙下册》课程考试试卷参考答案及评分标准(A 卷) 注意：1、本试卷共 6页；2、考试时间120 分钟 一、填空、判断与选择题（40分） 1（2 分）某一操作中吸收塔，若吸收剂的温度突然升高，则 C 说法不正确。 A．Y1，X2 不变； B．Y2 增大，X2 不变； C．Y2 增大，X1 不变； D．Y1 不变，X1 减小。 2（4 分）在某吸收系统中，已知 ky＝3.8×10 －4 kmol/m 2 ∙s，kx＝1.25×10 －2 kmol/m 2 ∙s，平衡 关系 y＝x， 则 Ky＝ 3.69×10 － 4 kmol/(m 2 · s) ， 此气体是 易溶 气体， 此过程属于 气 膜 控制，欲强化此过程应 增加总压和增大气流速度 。 3（6 分）如附图1 所示，在密闭容器内存在某种低浓度水溶液，容 器内压强为 p0，溶液温度为 t，溶质含量为c(x)，试问： (1)若将 N2 压入容器，则 E 不变 ，H 不变 ，m 变小 ， pe 不变 ； (2)若溶液温度 t 下降，则 E 变小 ，H 变小 ，m 变小 ， pe 变小 ； (3)注入溶质 A，则 E 不变 ，H 不变 ，m 不变 ，pe 变大 。 4（4 分）某吸收塔中，物系的平衡线方程为 x y 0 . 2 = ，操作线方程为 001 . 0 5 . 3 + = x y ， 当 06 . 0 1 = y ， 002 . 0 2 = y 时， = 1 x 1.686×10 － 2 ， = 2 x 2.857×10 － 4 ， = V L/ 3.5 ， 气相传质单元数 = OG N 6.79 。 5（2分）对于低浓度气体吸收，部分吸收剂(L/2)从塔中部循环入塔，如附图2所示。设L ＝V，则其操作线应为( b)。 x 2 x 1 y 2 y 1 (a)

 x 2 x 1 y 2 y 1 (b) 

x 2 x 1 y 2 y 1 (c) x 2 x 1 y 2 y 1 (d) L，x 2 

x 1 L/2 G，y 1 y 2 

附图2 附图 1

A卷 第 2 页 （共 6 页） 6（3 分）饱和液体的 = q 1 ；饱和蒸汽的 = q 0 ；蒸汽是液体 2 倍的混合进料 液的 = q 1/3 。 7（2 分）已知精馏段操作线方程为： 24 . 0 75 . 0 + = x y ，则该塔的操作回流比为(B )，塔 顶产品浓度xD 为(C ) (A) 0.9 (B) 3 (C)0.96 (D) 4 (E) 0.98 (F) 2 8（2 分）板式塔精馏操作，已知物系在操作条件下，相对挥发度为 α，操作方程为y＝ax ＋b，设第 n 块板为一理论板，进出该板各物流如附图 3 示，则 yn+1 和 xn－l 的关系是(C )： 

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ) 1 ( 1 ) 1 ( 1 - - + - + - - + - + - + > + < - + = + = 

n n n n n n n n n n x x y b x a y x x y b x a y

a a a a

9（2分）当大液气比操作时，宜采用( C)。 (A)齿形堰； (B)低的堰长塔径比( D L / W )； (C)双溢流或高的( D L / W )； (D)圆形堰 10（2分）塔板上布置安定区的目的是为了( B )。 (A)防止雾沫夹带量过高； (B)防止越堰液体的气体夹带量过高 (C)防止漏液量过大； (D)液体分布不均匀 11（2分）一般情况下，溶质A的分配系数kA( D )。 (A)大于1； (B)小于1； (C)等于1； (D)难以判断 12（2分）在单级萃取过程中，若萃取剂用量减少，则萃取相 A y A ，萃余相 A x A ， 脱去溶剂后萃取液 o A y D ，萃余液 o A x A 。 (A)变大； (B)变小； (C)不变； (D)不确定 13（2分）干燥介质的温度和流速相同，在Ha、Hb两种湿度下 测得干燥速率曲线如附图4所示，这表明Ha( B )Hb。 (A)大于； (B)小于； (C)等于； (D)接近于 14（3 分）在恒定干燥条件下，将含水 35%（湿基）的湿物料 进行干燥， 开始时干燥速度恒定， 当干燥至含水量为 8%(干基) 时，干燥速率开始下降，再继续干燥至物料恒重，并测得此时 物料含水量为 0.08%(干基)。 则物料的临界含水量为 8%(干基)， 平衡含水量为 0.08%(干 基)，自由含水量为 53.77

 %(干基)

。 附图 3 (A) (B) (C) (D) 

附图4

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 …………….……密………………………………………封………………..…………………线..………..………………. ………..…… 15（2分）物料含结合水和非结合水的分界是( C)。 (A)等速干燥阶段终点； (B)降速干燥阶段终点； (C)水分与纯水的蒸汽压相等； (D)第一和第二降速阶段的交点。 二、分析与判断题（24分） 1（8 分）某吸收塔 H＝∞，气体流量 G与组成y1 和液相组成 x2 不变，试绘出以下两种情 况下的操作线(平衡线如附图 5 所示)。 (1) L／G＞m； （2 分） (2) L／G＜m； （2 分） (3) 试讨论在以上两种情况下，增加 L／G 能否使气体出口含量y2 降低?（4 分） 

(a)L／G＞m (b) L／G＜m 附图 5 在第一种情况下，增加 L／G不会降低y2(y2 恒定不变)，只会无谓地降低 x1，增大操 作的负荷；在第二种情况下，增加 L／G对降低y2 效果显著。 2（8 分）连续精馏操作，原工况为泡点进料，现由于某种原因原料温度降低，使 q＞1， 进料浓度xF，塔顶采出率 D／F及进料位置均保持不变。试判断： (1) （2分） 塔釜蒸汽量V 保持不变， 则塔釜加热量QR 不变 ， 塔顶冷量QC 变小 ， x′D 变小 ，x′W 变大 ； (2) （2+4 分）保持回流比 R 不变，则塔釜加热量 QR 变大 ，塔顶冷量 QC 不变 ， x′D 变大 ，x′W 变小 (变大，变小，不变，不确定)，并分别画图 6所示意新旧工况的 操作线变化。 

(a) (b) 附图 6

A卷 第 4 页 （共 6 页） 3（8分）如附图7所示，当采用部分废气循环，废气先混合、后预热流程和新鲜气先预热 后混合流程，试分析比较两种方案耗热量 的大小并说明理由。 从图中可看出， 由焓差(IM－I0)可求得 所耗热量，无论先混合后预热流程还是先 预热后混合流程，耗热应该一样，只不过 先预热后混合，气体的出口温度高些，要 能位较高的热源。从虚线框中可看出，进 出物料的量和焓均相等，故提供给预热器 的热量相等。 附图 7 三、计算题（36分） 1（10 分）在常压操作的逆流吸收塔内，用纯溶剂吸收混合气中的可溶组分 A，入塔气体 中 A 的摩尔分率为 03 . 0 1 = y ，要求吸收率 80 . 0 = h 。现已知操作条件下的 ) ( 8 . 0 / 常数 = = = m L mG S ， 平衡条件 mx y = ， 与入塔气体成平衡的液相浓度 03 . 0 1 = * x 。 试计算： ①操作液气比为最小液气比的倍数；（4分） ②吸收液的出口浓度；（2 分） ③完成上述分离任务所需的气相传质单元数 OG N 。（4 分） 解：①根据 03 . 0 1 = y ， 03 . 0 1 = * x 及 mx y = 得 1 / 1 1 = = * x y m （1 分） 又根据 8 . 0 / = = L mG S 得操作的液气比为 25 . 1 8 . 0 / 1 / = = G L （1 分） 最小液气比为( ) 80 . 0 0 / / 1 1 2 1 2 1 min = = - = - - = * m m y y x x y y G L h h （1 分） 操作液气比为最小液气比的倍数 563 . 1 80 . 0 25 . 1 ) / ( ) / ( min = = G L G L （1 分） ②吸收液的出口浓度 0192 . 0 8 . 0 03 . 0 25 . 1 1 ) ( 2 1 2 1 = ´ ´ = - + = y y L G x x （2 分） ③ 94 . 2 0 ) 80 . 0 1 ( 03 . 0 0192 . 0 03 . 0 ln 8 . 0 1 1 ln 1 1 2 2 1 1 OG = - - - - = - - - = mx y mx y S N （4 分） 2（10 分）某二组分混合液用精馏分离，其进料摩尔分率为 0.5，泡点进料，系统的相对 挥发度 α＝2，塔顶出料量是进料量的 60%(摩尔比)。如果所采用的精馏塔的理论塔板数 为无穷多块，试计算：R＝0.8时，塔顶与塔底的组成各为多少？ 解：已知： 8 . 0 0 . 2 1 5 . 0 40 . 0 60 . 0 F = = = = = = R q x F W F D ， ， ， ， ， a I 0 I M I 0 I M 先混合后预热流程 先预热后混合流程

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 …………….……密………………………………………封………………..…………………线..………..………………. ………..…… 两段的操作线方程 D D D 555 . 0 444 . 0 9 5 9 4 1 1 1 x x x x x R x R R y + = + = + + + = （1） （1 分） （2 分） 相平衡方程： ) 1 /( 2 x x y + = （3） （1分） 从题给参数知，两段操作线的斜率一定，当精馏塔的理 论塔板数为无穷多时，必有两段的操作线与平衡线相交，此

时精馏塔的分离能力达到最大值，如图示。 （2 分） 当 5 . 0 F = x 时，由式(3)得： 667 . 0 F = y （1 分） 将 5 . 0 F = x ， 667 . 0 F = y 分别代入式(1)和式(2)得 80 . 0 D = x ， 05 . 0 W = x （2 分，各 1 分） 检验：根据物料衡算约束式有： 833 . 0 80 . 0 833 . 0 50 . 0 6 . 0 / D 1 F max D, < = = ´ = £ - x D Fx x ， 故满足物料衡算式的要求。 （1分） 3（6 分）某混合液含溶质 A 为 50％，溶质 B 为 50％，用纯溶剂进行单级萃取，物系的 相平衡关系如附图所示，试求在多大溶剂比下操作所获得的萃取液浓度最高？此时溶质 的萃余率为多少？并写出作图步骤。 【求解步骤如下】 （1）根据xF 确定 F 的位置，连接 FS； （2）过 S 点作溶解度曲线的切线 SE，并延 长至于 AB 线相交，得最大萃取液的组成 88 . 0 max A = o y ； （3）过 E 点作 AB 的平行线与辅助曲线相 交于点 H，再过H 点作 AS 线的平行线与溶 解度曲线相交于点 R，连接 E、R 得最大萃 取液组成下所对应的平衡联结线 ER。 （4）联 S、R，并将 SR 线延伸至与 AB 边 相交，得满足该条件下的萃余率，即 24 . 0 A = o x 。 4（10 分）某湿物料的的干燥速率在恒速段为 h) /(m ) ( 1.5kg 2 c × = 水 U ，在降速段的干燥 速率为 75 . 0 5 . 7 - = X U 。若将该物料从 )/kg ( 0.15kg 6 . 0 2 1 水 干燥到 = = X X (绝干物料)试 求干燥时间(已知 2 c kg/m 20 / = A G )。 (x F ，y F ) x F x D